FR2928716A1 - Dispositif et procede de remplissage d'un gaz sous pression dans un reservoir - Google Patents

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Abstract

Dispositif de remplissage d'un gaz sous pression dans un réservoir, notamment de l'hydrogène dans le réservoir d'un véhicule, comprenant au moins une source (1, 2, 3, 6) de gaz sous pression à une première pression dite élevée, un circuit de transfert (201, 36, 13, 14, 136, 146) apte à relier sélectivement la ou les sources (1, 2, 3, 6) de gaz sous pression au réservoir à remplir, le circuit de transfert comprenant des organes de contrôle (204,132, 142) de l'écoulement du gaz depuis la ou les sources (1, 2, 3, 6) vers le réservoir, le circuit de transfert comprenant en outre au moins un échangeur (9) de refroidissement du gaz sous pression, caractérisé en ce que l'échangeur (9) de refroidissement comprend un circuit (99) chaud de circulation pour le gaz sous pression à refroidir, un circuit (98) froid de circulation pour un fluide froid de refroidissement et un accumulateur de frigories (5), l'accumulateur de frigories (5) étant en échange thermique direct avec d'une part avec le fluide froid du circuit (98) froid et, d'autre part, avec le gaz sous pression à refroidir du circuit (99) chaud, pour réaliser sélectivement un échange thermique indirect entre le gaz sous pression et le fluide (4) froid via l'accumulateur de frigories (5), et en ce que l'accumulateur de frigories (5) forme et remplit un interstice (l) entre le fluide froid du circuit (98) froid et le gaz sous pression du circuit (99) chaud, l'interstice (l) ayant une épaisseur supérieure à 5 mm.

Description

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de remplissage d'un gaz sous pression dans un réservoir. L'invention concerne notamment le remplissage de réservoirs de véhicules avec de l'hydrogène gazeux.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de remplissage d'un gaz sous pression dans un réservoir, comprenant au moins une source de gaz sous pression à une première pression dite élevée, un circuit de transfert apte à relier sélectivement la ou les sources de gaz sous pression au réservoir à remplir, le circuit de transfert comprenant des organes de contrôle de l'écoulement du gaz depuis la ou les sources vers le réservoir, le circuit de transfert comprenant en outre au moins un échangeur de refroidissement du gaz sous pression. Le stockage de l'hydrogène gazeux à des pressions élevées est particulièrement important pour son utilisation dans des véhicules automobiles. De plus, dans cette application notamment, la relative rapidité du remplissage de réservoir est un facteur important. En effet, le remplissage de réservoirs hydrogène à bord de véhicules comportant une pile à combustible ou un moteur à combustion interne fonctionnant à l'hydrogène doit pouvoir être effectué au plus en quelques minutes. Le remplissage doit être contrôlé avec soin car une pressurisation rapide du gaz induit un échauffement qui peut devenir incompatible avec le matériau constituant le réservoir (températures supérieures à 85°C par exemple). Pour résoudre ce problème une solution consiste à contrôler la vitesse de remplissage en fonction de la température du gaz dans le réservoir. Cette solution a cependant l'inconvénient d'allonger la durée du remplissage du réservoir.
Une autre solution consiste à prévoir une installation de production de froid au niveau de la station de remplissage. Cette solution nécessite cependant des infrastructures lourdes et coûteuses en énergie électrique notamment. En effet, selon cette méthode le gaz est pré-refroidi avant son entrée dans le réservoir typiquement à des températures comprises entre -45°C et 0°C pour éviter d'atteindre lors du remplissage la limite haute de la plage d'utilisation en température de ce réservoir. On pourra à ce titre se référer au document FR2891347A1 qui décrit une solution économique pour réaliser ce pré refroidissement.
Pour assurer le pré-refroidissement on utilise généralement un échangeur de chaleur refroidi par une source froide telle qu'un bain d'eau glycolée ou de l'azote liquide. Dans certaines situations cependant, le pré-refroidissement du gaz sous pression est difficile à maîtriser à moindre coût. En effet, du fait des variations de la puissance thermique instantanée d'échange on observe des instabilités dans la température du gaz sous pression refroidi. Par ailleurs, les moyens d'échange thermique connus présentent des encombrements relativement importants. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des 10 inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'échangeur de refroidissement comprend un circuit chaud de circulation pour le gaz sous pression à refroidir, un circuit froid de circulation pour un fluide 15 froid de refroidissement et un accumulateur de frigories, l'accumulateur de frigories étant en échange thermique direct avec d'une part avec le fluide froid du circuit froid et, d'autre part, avec le gaz sous pression à refroidir du circuit chaud, pour réaliser sélectivement un échange thermique indirect entre le gaz sous pression et le fluide froid via l'accumulateur de frigories, et en ce que 20 l'accumulateur de frigories forme et remplit un interstice entre le fluide froid du circuit froid et le gaz sous pression du circuit chaud, l'interstice ayant une épaisseur supérieure à 5 mm. L'invention permet notamment de garantir donc très bonne stabilité en température du gaz sous pression en sortie d'échangeur, malgré la puissance 25 thermique instantanée d'échange importante et fluctuante. L'invention permet en particulier d'augmenter la capacité calorifique et la conductivité de l'échangeur par rapport aux systèmes connus tout en permettant une compacité améliorée. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter 30 l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : -l'accumulateur de frigories comprend au moins l'un parmi : une masse d'aluminium, une masse d'acier inoxydable, de cuivre ou de plomb, -l'accumulateur de frigories a une capacité calorifique massique (densité*Capacité calorifique à Pression constante) comprise entre 2000 et 4000 kJ.m-3.K-1 et une conductivité thermique comprise entre 150 et 400 W/m-K, - le circuit froid de l'échangeur est relié sélectivement à un réservoir de fluide cryogénique tel que de l'azote liquide ou 002, -l'accumulateur de frigories est en contact avec un tube ou des tubes du circuit chaud dans lequel circule le gaz sous pression à refroidir, -l'accumulateur de frigories comprend une masse d'aluminium assemblée dans l'échangeur par coulage sous forme liquide à haute température pour augmenter le contact thermique entre d'une part le ou les tubes du circuit chaud du gaz sous pression et, d'autre part, l'aluminium, ou les tubes sont alésés dans la masse de métal, - le circuit de transfert comprend une vanne et une portion de court-circuit sélectif d'au moins une partie de l'échangeur de refroidissement pour contrôler la température de l'hydrogène. L'invention concerne également un procédé de remplissage d'un gaz sous pression dans un réservoir, notamment de l'hydrogène dans un réservoir d'un véhicule, comprenant un transfert d'un gaz sous pression à une pression dite haute depuis une source vers le réservoir à remplir, le procédé comprenant une étape de pré-refroidissement du gaz sous pression avant son entrée dans le réservoir jusqu'à une température cible par un échange thermique indirect avec un fluide de refroidissement via un accumulateur de frigories, l'accumulateur de frigories étant refroidi par échange thermique avec le fluide de refroidissement au moins préalablement un transfert de gaz sous pression vers le réservoir, c'est-à- dire préalablement à la circulation du gaz sous pression, l'accumulateur de frigories étant refroidi sélectivement par échange thermique avec un circuit froid de fluide de refroidissement. Selon une particularité avantageuse de l'invention, lors d'un transfert de gaz sous pression vers le réservoir à remplir, c'est-à-dire une circulation du gaz sous pression depuis la source jusqu'au réservoir à remplir, le fluide de refroidissement est simultanément admis à circuler pour échanger thermiquement avec l'accumulateur de frigories avec un débit déterminé, ce débit de fluide de refroidissement correspondant à une puissance de refroidissement inférieure à la puissance de refroidissement instantanée nécessaire pour refroidir la quantité de gaz sous pression circulant lors du transfert jusqu'à la température cible, le différentiel de puissance de refroidissement manquant étant fourni par l'accumulateur de frigories préalablement refroidi.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le débit de fluide de refroidissement admis à circuler lors d'un transfert de gaz sous pression est nul ou sensiblement nul, la puissance de refroidissement pour refroidir le gaz sous pression jusqu'à la température cible étant assuré essentiellement par l'accumulateur de frigories préalablement refroidi, -la source comprend au moins un réservoir de gaz sous pression et au moins et un compresseur actionné par un fluide de travail, le fluide de refroidissement constituant ledit fluide de travail du compresseur, - lors de l'étape de pré-refroidissement la température du gaz est maintenue dans un intervalle de températures ne s'éloignant pas de plus de quelques degrés (5°C) de la température cible, - lors d'un transfert de gaz sous pression (remplissage) la température de l'accumulateur de frigories est maintenue constante avec une variation limitée (par exemple 5 °C).
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : -la figure 1 représente une vue schématique illustrant la structure et le fonctionnement d'un exemple de dispositif de remplissage selon l'invention, - les figures 2 à 7 illustrent schématiquement respectivement six étapes d'un exemple d'utilisation du dispositif de remplissage de la figure 1, - la figure 8 représente une vue schématique d'un détail de la figure 1 illustrant la structure et le fonctionnement d'un exemple d'échangeur de refroidissement selon l'invention. Dans l'exemple représenté le dispositif comprend trois réservoirs ou contenants 1, 2, 3 de gaz. Un premier contenant 1 est par exemple une réserve d'hydrogène en bouteilles à une pression de 200 bar (ou 300 bar ou autre) servant d'approvisionnement en hydrogène. Le premier contenant 1 est par exemple une source principale d'hydrogène destinée à alimenter des réservoirs 11, 12. Par exemple, le premier contenant 1 est une station mobile destinée à être remplie en hydrogène sur un lieu de production. Bien entendu, le premier contenant 1 peut être fixe et/ou associé à une unité de production d'hydrogène fixe ou mobile.
Les second 2 et troisième 3 contenants sont par exemples des réservoirs ou ensembles de bouteilles tampons utilisés lors de remplissages avec des phases classiques d'équilibrage par cascade. Par exemple, le second 2 peut être destiné à stocker l'hydrogène à une pression de 450 bar environ tandis que troisième 3 contenant stocke l'hydrogène à une pression de 850 bar environ.
La sortie de chaque contenant 1, 2, 3 est raccordée à une mise à l'air de sécurité respective 21, 22, 23 aptes à permettre l'évacuation du gaz vers l'atmosphère. La sortie de chaque contenant 1, 2, 3 comporte des moyens capteurs de pression respectifs 31, 32, 33. La sortie du premier contenant 1 (source d'hydrogène) est raccordée par une ligne 101 à un compresseur 6 pour alimenter ce dernier en gaz destiné à être comprimé. La ligne 101 d'alimentation du compresseur 6 en gaz comporte trois vannes 41, 51, 61 disposées en série. Un capteur 26 de pression est également prévu pour mesurer la pression du gaz à l'entrée du compresseur 6. La ligne 101 d'alimentation du compresseur 6 en gaz comporte une première ligne 201 de dérivation qui raccorde directement le premier contenant 1 avec la ligne de sortie 36 du compresseur (c'est-à-dire la ligne 36 qui contient le gaz pressurisé dans le compresseur 6). La première ligne 201 de dérivation est raccordée sur la ligne 101 d'alimentation entre les seconde 51 et troisième vannes 61 en série et comporte une mise à l'air de sécurité 202.
Les sorties des deuxième 2 et troisième contenant 3 tampon sont raccordées chacune à la première ligne 201 de dérivation via une vanne 52, 53 respective. Une première vanne 203 est disposée sur la première ligne 201 de dérivation entre le raccord à la ligne d'alimentation 101 et le raccord du second contenant 2 tampon. Une seconde vanne 204 est disposée sur la première ligne 201 de dérivation entre le raccord du troisième contenant 2 tampon et le raccord de la ligne d'alimentation 101 à la ligne de sortie 36 du compresseur 6. La ligne de sortie 36 du compresseur 6 comporte des moyens 96 capteurs de pression du gaz à la sortie du compresseur 6. La ligne de sortie 36 du compresseur traverse ensuite un échangeur de chaleur 9 décrit plus en détail ci-après qui permet de refroidir le gaz comprimé avant son entrée dans un réservoir 11,12. En aval de l'échangeur 9, la ligne de sortie 36 du compresseur est pourvue de moyens 106 capteurs de température du gaz comprimé et d'un filtre à particule 46. En aval du filtre 46, la ligne 36 de sortie est subdivisée en deux lignes 13, 14 parallèles aptes chacune à être raccordée à un réservoir 11, 12 respectif d'un véhicule, pour délivrer audit réservoir du gaz comprimé (hydrogène) provenant sélectivement soit directement des moyens 6 de compression ou soit d'un contenant tampon 2, 3. En variante, l'installation peut ne comporter qu'une ligne 13 ou 14 de raccordement, par exemple si la station ne permet le remplissage qu'à une seule pression préférentielle. Chaque ligne 13, 14 de raccordement comporte respectivement, d'amont en aval (l'aval étant le réservoir 11, 12 à remplir), une première vanne 131, 141, puis un orifice calibré tel qu'une vanne pointeau manuelle ou pilotée 132, 142, un capteur de pression 133, 143. Chaque ligne 13, 14 de raccordement comporte ensuite un double dispositif de mise à l'air 134, 144 (une mise à l'air automatique de sécurité et une mise à l'air via une vanne). Les dispositifs de mise à l'air permettent en cas de besoin de faire échapper le gaz (hydrogène) hors du circuit, par exemple vers l'atmosphère.
En aval du double dispositif de mise à l'air 134, 144, chaque ligne 13, 14 comporte une vanne d'arrêt d'urgence 135, 145 et enfin un système 136, 146 apte à être accouplé à des moyens de réception sur un réservoir (par exemple un flexible 136, 146 terminé par un raccord de connexion rapide qui peut se connecter sur un orifice d'entrée du réservoir 11, 12). Chaque ligne 13, 14 de raccordement peut être dimensionnée pour délivrer du gaz à une pression déterminée (par exemple respectivement 700 bar et 350 bar). Le compresseur 6 est de préférence pneumatique (ou à membrane) et apte à réaliser une surpression jusqu'à 1300 bar (de préférence 850 bar au minimum). Le compresseur 6 est alimenté classiquement en gaz de travail qui fournit l'énergie de compression via une ligne d'amenée 116 dont l'extrémité amont est reliée une source 40 de gaz de travail. Le gaz de travail assure par exemple les déplacements d'un ou plusieurs pistons dans le corps du compresseur 6.
Le gaz 4 de travail est de préférence de l'azote stocké sous forme refroidie au sein de la source 40. De préférence, l'azote est stocké sous forme liquide (azote cryogénique) dans le réservoir source 40. L'azote liquide 4 est prélevé de son réservoir source 40 au moyen, par exemple, d'une canne de plongée ou analogue. A la sortie de la source 40 d'azote, la ligne d'amenée 116 comporte une portion à deux lignes 7, 8 parallèles. Une première 8 ligne comporte un premier 9 et un second 16 échangeurs de chaleur. La seconde 7 ligne court-circuite le premier 9 échangeur de chaleur et rejoint la première ligne 8 en aval du second échangeur 16 de chaleur. La seconde 7 ligne comporte un troisième échangeur 77 de chaleur. Les échangeurs 16 et 77 peuvent avantageusement être regroupés dans un seul et même équipement. Le premier 9 et le second 16 échangeurs en série dans la première ligne 8 sont destinés à réchauffer le fluide à la sortie de la source 40 en vue d'obtenir du gaz. Un dispositif 18 permettant une mise à l'air du gaz de travail via, par exemple, une vanne est prévu en aval des deux échangeurs 9, 16. La séparation du gaz entre la première ligne 8 et la seconde ligne 7 se fait au moyen, par exemple, d'une vanne trois voies 56. En aval du second échangeur 16, la ligne d'amenée 116 comprend des moyens 66 capteurs de température du gaz de travail qui transite vers le compresseur 6 et deux vannes en série 76, 86 destinées respectivement à couper l'arrivée de gaz de travail vers le compresseur 6 (donc à arrêter le compresseur) et à régler le débit de gaz de travail (donc à régler le débit de compression). Le premier échangeur 9 de la première ligne 8 constitue l'échangeur 9 situé sur la ligne 36 de sortie du compresseur 6. C'est-à-dire que le premier échangeur 9 permet un échange thermique entre le fluide de travail 4 (azote) et le gaz comprimé à la sortie du compresseur 6 ou en sortie des contenants 1, 2 ou 3. De cette façon, le premier échangeur 9 permet de refroidir le gaz comprimé en créant un échange thermique avec le fluide de travail qui est plus froid.
Typiquement, la température du gaz comprimé à la sortie du compresseur 6 est de l'ordre de 120°C. La température du gaz à la sortie des contenants 1, 2, ou 3 est approximativement égale à la température ambiante tandis que la température du fluide de travail à la sortie de la source est de l'ordre de -196°C.
Cet échange thermique entre le fluide de travail et le gaz comprimé peut notamment assurer le réchauffage du fluide 4 de travail à la sortie de la source 4 en vue de son évaporation pour refroidir une capacité frigorifique 5 de I `échangeur 9 consituée, de préférence d'une masse d'aluminium.
De préférence, le premier échangeur 9 réalise l'échange thermique entre le gaz comprimé et le fluide 4 de travail de façon indirect, c'est-à-dire via vecteur ou accumulateur 5 de frigories (ou accumulateur de froid). Par exemple, l'échangeur 9 peut comporter à cet effet un accumulateur de frigories 5 tel que qu'une masse d'aluminium, ou tout autre moyen équivalent. L'accumulateur de frigories 5 est de préférence dimensionné de façon que sa température soit sensiblement uniforme pendant la durée d'au moins un remplissage d'un réservoir 11, 12. Comme schématisé à la figure 8, de préférence l'accumulateur de frigories 5 forme et remplit au moins en partie un interstice I entre le fluide froid d'un circuit 98 froid (pour le fluide de refroidissement) et le gaz sous pression du circuit 99 chaud. De préférence, l'interstice I a une épaisseur supérieure à 5 mm. L'accumulateur de frigories 5 a de préférence une masse de l'ordre de 300 kg, une capacité calorifique massique (densité*Capacité calorifique à Pression constante) comprise entre 2000 et 4000 kJ.m-3.K-1 et une conductivité thermique comprise entre 150 et 400 W/m-K. Ce type de configuration permet, avec un système composé par exemple de 300kg d'aluminium, de refroidir entre +30 et -30 °C une masse de 1 kg d'hydrogène en n'augmentant la température de la masse d'aluminium que de 3°C. De ce fait, on voit que l'inertie de la masse d'aluminium permet de refroidir l'hydrogène et de garantir une température quasi constante (+1-3°C) de l'hydrogène en sortie de l'échangeur le long du remplissage, sans apport de frigorie dans l'échangeur. Avantageusement, l'accumulateur 5 de frigories est en contact avec un tube ou des tubes du circuit 99 chaud dans lequel circule le gaz sous pression à refroidir. Par exemple, l'accumulateur 5 de frigories comprend une masse d'aluminium assemblée dans l'échangeur 9 par coulage sous forme liquide à haute température pour augmenter le contact thermique entre les tubes 99 dans lesquels circulent le gaz sous pression et l'aluminium. La même structure d'échange thermique peut être utilisée entre l'accumulateur 5 et le circuit froid 98. Le fluide peut aussi circuler dans des cavités alésées dans la masse d'aluminium.
L'échangeur 9 peut comporter avantageusement des capteurs 19 de températures des fluides et/ou de l'accumulateur 5 de froid au sein de l'échangeur 9. Le second échangeur 16 de la seconde ligne 9 est destiné également à compléter le réchauffement du fluide à la sortie de la source 40 en vue d'obtenir du gaz, par exemple par échange thermique avec l'air extérieur, afin de pouvoir être éventuellement utilisé dans le compresseur 6 en tant que fluide de travail. Ainsi, la commande appropriée des vannes 56, 18 de la ligne d'amenée 116 permet de répartir sélectivement le fluide à la sortie de la source 40 pour le réchauffer dans les échangeurs 16 et 9 de la première ligne (et conditionner en température l'accumulateur de frigories 5) ou réchauffé dans l'échangeur 77. De même, ces vannes 56, 18 permettent de contrôler la proportion de gaz réchauffé dans cette ligne 116 qui est envoyé vers le compresseur 6 et/ou vers l'extérieur (via le dispositif 18 de mise à l'air). De cette façon, le dispositif permet de réguler la puissance thermique de l'échangeur 9 fluide 4 de travail/gaz compressé ainsi que le réchauffement dudit fluide 4 de travail en vue de son utilisation éventuelle dans le compresseur 6, et ce de manière indépendante. De préférence, le refroidissement du gaz compressé est dimensionné pour maintenir sa température entre -45°C et la température ambiante De cette façon le fluide de travail (azote dans cet exemple de réalisation) est utilisé pour refroidir le gaz (hydrogène dans cet exemple) et ce même gaz réchauffé peut être utilisé pour faire fonctionner au moins un compresseur 6. Bien entendu, l'invention peut s'appliquer également à un dispositif dans lequel le fluide de refroidissement 4 n'est pas utilisé comme fluide de travail d'un compresseur.
Comme décrit plus en détail ci-après en référence aux figures 2 à 7, le transfert de frigories du fluide de travail dans l'échangeur 9 est réalisé préférentiellement pendant une phase de remplissage d'un contenant 2, 3.
Par soucis de simplification, dans les figures 2 à 7, une partie seulement des éléments constitutifs du dispositif de la figure 1 ont été représentés. Les éléments identiques à ceux décrits ci-dessus en référence à la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques et ne sont pas décrits en détail une seconde fois. Par ailleurs, le premier contenant 1 est représenté sous la forme d'une réserve d'hydrogène sur une station mobile (telle qu'une semi-remorque par exemple). La figure 2 représente une étape A dans laquelle le réservoir d'un véhicule V est alimenté, par équilibrage de pression, en gaz (hydrogène) stocké dans le premier contenant 1 (par exemple à une pression de 200 bar) avec prérefroidissment (échangeur 9). Lors d'une l'étape B (figure 3), par exemple après équilibrage de l'étape A, le réservoir du véhicule V est alimenté, par équilibrage de pression, en gaz stocké dans le second contenant 2 (par exemple à une pression de 450 à 480 bar) avec pré-refroidissment (échangeur 9). Lors d'une l'étape C (figure 4), par exemple après équilibrage de l'étape B, le réservoir du véhicule V est alimenté, par équilibrage de pression, en gaz gaz stocké dans le troisième contenant 3 (par exemple à une pression de l'ordre de 850 bar) avec pré- refroidissment (échangeur 9). Lors d'une l'étape D (figure 5), un complément de remplissage peut être réalisé, par exemple après équilibrage de l'étape C, en alimentant le réservoir du véhicule V en gaz comprimé issu directement du compresseur 6 à une pression déterminée avec pré-refroidissment (échangeur 9). Lors de ce complément de remplissage facultatif, le compresseur 6 peut être alimenté en gaz provenant du troisième contenant. Comme représenté aux figures 2 à 7, lors de toutes ou partie des étapes A à E, le gaz compressé peut-être refroidi ou non dans l'échangeur 9 hydrogène/fluide de travail avant son entrée sans le réservoir du véhicule V.
Lors d'une l'étape E (figure 6), le second contenant 2 peut être reconditionné en gaz par le compresseur 6 à partir de gaz provenant du premier contenant 1.
Lors d'une l'étape F (figure 7), le troisième contenant 2 peut également être re-conditionné en gaz par le compresseur 6 à partir de gaz provenant du premier contenant 1. De préférence pendant les étapes E et F (figures 6 et 7), l'azote cryogénique (fluide de travail) est utilisé pour refroidir l'accumulateur 5 de frigories (masse d'aluminium) de l'échangeur 9. L'accumulateur 5 est par exemple isolé à une température comprise entre -45°C et la température ambiante. Après son évaporation l'azote peut être utilisé éventuellement pour servir de fluide de travail (ou fluide moteur) au compresseur 6. Le fluide 4 de travail peut ainsi avoir en plus de sa première fonction frigorifique une seconde fonction optionnelle de vecteur d'énergie. Lors des étapes A à D, l'hydrogène compressé circule dans l'échangeur 9 qui est refroidi. L'échangeur 9 peut donc être refroidi : -préalablement lors des étapes E et F tel que décrit ci-dessus, - ou simultanément à la circulation du gaz comprimé en son sein (étapes A à D), par l'ouverture de la vanne du dispositif 18 de mise à l'air du gaz de travail de seconde ligne 8 de la ligne d'amenée 116, - ou préalablement et simultanément (étapes A à F). - ou enfin pendant une étape d'attente de la station (autre étape que NF) Du fait de l'efficacité améliorée du refroidissement selon l'invention, lors d'un remplissage (transfert de gaz sous pression) le fluide 4 de refroidissement peut simultanément être admis à circuler dans l'échangeur 9 avec un débit déterminé correspondant à une puissance de refroidissement inférieure à la puissance de refroidissement instantanée nécessaire pour refroidir la quantité de gaz sous pression circulant lors du transfert jusqu'à la température cible. La structure et le fonctionnement de l'échangeur (accumulateur 5 de frigories pré-refroidi) assurant dans ce cas le différentiel de puissance de refroidissement manquant. Selon le cas, lors d'un remplissage, ce débit de fluide de refroidissement dans l'échangeur 9 peut même être interrompu au moins en partie sans remettre en cause la stabilité de la température cible atteinte pour le gaz sous pression.
En effet, la structure et le fonctionnement de l'invention améliorent les performances d'un remplissage froid par rapport aux solutions connues. En particulier, la résistance thermique de contact entre le tube contenant le gaz sous pression à refroidir et l'aluminium (accumulateur 5) est nulle , ce qui permet de réaliser un refroidissement à des températures très basses avec une très bonne inertie et un volume (surface d'échange par exemple) réduit par rapport aux solutions connues où le tube contenant le gaz sous pression est en contact avec un fluide frigorigène de type LN2 ou eau glycolée engendrant une résistance de contact non nulle. Dans le cas connu d'un refroidissement avec un échangeur à tubes et calandre dans lequel le gaz à refroidir circule dans des tubes et le réfrigérant dans une calandre associée, il est nécessaire de prévoir un débit très important de réfrigérant et les surfaces d'échange doivent être très (trop) importantes. Dans le cas d'un refroidissement connu avec un échangeur à piscine (dans un bain de réfrigérant), l'échange thermique est moindre que selon l'invention et le volume plus important du fait de la faible densité du liquide par rapport au métal.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de remplissage d'un gaz sous pression dans un réservoir, notamment de l'hydrogène dans le réservoir d'un véhicule, comprenant au moins une source (1, 2, 3, 6) de gaz sous pression à une première pression dite élevée, un circuit de transfert (201, 36, 13, 14, 136, 146) apte à relier sélectivement la ou les sources (1, 2, 3, 6) de gaz sous pression au réservoir à remplir, le circuit de transfert comprenant des organes de contrôle (204,132, 142) de l'écoulement du gaz depuis la ou les sources (1, 2, 3, 6) vers le réservoir, le circuit de transfert comprenant en outre au moins un échangeur (9) de refroidissement du gaz sous pression, caractérisé en ce que l'échangeur (9) de refroidissement comprend un circuit (99) chaud de circulation pour le gaz sous pression à refroidir, un circuit (98) froid de circulation pour un fluide froid de refroidissement et un accumulateur de frigories (5), l'accumulateur de frigories (5) étant en échange thermique direct avec d'une part avec le fluide froid du circuit (98) froid et, d'autre part, avec le gaz sous pression à refroidir du circuit (99) chaud, pour réaliser sélectivement un échange thermique indirect entre le gaz sous pression et le fluide (4) froid via l'accumulateur de frigories (5), et en ce que l'accumulateur de frigories (5) forme et remplit un interstice (I) entre le fluide froid du circuit (98) froid et le gaz sous pression du circuit (99) chaud, l'interstice (I) ayant une épaisseur supérieure à 5 mm.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'accumulateur de frigories (5) comprend au moins l'un parmi : une masse d'aluminium, une masse d'acier inoxydable, de cuivre ou de plomb.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'accumulateur de frigories (5) a une capacité calorifique massique (densité*Capacité calorifique à Pression constante) comprise entre 2000 et 4000 kJ.m-3.K-1 et une conductivité thermique comprise entre 150 et 400 W/m-K.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit (98) froid de l'échangeur (9) est reliésélectivement à un réservoir (40) de fluide (4) cryogénique tel que de l'azote liquide ou du 002.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'accumulateur (5) de frigories est en contact avec un tube ou des tubes du circuit chaud (99) dans lequel circule le gaz sous pression à refroidir.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'accumulateur (5) de frigories comprend une masse de métal notamment d'aluminium assemblée dans l'échangeur (9) par coulage sous forme liquide à haute température pour augmenter le contact thermique entre d'une part le ou les tubes du circuit chaud du gaz sous pression et, d'autre part, l'aluminium.
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le ou les tubes du circuit chaud (99) sont alésés dans une masse de métal.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de transfert comprend une vanne et une portion de court-circuit sélectif d'au moins une partie de l'échangeur (9) de refroidissement pour contrôler la température de l'hydrogène.
9. Procédé de remplissage d'un gaz sous pression dans un réservoir (11, 12), notamment de l'hydrogène dans un réservoir d'un véhicule, comprenant un transfert d'un gaz sous pression à une pression dite haute depuis une source (1, 2, 3, 6) vers le réservoir à remplir, le procédé comprenant une étape de pré-refroidissement du gaz sous pression avant son entrée dans le réservoir jusqu'à une température cible par un échange thermique indirect avec un fluide (4) de refroidissement via un accumulateur de frigories (5), l'accumulateur de frigories (5) étant refroidi par échange thermique avec le fluide de refroidissement au moins préalablement un transfert de gaz sous pression vers le réservoir, c'est-à-dire préalablement à la circulation du gaz sous pression, l'accumulateur de frigories (5) étant refroidi sélectivement par échange thermique avec un circuit froid de fluide (4) de refroidissement, caractérisé en ce que lors d'un transfert de gaz sous pression vers le réservoir à remplir, c'est-à-dire une circulation du gaz sous pression depuis la source jusqu'au réservoir à remplir, le fluide (4) derefroidissement est simultanément admis à circuler pour échanger thermiquement avec l'accumulateur de frigories (5) avec un débit déterminé, ce débit de fluide (4) de refroidissement correspondant à une puissance de refroidissement inférieure à la puissance de refroidissement instantanée nécessaire pour refroidir la quantité de gaz sous pression circulant lors du transfert jusqu'à la température cible, le différentiel de puissance de refroidissement manquant étant fourni par l'accumulateur de frigories (5) préalablement refroidi. 1O.Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le débit de fluide (4) de refroidissement admis à circuler lors d'un transfert de gaz sous pression est nul ou sensiblement nul, la puissance de refroidissement pour refroidir le gaz sous pression jusqu'à la température cible étant assuré essentiellement par l'accumulateur de frigories (5) préalablement refroidi. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que ce que la source comprend au moins un réservoir (1, 2, 3) de gaz sous pression et au moins et un compresseur (6) actionné par un fluide (4) de travail, le fluide (4) de refroidissement constituant ledit fluide (4) de travail du compresseur. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que lors de l'étape de pré-refroidissement la température du gaz est maintenue dans un intervalle de températures ne s'éloignant pas de plus de quelques degrés (5°C) de la température cible. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que lors d'un transfert de gaz sous pression (remplissage) la température de l'accumulateur de frigories (5) est maintenue constante avec une variation limitée (par exemple 5 °C).
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