EP4352402A1 - Procede et systeme de pressurisation d'hydrogene gazeux - Google Patents

Procede et systeme de pressurisation d'hydrogene gazeux

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Publication number
EP4352402A1
EP4352402A1 EP22735552.6A EP22735552A EP4352402A1 EP 4352402 A1 EP4352402 A1 EP 4352402A1 EP 22735552 A EP22735552 A EP 22735552A EP 4352402 A1 EP4352402 A1 EP 4352402A1
Authority
EP
European Patent Office
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tank
temperature
hydrogen
reservoir
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP22735552.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jerome Lacapere
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Absolut System SAS
Original Assignee
Absolut System SAS
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for pressurizing hydrogen gas.
  • a hydrogen gas storage and distribution system for fuel cell vehicles must be able to fill tanks at a pressure of 350 or 700 bar or more.
  • liquid hydrogen is typically injected into an expansion tank.
  • the walls of the expansion tank being at a temperature higher than that of liquid hydrogen, said hydrogen vaporizes instantaneously. Consequently, the pressure inside the tank increases rapidly and makes it difficult to fill with liquid.
  • Another technique is to use a high pressure liquid compressor.
  • Such a compressor adapted to withstand high intermediate pressures, is an equally complex and expensive component.
  • An object of the invention is to provide a method and a pressurization and cooling system for a gaseous hydrogen filling station capable of compressing gaseous hydrogen at pressures greater than 200 bar from a hydrogen gas tank.
  • the invention proposes a hydrogen gas pressurization process comprising the following steps:
  • the system does not use liquid hydrogen.
  • the hydrogen gas is cooled to the first temperature in the first tank.
  • the first tank is cooled by a cryogenic fluid.
  • the cryogenic fluid is liquid nitrogen or liquid methane or liquefied natural gas.
  • the hydrogen gas is cooled to the first temperature by a heat exchanger arranged upstream of the first tank.
  • the first tank includes thermal insulation.
  • the maximum pressure in the first tank is between 500 and 600 bar.
  • the maximum pressure in at least a second tank is between 1000 and 1500 bar.
  • At least one second reservoir has a volume less than the volume of the first reservoir.
  • the volume of at least one second reservoir is between 40% and 60% of the volume of the first reservoir.
  • the second temperature is between -40°C and 25°C.
  • the hydrogen gas pressurization process includes a heating step in at least a second tank.
  • a second tank is a vehicle tank.
  • the invention also relates to a hydrogen pressurization system comprising:
  • a gas compressor adapted to compress gaseous hydrogen upstream of said first tank
  • a fluidic connection adapted to selectively establish a fluidic connection between the first tank and a second tank so as to transfer hydrogen gas under pressure at the first cryogenic temperature from the first tank to the second tank by pressure equalization, said second tank being able to be sealed and to be at a second temperature higher than the first temperature of the first reservoir.
  • the first reservoir is immersed in the cryogenic fluid at the first temperature.
  • the first reservoir comprises ducts capable of containing the cryogenic fluid so as to cool the first reservoir to the first temperature.
  • the system comprises a thermal insulator arranged outside the ducts.
  • the cooling device is a heat exchanger arranged upstream of the first tank.
  • At least a second reservoir comprises a heating device.
  • the heating device comprises ducts arranged for the circulation of a gas at a temperature greater than or equal to the second temperature.
  • the gas is nitrogen or helium.
  • the at least one second reservoir further comprises a thermal insulation device.
  • the invention also relates to a station for filling vehicles with gaseous hydrogen, comprising a system, a hydrogen pressurization system, the at least one second tank being a tank of a vehicle to be filled with gaseous hydrogen.
  • Figure 1 is a diagram of the first part of the pressurization system
  • Figure 2 is a diagram of another embodiment of the first part of the pressurization system.
  • Figure 3 is a diagram of an embodiment of the second part of the pressurization system.
  • Figure 4 is a diagram of a second embodiment of the second part of the pressurization system.
  • Figure 5 is a diagram of a third embodiment of the second part of the pressurization system.
  • Figure 1 illustrates an embodiment of a first part of a hydrogen gas pressurization system according to the invention.
  • Such a system comprises a first tank 1 having a first volume, adapted to receive hydrogen gas under pressure.
  • the system further comprises a cooling device capable of cooling the gaseous hydrogen included in said first tank 1 to a first temperature which is typically between 75 K and 115 K.
  • the first tank 1 cooled by a cryogenic fluid 30 which is for example liquid nitrogen or liquid methane or liquefied natural gas.
  • the first reservoir is immersed in the cryogenic fluid 30 at the first temperature in a cryostat 3.
  • the first reservoir 1 comprises ducts able to contain the cryogenic fluid so as to cool the first reservoir 1 to the first temperature.
  • Said first tank 1 may include thermal insulation arranged outside the conduits or the cryostat.
  • the cooling device is a heat exchanger 72 arranged upstream of the first reservoir.
  • Said heat exchanger 72 is in heat exchange with a cryogenic liquid 73 in a cryostat 71.
  • the heat exchanger is immersed in the cryogenic liquid 73.
  • Said cryogenic liquid is for example liquid nitrogen or liquid methane or liquefied natural gas.
  • the first reservoir 1 comprises thermal insulation 9 able to thermally insulate the first reservoir 1 and/or the cooling device.
  • the hydrogen gas pressurization system further comprises a gas compressor 4 adapted to compress hydrogen gas in said first tank from a source of hydrogen gas.
  • Said gaseous hydrogen source is typically a storage tank 5 comprising gaseous hydrogen 8 under pressure which is typically between 20 and 200 bar.
  • the source of gaseous hydrogen is an electrolyser, the hydrogen possibly being at a pressure of between 20 and 50 bar.
  • Hydrogen gas 8 is at a second temperature higher than the first temperature. Typically, the second temperature is near room temperature which is around 230 K - 330 K.
  • the system further comprises conduits 54, 43 arranged to establish a fluidic connection between the source of gaseous hydrogen 5, the gas compressor 4 and the first tank 1 so as to transfer gaseous hydrogen under pressure from the source of gaseous hydrogen to the first tank 1.
  • the system comprises at least one valve 11 capable of hermetically closing the tank 1.
  • the hydrogen gas pressurization system further comprises a second tank 2 having a third temperature higher than the first temperature.
  • the third temperature is typically between 230 K and 330 K. In certain embodiments, the third temperature is identical to the second temperature.
  • the second reservoir 2 may include a heating device.
  • said heating device may comprise ducts arranged for the circulation of a gas at a temperature greater than or equal to the second temperature.
  • said gas is nitrogen or helium.
  • said second tank 2 advantageously comprises thermal insulation able to maintain the hydrogen present in said second tank 2 at the third temperature.
  • said second tank 2 has a second volume less than the first volume of the first tank 1.
  • the volume of the second tank 2 can be between 40% and 60% of the volume of the first tank 1 .
  • the system further comprises a conduit 12 arranged to establish a fluid connection between the first tank 1 and the second tank 2 so as to transfer hydrogen gas under pressure from the first tank 1 to the second tank 2 by pressure equalization, and a valve 22 arranged to hermetically close said second reservoir 2.
  • Such a system can be used in a hydrogen gas vehicle filling station.
  • the second tank 2 is a tank of a vehicle to be filled with gaseous hydrogen.
  • additional reservoirs are added to produce several compression stages.
  • the system comprises several second reservoirs 2A, 2B, 2C, 2D.
  • the number of second reservoirs is indicated for purely illustrative and non-limiting purposes.
  • the number of second reservoirs 2A, 2B, 2C, 2D is typically between 2 and 5 and may be higher in some embodiments.
  • the number of second tanks 2A-2D depends on the capacity of the tanks, the space available, and the cycle of use of the pressurization system, in particular the quantity of hydrogen to be distributed and the number of daily fillings, the pressures maximum pressures of the tanks to be filled (350 or 700 bar or another pressure), the choice of the maximum admissible pressures in the second tanks 2A-2D and the effective pressure remaining in the tanks to be filled.
  • each second reservoir 2A, 2B, 2C, 2D is preferably less than the volume of the first reservoir 1 but may be identical. Alternatively, at least two reservoirs can have a different volume from each other.
  • the system further comprises a conduit 12A, 12B, 12C, 12D, arranged to establish a fluidic connection between the first tank 1 and the respective second tank 2A-2D, so as to transfer hydrogen gas under pressure from the first tank 1 to the second tank 2 by pressure equalization, and a valve 22A, 22B, 22C, 22D arranged to hermetically close the respective second tank 2A-2D.
  • the reservoirs 2A-2D each have a third temperature higher than the first temperature.
  • the third temperature is typically between 230 K and 330 K.
  • the third temperature can be identical to the second temperature.
  • the third temperature of each tank 2A-2D is identical.
  • at least two reservoirs 2A-2D may have a different temperature.
  • Each second reservoir 2A-2D may include a heating device.
  • said heating devices may comprise ducts arranged for the circulation of a gas at a temperature greater than or equal to the second temperature.
  • said gas is nitrogen or helium.
  • the respective second tank 2A-2D advantageously comprises thermal insulation capable of maintaining the hydrogen present in said second tank 2A-2D at the third temperature.
  • said system further comprises a gas compressor 7 arranged so as to take gaseous hydrogen from a tank 2A-2D and compress said gaseous hydrogen in another of the tanks 2A- 2D via conduits 27A-27D and valves 77A-
  • a gas compressor 7 arranged so as to take gaseous hydrogen from a tank 2A-2D and compress said gaseous hydrogen in another of the tanks 2A- 2D via conduits 27A-27D and valves 77A-
  • the first step consists in transferring gaseous hydrogen 8 from a gaseous hydrogen source 5 into the first tank 1, by compressing said gaseous hydrogen 8 via the gas compressor 4.
  • the gaseous hydrogen is cooled to the first temperature during filling, either inside the first tank 1, or via a cooling device arranged upstream of the first tank 1.
  • the first tank 1 is filled with hydrogen gas at the first temperature at a first pressure which is typically between 500 and 600 bar.
  • valve 11 When the filling is finished, the valve 11 is closed in order to cut the fluidic connection between the source of liquid hydrogen and to hermetically close the first reservoir 1.
  • valve 22 is opened and part of the hydrogen gas is transferred from said first tank 1 to second tank 2 by pressure equalization. During this step, the transferred hydrogen gas is at a temperature close to the first temperature.
  • the second reservoir 2 has a volume less than the volume of the first reservoir 1, the pressure after the transfer step remains high, which makes it possible to increase the efficiency of the pressurization system.
  • the valve 22 When the pressures of the first tank 1 and of the second tank 2 are equal to an equilibrium pressure, the valve 22 is closed, thus hermetically closing the second tank 2.
  • the gaseous hydrogen transferred into the second tank 2 is heated at the third temperature of the second tank 2.
  • the heating can be carried out by heat exchange with the environment, or by a heating device.
  • the energy supplied by the environment warmer than the gaseous hydrogen makes it possible to carry out a self-pressurization of the gaseous hydrogen in the second tank 2.
  • the gaseous hydrogen in the second tank 2 is then at a second pressure which is greater than the first pressure in the first reservoir 1 and greater than the equilibrium pressure. Said second pressure is typically between 1000 and 1500 bar.
  • the pressurized hydrogen gas in the second tank 2 can then be used for filling one or more fuel cell vehicles (tank 2 can itself be a tank of the vehicle) or for other applications.
  • the second pressure is typically 700 bar according to the standards in force.
  • the hydrogen can then be used directly in the vehicle.
  • Higher pressure values can be obtained and implemented in the event of an evolution of the standards concerning fuel cell vehicles.
  • each second reservoir 2A-2D is filled from the first reservoir as described above.
  • the pressurized gas in the second tanks 2A-2D can then be used to supply a pressurized hydrogen gas application.
  • the supply is carried out by pressure balancing between successively one or more of the reservoirs 2A-2D and the reservoir of the application to be filled.
  • the second tank 2A-2D having the lowest pressure is used as a priority.
  • the filling is continued from the second tank 2A-2D having the lowest pressure greater than said pressure of balance.
  • the filling pressure is gradually increased and the second tank 2A-2D with the highest hydrogen pressure is used last.
  • the second tank 2A-2D having the lowest pressure will be used for a new filling of cold hydrogen gas from the first tank 1.
  • the second tanks 2A-2D are filled in turn role, when they reach a pressure too low to be able to be used for the distribution of gaseous hydrogen.
  • the gas compressor 7 When a tank has too low a pressure for the use of gas distribution but too high to be filled with gaseous hydrogen cooled from the first tank 1, the gas compressor 7 is used to lower the pressure of said tank and transfer steam to a higher pressure reservoir. When the pressure becomes lower than the pressure of the first tank 1 containing the cold hydrogen gas, the transfer of said cold hydrogen gas can be carried out as in the initial filling.
  • the 2A-2D tanks are filled in turn, when they reach a low pressure to be able to be used for the distribution of gaseous hydrogen.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pressurisation d'hydrogène gazeux comprenant les étapes suivantes : la fourniture d'un premier réservoir (1) apte à recevoir de l'hydrogène gazeux sous pression, le remplissage du premier réservoir (1 ) avec de l'hydrogène gazeux comprimé à une première pression, le refroidissement de hydrogène gazeux comprimé contenu dans le premier réservoir (1) à une première température cryogénique, le transfert par équilibrage de pression d'une partie de l'hydrogène gazeux à ladite première températureryogénique dudit premier réservoir (1) vers au moins un second réservoir (2), la fermeture hermétique de l'au moins un second réservoir contenant l'hydrogène transféré du premier réservoir, l'augmentation de la pression dans le second réservoir par échauffement de l'hydrogène présent dans le second réservoir à une seconde température supérieure à la première température.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE PRESSURISATION D’HYDROGENE GAZEUX
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé et un système de pressurisation d’hydrogène gazeux.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un système de stockage et de distribution d’hydrogène gazeux pour véhicules à pile à combustible doit permettre de remplir des réservoirs à une pression de 350 ou 700 bar ou plus.
Dans un tel système, on injecte typiquement de l’hydrogène liquide dans un réservoir d’expansion. Les parois du réservoir d’expansion étant à une température supérieure à celle de l’hydrogène liquide, ledit hydrogène se vaporise instantanément. Par conséquent, la pression à l’intérieur du réservoir augmente rapidement et rend le remplissage en liquide difficile.
Le remplissage d’un tel réservoir sous pression est typiquement effectué à partir d’un réservoir de stockage d’hydrogène gazeux, en compressant l’hydrogène gazeux avec plusieurs étages de compression, nécessitant chacun un compresseur de gaz. L’installation des différents niveaux de pression est complexe et onéreuse.
Une autre technique consiste à utiliser un compresseur liquide à haute pression.
Un tel compresseur, adapté à supporter des pressions intermédiaires élevées, est un composant également complexe et onéreux.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de mettre à disposition un procédé et un système de pressurisation et de refroidissement pour une station de remplissage d’hydrogène gazeux apte à comprimer de l’hydrogène gazeux à des pressions supérieures à 200 bar à partir d’un réservoir d’hydrogène gazeux.
A cet effet, l’invention propose un procédé de pressurisation d’hydrogène gazeux comprenant les étapes suivantes :
• la fourniture d’un premier réservoir apte à recevoir de l’hydrogène gazeux sous pression,
• le remplissage du premier réservoir (1) avec de l’hydrogène gazeux comprimé à une première pression,
• le refroidissement de hydrogène gazeux comprimé contenu dans le premier réservoir (1) à une première température cryogénique, • le transfert par équilibrage de pression d’une partie de l’hydrogène gazeux à ladite première température cryogénique dudit premier réservoir (1) vers au moins un second réservoir (2),
• la fermeture hermétique de l’au moins un second réservoir contenant l’hydrogène transféré du premier réservoir,
• l’augmentation de la pression dans le second réservoir par échauffement de l’hydrogène présent dans le second réservoir à une seconde température supérieure à la première température.
Le système n’utilise pas d’hydrogène liquide.
Dans certains modes de réalisation, l’hydrogène gazeux est refroidi à la première température dans le premier réservoir. De préférence, le premier réservoir est refroidi par un fluide cryogénique. Le fluide cryogénique est de l’azote liquide ou du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié.
Dans d’autres modes de réalisation, l’hydrogène gazeux est refroidi à la première température par un échangeur thermique agencé en amont du premier réservoir. Dans ces modes de réalisation, le premier réservoir comprend une isolation thermique.
De préférence, la pression maximale dans le premier réservoir est comprise entre 500 et 600 bar. La pression maximale dans au moins un second réservoir est comprise entre 1000 et 1500 bar.
De manière avantageuse, au moins un second réservoir présente un volume inférieur au volume du premier réservoir. De manière particulièrement avantageuse, le volume d’au moins un second réservoir est compris entre 40% et 60% du volume du premier réservoir.
Avantageusement, la seconde température est comprise entre - 40°C et 25°C. Dans certains modes de réalisation, le procédé de pressurisation d’hydrogène gazeux comprend une étape de chauffage dans au moins un second réservoir.
Dans certains modes de réalisation, un second réservoir est un réservoir d’un véhicule.
L’invention se rapporte aussi à un système de pressurisation d’hydrogène comprenant :
• un premier réservoir adapté pour recevoir de l’hydrogène gazeux sous pression,
• un dispositif de refroidissement apte à refroidir l’hydrogène gazeux à une première température cryogénique,
• un compresseur de gaz adapté pour comprimer de l’hydrogène gazeux en amont dudit premier réservoir, • une connexion fluidique adaptée pour établir sélectivement une liaison fluidique entre le premier réservoir et un second réservoir de manière à transférer de l’hydrogène gazeux sous pression à la première température cryogénique du premier réservoir vers le second réservoir par équilibrage de pression, ledit second réservoir étant apte à être fermé hermétiquement et à être à une seconde température supérieure à la première température du premier réservoir.
Dans certains modes de réalisation, le premier réservoir est immergé dans le fluide cryogénique à la première température.
Dans d’autres modes de réalisation, le premier réservoir comprend des conduits aptes à contenir le fluide cryogénique de manière à refroidir le premier réservoir à la première température. De préférence, le système comprend un isolant thermique agencé à l’extérieur des conduits.
Dans d’autres modes de réalisation, le dispositif de refroidissement est un échangeur thermique agencé en amont du premier réservoir.
De manière avantageuse, au moins un second réservoir comprend un dispositif de chauffage. De manière particulièrement avantageuse, le dispositif de chauffage comprend des conduits agencés pour la circulation d’un gaz à une température supérieure ou égale à la seconde température. De préférence, le gaz est de l’azote ou de l’hélium.
Avantageusement, l’au moins un second réservoir comprend en outre un dispositif d’isolation thermique.
L’invention se rapporte aussi à une station de remplissage de véhicules en hydrogène gazeux, comprenant un système un système de pressurisation d’hydrogène, l’au moins un second réservoir étant un réservoir d’un véhicule à remplir en hydrogène gazeux.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est un schéma de la première partie du système de pressurisation La figure 2 est un schéma d’un autre mode de réalisation de la première partie du système de pressurisation.
La figure 3 est un schéma d’un mode de réalisation de la deuxième partie du système de pressurisation.
La figure 4 est un schéma d’un deuxième mode de réalisation de la deuxième partie du système de pressurisation. La figure 5 est un schéma d’un troisième mode de réalisation de la deuxième partie du système de pressurisation.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION La figure 1 illustre un mode de réalisation d’une première partie d’un système de pressurisation d’hydrogène gazeux selon l’invention.
Un tel système comprend un premier réservoir 1 ayant un premier volume, adapté pour recevoir de l’hydrogène gazeux sous pression. Le système comprend en outre un dispositif de refroidissement apte à refroidir l’hydrogène gazeux compris dans ledit premier réservoir 1 à une première température qui est typiquement comprise entre 75 K et 115 K. De manière avantageuse, le premier réservoir 1 refroidi par un fluide cryogénique 30 qui est par exemple de l’azote liquide ou du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié.
Dans certains modes de réalisation, le premier réservoir est immergé dans le fluide cryogénique 30 à la première température dans un cryostat 3.
De manière alternative, le premier réservoir 1 comprend des conduits aptes à contenir le fluide cryogénique de manière à refroidir le premier réservoir 1 à la première température. Ledit premier réservoir 1 peut comprendre une isolation thermique agencé à l’extérieur des conduits ou du cryostat. Selon d’autres modes de réalisation, en référence à la figure 2, le dispositif de refroidissement est un échangeur thermique 72 agencé en amont du premier réservoir. Ledit échangeur thermique 72 est en échange thermique avec un liquide cryogénique 73 dans un cryostat 71. De préférence, l’échangeur thermique est immergé dans le liquide cryogénique 73. Ledit liquide cryogénique est par exemple de l’azote liquide ou du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié.
Dans certains modes de réalisation, le premier réservoir 1 comprend une isolation thermique 9 apte à isoler thermiquement le premier réservoir 1 et/ou le dispositif de refroidissement.
Le système de pressurisation d’hydrogène gazeux comprend en outre un compresseur de gaz 4 adapté pour comprimer de l’hydrogène gazeux dans ledit premier réservoir à partir d’une source d’hydrogène gazeux. Ladite source d’hydrogène gazeux est typiquement un réservoir de stockage 5 comprenant de l’hydrogène gazeux 8 sous pression qui est typiquement entre 20 et 200 bar. De manière alternative, la source d’hydrogène gazeux est un électrolyseur, l’hydrogène pouvant être à une pression comprise entre 20 et 50 bar. L’hydrogène gazeux 8 est à une seconde température supérieure à la première température. Typiquement, la seconde température est proche de la température ambiante qui est d’environ 230 K - 330 K.
Le système comprend en outre des conduits 54, 43 agencés pour établir une liaison fluidique entre la source d’hydrogène gazeux 5, le compresseur de gaz 4 et le premier réservoir 1 de manière à transférer de l’hydrogène gazeux sous pression de la source d’hydrogène gazeux vers le premier réservoir 1. Le système comprend au moins une vanne 11 apte à fermer hermétiquement le réservoir 1.
En référence à la figure 3, le système de pressurisation d’hydrogène gazeux comporte en outre un second réservoir 2 présentant une troisième température supérieure à la première température. La troisième température est typiquement comprise entre 230 K et 330 K. Dans certains modes de réalisation, la troisième température est identique à la seconde température.
Le second réservoir 2 peut comporter un dispositif de chauffage. De manière illustrative et non limitative, ledit dispositif de chauffage peut comprendre des conduits agencés pour la circulation d’un gaz à une température supérieure ou égale à la seconde température. De préférence, ledit gaz est de l’azote ou de l’hélium. Quand le second réservoir 2 comporte un dispositif de chauffage, ledit second réservoir 2 comprend avantageusement une isolation thermique apte à maintenir l’hydrogène présent dans ledit second réservoir 2 à la troisième température.
De manière avantageuse, ledit second réservoir 2 présente un second volume inférieur au premier volume du premier réservoir 1. Selon un exemple illustratif et non limitatif, le volume du second réservoir 2 peut être compris entre 40% et 60% du volume du premier réservoir 1.
Le système comprend en outre un conduit 12 agencé pour établir une liaison fluidique entre le premier réservoir 1 et le second réservoir 2 de manière à transférer de l’hydrogène gazeux sous pression du premier réservoir 1 vers le second réservoir 2 par équilibrage de pression, et une vanne 22 agencée pour fermer hermétiquement ledit second réservoir 2.
Un tel système peut être utilisé dans une station de remplissage de véhicules en hydrogène gazeux.
Dans un mode de réalisation, en référence à la figure 4, le second réservoir 2 est un réservoir d’un véhicule à remplir en hydrogène gazeux.
Dans certains modes de réalisation, en référence à la figure 5, on ajoute des réservoirs supplémentaires pour réaliser plusieurs étages de compression. Dans ce cas, le système comprend plusieurs seconds réservoirs 2A, 2B, 2C, 2D. Le nombre de seconds réservoirs est indiqué à titre purement illustratif et non limitatif. Le nombre des seconds réservoirs 2A, 2B, 2C, 2D est typiquement compris entre 2 et 5 et peut être plus élevé dans certains modes de réalisation.
Le nombre des seconds réservoirs 2A-2D dépend de la capacité des réservoirs, de la place à disposition, et du cycle d’utilisation du système de pressurisation, notamment de la quantité d’hydrogène à distribuer et du nombre de remplissages journaliers, des pressions maximales des réservoirs à remplir (350 ou 700 bar ou une autre pression), du choix des pressions maximales admissibles dans les seconds réservoirs 2A-2D et de la pression effective restante dans les réservoirs devant être remplis.
Le volume de chaque second réservoir 2A, 2B, 2C, 2D est de préférence inférieur au volume du premier réservoir 1 mais peut être identique. De manière alternative, au moins deux réservoirs peuvent avoir un volume différent l’un de l’autre.
Le système comprend en outre un conduit 12A, 12B, 12C, 12D, agencé pour établir une liaison fluidique entre le premier réservoir 1 et le second réservoir 2A-2D respectif, de manière à transférer de l’hydrogène gazeux sous pression du premier réservoir 1 vers le second réservoir 2 par équilibrage de pression, et une vanne 22A, 22B, 22C, 22D agencée pour fermer hermétiquement le second réservoir 2A-2D respectif.
Les réservoirs 2A-2D présentent chacun une troisième température supérieure à la première température. La troisième température est typiquement comprise entre 230 K et 330 K. La troisième température peut être identique à la seconde température. Dans certains modes de réalisation, la troisième température de chaque réservoir 2A-2D est identique. De manière alternative, au moins deux réservoirs 2A-2D peuvent présenter une température différente.
Chaque second réservoir 2A-2D peut comporter un dispositif de chauffage. De manière illustrative et non limitative, lesdits dispositifs de chauffage peuvent comprendre des conduits agencés pour la circulation d’un gaz à une température supérieure ou égale à la seconde température. De préférence, ledit gaz est de l’azote ou de l’hélium. Quand au moins un second réservoir 2 A-2D comporte un dispositif de chauffage, le second réservoir 2A-2D respectif comprend avantageusement une isolation thermique apte à maintenir l’hydrogène présent dans ledit second réservoir 2A-2D à la troisième température. Quand le système comprend plusieurs seconds réservoirs 2A-2D, ledit système comprend en outre un compresseur de gaz 7 agencé de manière à prélever de l’hydrogène gazeux d’un réservoir 2A-2D et comprimer ledit hydrogène gazeux dans un autre des réservoirs 2A-2D par l’intermédiaire des conduits 27A-27D et des vannes 77A- On va maintenant décrire le procédé de pressurisation d’hydrogène par un système de pressurisation d’hydrogène gazeux tel que décrit ci-dessus.
La première étape consiste à transférer de l’hydrogène gazeux 8 d’une source d’hydrogène gazeux 5 dans le premier réservoir 1 , en comprimant ledit hydrogène gazeux 8 par l’intermédiaire du compresseur de gaz 4. L’hydrogène gazeux est refroidi à la première température pendant le remplissage, soit à l’intérieur du premier réservoir 1, soit par l’intermédiaire d’un dispositif de refroidissement agencé en amont du premier réservoir 1. A l’issue de ladite première étape, le premier réservoir 1 est rempli de l’hydrogène gazeux à la première température à une première pression qui est typiquement comprise entre 500 et 600 bar.
Quand le remplissage est terminé, la vanne 11 est fermée afin de couper la liaison fluidique entre la source d’hydrogène liquide et de fermer hermétiquement le premier réservoir 1.
Par la suite, on ouvre la vanne 22 et on transfère une partie de l’hydrogène gazeux dudit premier réservoir 1 vers le second réservoir 2 par équilibrage de pression. Pendant cette étape, l’hydrogène gazeux transféré est à une température proche de la première température. Quand le second réservoir 2 présente un volume inférieur au volume du premier réservoir 1, la pression après l’étape de transfert reste élevée ce qui permet d’augmenter l’efficacité du système de pressurisation.
Quand les pressions du premier réservoir 1 et du second réservoir 2 sont égales à une pression d’équilibre, on ferme la vanne 22, fermant ainsi hermétiquement le second réservoir 2. L’hydrogène gazeux transféré dans le second réservoir 2 est chauffée à la troisième température du second réservoir 2. Le chauffage peut être effectué par échange thermique avec l’environnement, ou par un dispositif de chauffage.
L’énergie apportée par l’environnement plus chaud que l’hydrogène gazeux permet d’effectuer une auto-pressurisation de de l’hydrogène gazeux dans le second réservoir 2. L’hydrogène gazeux dans le second réservoir 2 est ensuite à une seconde pression qui est supérieure à la première pression dans le premier réservoir 1 et supérieure à la pression d’équilibre. Ladite seconde pression est typiquement comprise entre 1000 et 1500 bar.
L’hydrogène gazeux sous pression dans le second réservoir 2 peut ensuite être utilisé pour le remplissage d’un ou plusieurs véhicules à pile à combustible (le réservoir 2 pouvant être lui-même un réservoir du véhicule) ou pour d’autres applications.
Dans le cas où le second réservoir 2 est le réservoir d’un véhicule, la seconde pression est typiquement de 700 bar selon les normes en vigueur. L’hydrogène peut alors être directement utilisé dans le véhicule. Des valeurs de pression plus élevées peuvent être obtenues et mises en oeuvre dans le cas d’une évolution des normes concernant les véhicules à pile à combustible.
Dans le cas où le système comprend plusieurs seconds réservoirs 2A, 2B, 2C, 2D, on remplit chaque second réservoir 2A-2D à partir du premier réservoir tel que décrit ci- dessus.
Le gaz sous pression dans les seconds réservoirs 2A-2D peut ensuite être utilisé pour alimenter une application en hydrogène gazeux sous pression. L’alimentation est effectuée par équilibrage de pressions entre successivement un ou plusieurs des réservoirs 2A-2D et le réservoir de l’application à remplir.
On utilise en priorité le second réservoir 2A-2D ayant la plus basse pression. Quand la pression d’équilibre entre ledit second réservoir 2A-2D ayant la plus basse pression et le réservoir du véhicule est atteinte, on continue le remplissage à partir du second réservoir 2A-2D présentant la pression la plus basse supérieure à ladite pression d’équilibre. Ainsi on augmente progressivement la pression de remplissage et on utilise le second réservoir 2A-2D présentant la plus haute pression d’hydrogène en dernier.
Après la distribution de l’hydrogène gazeux, le second réservoir 2A-2D ayant la pression la plus faible sera utilisé pour un nouveau remplissage d’hydrogène gazeux froid à partir du premier réservoir 1. Ainsi les seconds réservoirs 2A-2D sont remplis à tour de rôle, lorsqu’ils atteignent une pression trop faible pour pouvoir être utilisés pour la distribution d’hydrogène gazeux.
Lorsqu’un réservoir a une pression trop faible pour l’utilisation de distribution de gaz mais trop forte pour être rempli d’hydrogène gazeux refroidi à partir du premier réservoir 1 , on utilise le compresseur de gaz 7 pour baisser la pression dudit réservoir et transférer la vapeur à un réservoir à plus haute pression. Lorsque la pression devient plus faible que la pression du premier réservoir 1 contenant l’hydrogène gazeux froid, le transfert dudit hydrogène gazeux froid peut être effectué comme dans le remplissage initial.
Ainsi les réservoirs 2A-2D sont remplis à tour de rôle, lorsqu’ils atteignent une pression faible pour pouvoir être utilisés pour la distribution d’hydrogène gazeux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pressurisation d’hydrogène gazeux comprenant les étapes suivantes : o la fourniture d’un premier réservoir (1 ) apte à recevoir de l’hydrogène gazeux sous pression, o le remplissage du premier réservoir (1 ) avec de l’hydrogène gazeux comprimé à une première pression, o le refroidissement de hydrogène gazeux comprimé contenu dans le premier réservoir (1) à une première température cryogénique, o le transfert par équilibrage de pression d’une partie de l’hydrogène gazeux à ladite première température cryogénique dudit premier réservoir (1) vers au moins un second réservoir (2), o la fermeture hermétique de l’au moins un second réservoir contenant l’hydrogène transféré du premier réservoir, o l’augmentation de la pression dans le second réservoir par échauffement de l’hydrogène présent dans le second réservoir à une seconde température supérieure à la première température.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l’hydrogène gazeux est refroidi à la première température dans le premier réservoir.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le premier réservoir est refroidi par un fluide cryogénique.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le fluide cryogénique est de l’azote liquide ou du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’hydrogène gazeux est refroidi à la première température par un échangeur thermique agencé en amont du premier réservoir.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le premier réservoir comprend une isolation thermique (9).
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pression maximale dans le premier réservoir est comprise entre 500 et 600 bar.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pression maximale dans au moins un second réservoir est comprise entre 1000 et 1500 bar.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins un second réservoir présente un volume inférieur au volume du premier réservoir.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le volume d’au moins un second réservoir est compris entre 40% et 60% du volume du premier réservoir.
11. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la seconde température est comprise entre - 40°C et 25°C.
12. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de chauffage dans au moins un second réservoir.
13. Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel un second réservoir est un réservoir d’un véhicule.
14. Système de pressurisation d’hydrogène comprenant : o un premier réservoir adapté pour recevoir de l’hydrogène gazeux sous pression, o un dispositif de refroidissement apte à refroidir l’hydrogène gazeux à une première température cryogénique, o un compresseur de gaz adapté pour comprimer de l’hydrogène gazeux en amont dudit premier réservoir, o une connexion fluidique adaptée pour établir sélectivement une liaison fluidique entre le premier réservoir et un second réservoir de manière à transférer de l’hydrogène gazeux sous pression à la première température cryogénique du premier réservoir vers le second réservoir par équilibrage de pression, ledit second réservoir étant apte à être fermé hermétiquement et à être à une seconde température supérieure à la première température du premier réservoir.
15. Système selon la revendication 14, dans lequel le premier réservoir est immergé dans le fluide cryogénique à la première température.
16. Système selon la revendication 14, dans lequel le premier réservoir comprend des conduits aptes à contenir le fluide cryogénique de manière à refroidir le premier réservoir à la première température.
17. Système selon la revendication 16, comprenant un isolant thermique agencé à l’extérieur des conduits.
18. Système selon la revendication 14, dans lequel le dispositif de refroidissement est un échangeur thermique agencé en amont du premier réservoir.
19. Système selon l’une des revendications 14 à 18, dans lequel au moins un second réservoir comprend un dispositif de chauffage.
20. Système selon la revendication 19, dans lequel le dispositif de chauffage comprend des conduits agencés pour la circulation d’un gaz à une température supérieure ou égale à la seconde température.
21. Système selon la revendication 20, dans lequel le gaz est de l’azote ou de l’hélium.
22. Système selon l’une des revendications 14 à 21, dans lequel l’au moins un second réservoir comprend en outre un dispositif d’isolation thermique.
23. Station de remplissage de véhicules en hydrogène gazeux, comprenant un système selon l’une des revendications 14 à 18, l’au moins un second réservoir étant un réservoir d’un véhicule à remplir en hydrogène gazeux.
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