FR2953820A1 - Device for storing hydrogen by absorption in a hydrogen storage material, comprises storage tubes containing the hydrogen storage material, and an enclosure provided with a unit for feeding and evacuating a heat exchange fluid - Google Patents
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Abstract
Description
1 DISPOSITIF DE STOCKAGE D'HYDROGENE A HYDRURES METALLIQUES 1 DEVICE FOR STORING HYDROGEN WITH METAL HYDRIDES
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un 5 dispositif de stockage d'hydrogène sous la forme d'hydrures métalliques. On cherche des énergies alternatives aux pétroles du fait, notamment, de la réduction des réserves de pétrole. Un des vecteurs prometteurs pour 10 ces sources d'énergie est l'hydrogène, qui peut être utilisé dans les piles à combustible pour produire de l'électricité. L'hydrogène est un élément très répandu dans l'univers et sur la Terre, il peut être produit à 15 partir du charbon, du gaz naturel ou d'autres hydrocarbures, mais aussi par simple électrolyse de l'eau en utilisant par exemple l'électricité produite par l'énergie solaire ou éolienne. Les piles à hydrogène sont déjà utilisées 20 dans certaines applications, par exemple dans des véhicules automobiles mais sont encore peu répandues, notamment du fait des précautions à prendre et des difficultés pour le stockage de l'hydrogène. L'hydrogène peut être stocké sous forme 25 d'hydrogène comprimé entre 350 et 700 bars, ce qui pose des problèmes de sécurité. Il faut alors prévoir des réservoirs aptes à tenir ces pressions, sachant par 2 ailleurs que ces réservoirs, lorsqu'ils sont montés dans des véhicules, peuvent être soumis à des chocs. Il peut être stocké sous forme liquide, cependant ce stockage n'assure qu'un faible rendement de stockage et ne permet pas le stockage sur de longue durée. Le passage d'un volume d'hydrogène de l'état liquide à l'état gazeux dans les conditions normales de pression et de température produit un accroissement de son volume d'un facteur d'environ 800. Les réservoirs d'hydrogène sous forme liquide ne sont en général pas très résistants aux chocs mécaniques, cela pose d'importants problèmes de sécurité. Il existe également le stockage d'hydrogène dit « solide » sous la forme d'hydrure. Ce stockage autorise une densité volumique de stockage importante et met en oeuvre une pression modérée d'hydrogène tout en minimisant l'impact énergétique du stockage sur le rendement global de la chaine hydrogène, i.e. de sa production à sa conversion en une autre énergie Le principe du stockage solide de l'hydrogène sous forme d'hydrure est le suivant certains matériaux et en particulier certains métaux possèdent la capacité d'absorber l'hydrogène pour former un hydrure, cette réaction est appelée absorption. L'hydrure formé peut à nouveau donner de l'hydrogène gazeux et un métal. Cette réaction est appelée désorption. L'absorption ou la désorption interviennent en fonction de la pression partielle d'hydrogène et la température. 3 L'absorption et la désorption de l'hydrogène sur une poudre ou une matrice métallique M se font selon la réaction suivante : Stockage : chaleur libérée (exothermique) TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART The present invention relates to a hydrogen storage device in the form of metal hydrides. We are looking for alternative energies for oil because, in particular, the reduction of oil reserves. One of the promising vectors for these energy sources is hydrogen, which can be used in fuel cells to produce electricity. Hydrogen is a widespread element in the universe and on the Earth, it can be produced from coal, natural gas or other hydrocarbons, but also by simple electrolysis of water using, for example, electricity produced by solar or wind energy. Hydrogen batteries are already used in certain applications, for example in motor vehicles but are still not widespread, particularly because of the precautions to be taken and difficulties in storing hydrogen. Hydrogen can be stored as compressed hydrogen between 350 and 700 bar, which poses security problems. It is then necessary to provide reservoirs able to hold these pressures, knowing elsewhere that these tanks, when mounted in vehicles, may be subjected to shocks. It can be stored in liquid form, however this storage ensures only a low storage efficiency and does not allow storage over long periods. The passage of a volume of hydrogen from the liquid state to the gaseous state under normal conditions of pressure and temperature produces an increase in its volume by a factor of about 800. Hydrogen reservoirs in the form of liquid are generally not very resistant to mechanical shock, this poses significant safety problems. There is also the storage of hydrogen called "solid" in the form of hydride. This storage allows a high storage volume density and implements a moderate hydrogen pressure while minimizing the energy impact of storage on the overall efficiency of the hydrogen chain, ie from its production to its conversion into another energy. solid storage of hydrogen in the form of hydride is the following certain materials and in particular some metals have the ability to absorb hydrogen to form a hydride, this reaction is called absorption. The hydride formed can again give hydrogen gas and a metal. This reaction is called desorption. Absorption or desorption occurs as a function of hydrogen partial pressure and temperature. 3 The absorption and desorption of hydrogen on a powder or a metal matrix M is done according to the following reaction: Storage: released heat (exothermic)
M + x/2 H2_ MHx + AH (Chaleur) Déstockage: Chaleur doit être fournie (endothermique) - M étant la poudre ou matrice métallique, - MHx étant l'hydrure métallique. On utilise par exemple une poudre métallique que l'on met en contact avec de l'hydrogène, un phénomène d'absorption apparaît et un hydrure métallique se forme. La libération de l'hydrogène s'effectue selon un mécanisme de désorption. Le stockage de l'hydrogène est une réaction exothermique, i.e. qui dégage de la chaleur, alors que la libération de l'hydrogène est une réaction endothermique, i.e. qui absorbe de la chaleur. On cherche notamment à avoir un chargement rapide de la poudre métallique en hydrogène. Pour obtenir un tel chargement rapide, il faut évacuer la chaleur produite lors de ce chargement pour éviter de freiner l'absorption de l'hydrogène sur la poudre ou la matrice métallique. Lors du déchargement en hydrogène, de la chaleur est apportée. Par conséquent, l'efficacité du refroidissement et du réchauffement, i.e. la qualité des échanges thermiques conditionne les débits de chargement et de déchargement. En outre, de façon quasi-systématique, l'hydrure et le métal, qui se présentent tous deux sous 4 forme de poudre dans les réservoirs, ont une différence de densité comprise entre 10 % et 30 %. Cette variation de densité au sein du réservoir a deux conséquences . - d'une part, l'apparition de contraintes à l'intérieur des grains de poudre lors des cycles d'absorption-désorption, ce qui provoque leur fractionnement en plus petits grains. Ce phénomène est appelé décrépitation. - d'autre part le gonflement des grains de poudre au cours de l'absorption d'hydrogène et le dégonflement des grains lors de la désorption. Un volume libre au-dessus de la poudre est alors prévu pour tenir compte de ce gonflement. M + x / 2 H2_ MHx + AH (Heat) Destocking: Heat must be provided (endothermic) - M being the metal powder or matrix, - MHx being the metal hydride. For example, a metal powder is used which is brought into contact with hydrogen, an absorption phenomenon appears and a metal hydride is formed. The hydrogen is liberated according to a desorption mechanism. Hydrogen storage is an exothermic reaction, i.e., which releases heat, while hydrogen release is an endothermic reaction, i.e., which absorbs heat. In particular, it is sought to have a rapid loading of the metal powder into hydrogen. To obtain such a fast loading, it is necessary to evacuate the heat produced during this loading to avoid braking the absorption of hydrogen on the powder or the metal matrix. When unloading hydrogen, heat is supplied. Therefore, the efficiency of cooling and warming, i.e. the quality of heat exchange conditions the flow rates of loading and unloading. In addition, almost always, the hydride and the metal, both of which are in the form of powder in the tanks, have a density difference of between 10% and 30%. This density variation within the reservoir has two consequences. - On the one hand, the appearance of stresses inside the grains of powder during the absorption-desorption cycles, which causes their fractionation into smaller grains. This phenomenon is called decrepitation. - On the other hand the swelling of the powder grains during the absorption of hydrogen and deflation of the grains during desorption. A free volume above the powder is then provided to account for this swelling.
Le phénomène de décrépitation et le phénomène de gonflement sont responsables d'une densification progressive du lit de poudre à mesure que le nombre de cycles d'absorption-désorption croît. En effet, la décrépitation fait apparaître des poudres de plus en plus fines qui migrent par gravité vers le fond du réservoir à travers le réseau de grains. De plus, lorsque la vitesse du flux d'hydrogène est suffisamment importante, les grains sont déplacés et réarrangés dans le réservoir. Par ailleurs, le lit de poudre tend à se rétracter, i.e. à voir son volume diminuer lors d'une désorption ce qui laisse un espace vide entre les parois du réservoir et le lit du matériau de stockage de l'hydrogène. Une migration des poudres intervient par gravité via cet espace et le comble. Lors de l'absorption suivante, la poudre d'hydrure formée ne va pas se comporter comme un fluide. En particulier, le niveau du lit de poudre dans le réservoir n'est pas celui atteint lors de l'absorption précédente. En effet les frottements des grains entre eux et contre la paroi du réservoir empêchent le lit de poudre de se dilater 5 librement. Le gonflement des grains de poudre est alors compensé par la réduction de la taille des porosités. Le lit de matériau de stockage de l'hydrogène/d'hydrure se densifie ainsi progressivement au cours des cycles d'hydruration. The decrepitation phenomenon and the swelling phenomenon are responsible for a gradual densification of the powder bed as the number of absorption-desorption cycles increases. Indeed, the decrepitation shows increasingly fine powders that migrate by gravity to the bottom of the tank through the grain network. In addition, when the speed of the hydrogen flow is sufficiently high, the grains are moved and rearranged in the tank. Moreover, the powder bed tends to shrink, i.e. to see its volume decrease during desorption which leaves a gap between the walls of the reservoir and the bed of the hydrogen storage material. A migration of the powders intervenes by gravity via this space and the height. At the next absorption, the formed hydride powder will not behave like a fluid. In particular, the level of the powder bed in the reservoir is not that reached during the previous absorption. In fact, the friction between the grains and against the wall of the tank prevents the powder bed from expanding freely. The swelling of the grains of powder is then compensated by the reduction of the size of the porosities. The bed of hydrogen / hydride storage material thus becomes denser during the hydriding cycles.
On appelle « cycle d'hydruration », une phase d'absorption suivie d'une phase de désorption d'hydrogène. Il est donc important d'éviter une accumulation de matériau de stockage de l'hydrogène dans un espace confiné qui pourrait appliquer des contraintes pouvant détériorer la structure du réservoir. Le document JP580911995 décrit également un dispositif de stockage de l'hydrogène utilisant des hydrures métalliques. Le dispositif comporte une enceinte dans laquelle circule un fluide de refroidissement et des éléments de stockage des hydrures disposés dans l'enceinte, ces éléments sont formés de deux plaques munies de rainures qui définissent par paire des logements allongés. Le fluide de refroidissement s'écoule transversalement par rapport à l'axe des logements de part et d'autre des plaques. Les échanges thermiques entre le fluide et les hydrures ne sont pas optimaux. La compacité est de surcroit également à optimiser. En outre, sous l'effet de vibrations ou du mouvement du réservoir, l'hydrure 6 en poudre peut s'accumuler dans une partie des logements et la remplir complètement. Lors du gonflement de l'hydrure lors du chargement en hydrogène, celui-ci va appliquer des pressions très importantes sur la paroi du tube qui peuvent l'endommager. C'est par conséquent un but principal de la présente invention d'offrir un dispositif de stockage d'hydrogène assurant de bons échanges thermiques entre un fluide d'échange thermique et les matériaux de stockage d'hydrogène. Un but supplémentaire de la présente invention est d'offrir un dispositif de stockage d'hydrogène apte à maintenir une répartition homogène de la poudre dans le réservoir, de façon à limiter les pressions appliquées sur les parois. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but principal précédemment énoncé est atteint par un dispositif d'hydrogène comportant une enceinte dans laquelle est destiné à circuler un fluide d'échange thermique suivant une direction d'écoulement et au moins un logement de stockage des hydrures métalliques, ledit logement présentant une paroi extérieure dont l'axe longitudinal s'étend sensiblement transversalement par rapport à la direction d'écoulement, le fluide d'échange thermique étant destiné à entourer entièrement ledit au moins un logement. En d'autres termes, dans le cas où le dispositif comporte plusieurs logements allongés, 7 ceux-ci forment une forêt de tubes parallèles, le fluide circule entre les logements suivant une direction d'écoulement transversale par rapport à l'axe longitudinal des logements et vient en contact avec toute la périphérie des logements. Les échanges thermiques sont alors améliorés de manière sensible. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les axes des logements sont verticaux et les logements comportent plusieurs étages dans lesquels sont répartis les hydrures, ce qui permet de conserver une répartition des hydrures sur toute la hauteur du tube, évitant ainsi une accumulation des hydrures dans le fond des logements et réduisant les risques d'apparition de pressions sur la paroi des logements. Avantageusement, les étages sont délimités par des éléments transversaux à l'axe du logement, lesdits éléments, outre le fait qu'ils empêchent le passage de poudre d'hydrure d'un étage à l'autre, ils forment également des ailettes favorisant les échanges thermiques avec le fluide d'échange thermique. De surcroît, des éléments verticaux formant des cloisons peuvent séparer chaque étage en sous-logements indépendants, l'hydrogène pouvant circuler dans ces sous-logements. Ces cloisons sous forme d'ailettes métalliques jouent également un rôle de conduction thermique. Chaque sous-logement peut alors être traversé par un tube d'alimentation en hydrogène. De manière également avantageuse, les hydrures sont mis en place dans les logements sous forme de blocs solides, la hauteur des blocs étant 8 choisie de sorte à définir directement la hauteur d'un étage lors de l'empilement. Lors de la décrépitation de l'hydrure, l'espace laissé libre au-dessus de la poudre correspond alors au volume permettant un gonflement libre, évitant l'application de pressions mécaniques importantes sur la paroi latérale du logement. Le bloc d'hydrure sert de butée à l'ailette au moment de son introduction. Les blocs d'hydrure sont dimensionnés de telle sorte qu'un rapport précis est obtenu après décrépitation entre le volume de poudre et le volume d'expansion, de sorte à laisser l'espace de dilatation approprié pour ne pas créer trop de contraintes mécaniques dans le conteneur. Cet espace dépend de l'hydrure utilisé. The term "hydriding cycle" refers to an absorption phase followed by a hydrogen desorption phase. It is therefore important to avoid an accumulation of hydrogen storage material in a confined space that could apply stresses that could deteriorate the structure of the tank. JP580911995 also describes a device for storing hydrogen using metal hydrides. The device comprises an enclosure in which circulates a cooling fluid and hydride storage elements disposed in the enclosure, these elements are formed of two plates provided with grooves which define in pairs elongated housing. The cooling fluid flows transversely relative to the axis of the housing on either side of the plates. The heat exchanges between the fluid and the hydrides are not optimal. The compactness is also to optimize. In addition, under the effect of vibration or movement of the reservoir, the hydride 6 powder can accumulate in a portion of the housing and fill completely. When swelling the hydride during the hydrogen charging, it will apply very large pressures on the wall of the tube which may damage it. It is therefore a principal object of the present invention to provide a hydrogen storage device ensuring good heat exchange between a heat exchange fluid and the hydrogen storage materials. A further object of the present invention is to provide a hydrogen storage device capable of maintaining a homogeneous distribution of the powder in the tank, so as to limit the pressures applied to the walls. DISCLOSURE OF THE INVENTION The main purpose previously stated is achieved by a hydrogen device comprising an enclosure in which is intended to circulate a heat exchange fluid in a flow direction and at least one metal hydride storage housing, said housing having an outer wall whose longitudinal axis extends substantially transversely to the direction of flow, the heat exchange fluid being intended to completely surround said at least one housing. In other words, in the case where the device comprises several elongated housings 7, these form a forest of parallel tubes, the fluid circulates between the housings in a direction of flow transverse to the longitudinal axis of the dwellings. and comes into contact with the entire periphery of the dwellings. Thermal exchanges are then improved significantly. In a particularly advantageous embodiment, the axes of the dwellings are vertical and the dwellings comprise several stages in which the hydrides are distributed, which makes it possible to maintain a distribution of the hydrides over the entire height of the tube, thus avoiding an accumulation of hydrides in the bottom of housing and reducing the risk of pressure appearing on the wall of homes. Advantageously, the stages are delimited by elements transverse to the axis of the housing, said elements, besides the fact that they prevent the passage of hydride powder from one stage to another, they also form fins favoring the heat exchange with the heat exchange fluid. In addition, vertical elements forming partitions can separate each floor in independent sub-housing, hydrogen can circulate in these sub-housing. These partitions in the form of metal fins also play a role of thermal conduction. Each sub-housing can then be traversed by a hydrogen supply tube. Also advantageously, the hydrides are placed in the housing in the form of solid blocks, the height of the blocks being 8 so as to directly define the height of a stage during stacking. During the decrepitation of the hydride, the space left free above the powder then corresponds to the volume allowing free swelling, avoiding the application of significant mechanical pressures on the side wall of the housing. The hydride block serves as a stop for the fin at the time of its introduction. The hydride blocks are dimensioned so that a precise ratio is obtained after decrepitation between the volume of powder and the volume of expansion, so as to leave the space of expansion suitable not to create too many mechanical stresses in the container. This space depends on the hydride used.
De manière préférentielle, les séparations sont montées en force dans les tubes, ce qui ne nécessite pas la mise en oeuvre de moyens de fixation particuliers. Néanmoins, des moyens de fixation pourraient être envisagés, conformément aux connaissances générales de l'homme du métier. Grâce à ce mode avantageux, on forme de manière simple des séparations horizontales étanches. La présente invention a alors principalement pour objet un dispositif de stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau de stockage de l'hydrogène, comportant une pluralité de tubes de stockage contenant ledit matériau de stockage de l'hydrogène et une enceinte munie de moyens d'alimentation et d'évacuation d'un fluide d'échange thermique au sein de l'enceinte aptes à générer une circulation du fluide dans une première direction, 9 ladite pluralité de tubes étant disposée dans l'enceinte, lesdits tubes étant disposés à distance les uns des autres de sorte que le fluide puisse circuler entre chaque paire de tubes adjacents, chaque tube présentant un axe longitudinal orienté selon une deuxième direction transversale à la première direction, lesdits tubes étant connectés à un système d'alimentation en hydrogène et de collecte de l'hydrogène. Preferably, the separations are mounted in force in the tubes, which does not require the implementation of particular fastening means. Nevertheless, fixing means could be envisaged, in accordance with the general knowledge of those skilled in the art. Thanks to this advantageous mode, it is easy to form horizontal separations sealed. The main subject of the present invention is therefore a device for storing hydrogen by absorption in a hydrogen storage material, comprising a plurality of storage tubes containing said hydrogen storage material and an enclosure provided with means supply and discharge of a heat exchange fluid within the chamber capable of generating a flow of fluid in a first direction, 9 said plurality of tubes being disposed in the enclosure, said tubes being arranged in distance from each other so that the fluid can flow between each pair of adjacent tubes, each tube having a longitudinal axis oriented in a second direction transverse to the first direction, said tubes being connected to a hydrogen supply system and collection of hydrogen.
De manière très avantageuse, l'axe longitudinal de chaque tube de stockage est orienté sensiblement verticalement et chaque tube comporte une pluralité d'étages définissant des cellules dans lesquelles est disposé le matériau de stockage de l'hydrogène, les cellules étant telles qu'elles limitent le passage du matériau de stockage d'une cellule à l'autre. Chaque tube peut comporter un ou plusieurs tuyau(x) d'alimentation en hydrogène s'étendant longitudinalement dans le tube et traversant le matériau de stockage, au moins une partie dudit (desdits) tuyau(x) étant perméable à l'hydrogène. Le tube peut être parcouru par un tuyau d'alimentation en hydrogène de préférence central assurant une alimentation en hydrogène homogène. Le tuyau d'alimentation pourrait être déporté sur un côté du tube. On peut aussi prévoit plusieurs tuyaux d'alimentation plongeant dans le tube, par exemple dans le cas où l'on cloisonne chaque étage en plusieurs sous-logements. Dans ce cas, au moins un tuyau 10 d'alimentation en hydrogène peut traverser chaque sous-logement. Chaque tube de stockage peut comporter des plaques de séparation définissant deux à deux une cellule, lesdites plaques de séparation étant montées en force dans le tube. Avantageusement, le au moins un tuyau d'alimentation est aligné avec l'axe du tube et les plaques de séparation sont montées en force autour du tuyau d'alimentation. Selon l'invention, il est prévu de un à dix tuyau(x) d'alimentation, de préférence de un à cinq tuyau(x) d'alimentation. Préférentiellement, les plaques de séparation sont dans un matériau offrant une bonne conductivité thermique, par exemple en aluminium ou en cuivre. Le rapport entre la hauteur d'une cellule et sa dimension transversale est avantageusement compris entre 0,5 et 1,3, typiquement de l'ordre de 1 ou légèrement inférieur, par exemple compris entre 0,6 et 0, 9. Dans un exemple de réalisation, les tubes de stockage sont montés dans une grille support, à distance les uns des autres pour permettre la circulation du fluide d'échange thermique entre les tubes. Le matériau de stockage d'hydrogène est par exemple constitué d'au moins un matériau du type AmBn constitué d'un élément A formant un hydrure stable tel que les métaux alcalins ou alcalino-terreux comme le 11 lithium, le calcium ou le magnésium, les métaux de transition de quatrième ou cinquième colonne comme le zirconium, le titane, ou les terres rares métalliques comme le lanthane, le cérium et d'un élément B formant un hydrure instable dans les conditions standards, tel que la plupart des métaux de transition comme le chrome, le cobalt, le nickel ou le fer. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif de stockage d'hydrogène selon la présente invention, - fabrication d'une pluralité de tubes de stockage de matériau contenant du matériau de stockage d'hydrogène, - disposition des tubes à distance les uns des autres avec leurs axes sensiblement parallèles, - réalisation d'une enceinte autour desdits tubes, ladite enceinte étant munie de moyens d'alimentation et d'évacuation d'un fluide d'échange thermique destiné à circuler transversalement par rapport aux axes des tubes de stockage, ledit fluide pouvant circuler entre chaque paire de tubes. Les tubes de stockage sont avantageusement montés sensiblement verticalement à l'intérieur de l'enceinte, et l'étape de fabrication des tubes de stockage comporte par exemple: a) la fabrication d'une enveloppe de tube de stockage, b) le montage d'une plaque de fond similaire à une plaque de séparation et fixation de celle-ci dans l'enveloppe, 12 c) la mise en place du matériau de stockage de l'hydrogène sur la plaque de fond, d) le montage d'une plaque de séparation et le positionnement de celle-ci dans l'enveloppe, e) la mise en place du matériau de stockage de l'hydrogène sur la plaque de séparation, f) la répétition des étapes d) et e) autant de fois que le nombre d'étages à réaliser, g) la fermeture étanche du tube et connexion aux systèmes d'alimentation et de collecte de l'hydrogène. Avantageusement, le procédé selon la présente invention comporte l'étape de montage du au moins un tuyau d'alimentation aligné avec l'axe de l'enveloppe du tube et dans lequel l'étape d) est un montage en force dans l'enveloppe du tube et autour du tuyau d'alimentation. De manière préférée, le matériau de stockage est sous forme de blocs solides lorsqu'il est mis en place sur les plaques de séparation. Lors du montage des plaques de séparation, celles-ci peuvent être avantageusement amenées en butée contre les blocs de matériau de stockage. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexes sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en perspective partiellement 13 écorchée d'un exemple de réalisation d'un dispositif de stockage d'hydrogène selon la présente invention ; - les figures 2A et 2B sont des vues en coupe longitudinale d'une partie d'un tube de stockage d'hydrure selon la présente invention lors de sa fabrication et après au moins un chargement en hydrogène respectivement la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un tube de stockage de la figure 2B avec son fond ; la figures 4A est une vue en coupe transversale d'un autre exemple de réalisation d'un tube de stockage selon la présente invention - la figure 4B est une vue en coupe transversale d'une variante du tube de la figure 4A. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation d'un dispositif de stockage d'hydrogène selon la présente invention. Very advantageously, the longitudinal axis of each storage tube is oriented substantially vertically and each tube has a plurality of stages defining cells in which is disposed the hydrogen storage material, the cells being such that they limit the passage of the storage material from one cell to another. Each tube may comprise one or more hydrogen supply pipes (x) extending longitudinally in the tube and passing through the storage material, at least a portion of said pipe (s) being permeable to hydrogen. The tube can be traversed by a preferably central hydrogen supply pipe providing a homogeneous hydrogen supply. The feed pipe could be moved to one side of the pipe. It is also possible to provide several feed pipes dipping into the tube, for example in the case where each floor is partitioned into several sub-housings. In this case, at least one hydrogen supply pipe 10 can pass through each sub-housing. Each storage tube may comprise separation plates defining two by two a cell, said separation plates being mounted in force in the tube. Advantageously, the at least one supply pipe is aligned with the axis of the tube and the separating plates are mounted in force around the supply pipe. According to the invention, there is provided from one to ten supply pipes (x), preferably from one to five supply pipes (x). Preferably, the separation plates are made of a material offering good thermal conductivity, for example aluminum or copper. The ratio between the height of a cell and its transverse dimension is advantageously between 0.5 and 1.3, typically of the order of 1 or slightly less, for example between 0.6 and 0.9. embodiment, the storage tubes are mounted in a support grid at a distance from each other to allow the circulation of the heat exchange fluid between the tubes. The hydrogen storage material is for example constituted by at least one material of the AmBn type consisting of a stable hydride-forming element A such as alkali or alkaline-earth metals such as lithium, calcium or magnesium, fourth- or fifth-column transition metals such as zirconium, titanium, or rare earth metals such as lanthanum, cerium, and an unstable hydride-forming element B, such as most transition metals like chromium, cobalt, nickel or iron. The present invention also relates to a method of manufacturing a hydrogen storage device according to the present invention, - manufacture of a plurality of material storage tubes containing hydrogen storage material, - arrangement of the tubes at a distance from each other with their axes substantially parallel, - making an enclosure around said tubes, said enclosure being provided with means for supplying and discharging a heat exchange fluid intended to circulate transversely with respect to axes of the storage tubes, said fluid being able to circulate between each pair of tubes. The storage tubes are advantageously mounted substantially vertically within the enclosure, and the step of manufacturing the storage tubes comprises for example: a) the manufacture of a storage tube casing, b) the mounting of a bottom plate similar to a separating plate and fixing it in the casing, 12 c) placing the hydrogen storage material on the bottom plate, d) mounting a separating plate and positioning it in the envelope, e) placing the hydrogen storage material on the separating plate, f) repeating steps d) and e) as many times as the number of stages to be made, g) the tight closure of the tube and connection to the systems of supply and collection of hydrogen. Advantageously, the method according to the present invention comprises the step of mounting the at least one supply pipe aligned with the axis of the casing of the tube and wherein step d) is a force fitting into the casing. tube and around the supply pipe. Preferably, the storage material is in the form of solid blocks when it is placed on the separation plates. When mounting the separating plates, they can be advantageously brought into abutment against the blocks of storage material. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be better understood from the following description and attached drawings in which: FIG. 1 is a diagrammatic representation of a partly broken perspective view of an example of embodiment of a hydrogen storage device according to the present invention; FIGS. 2A and 2B are longitudinal sectional views of a part of a hydride storage tube according to the present invention during its manufacture and after at least one hydrogen filling respectively; FIG. 3 is a sectional view longitudinal of a storage tube of Figure 2B with its bottom; Fig. 4A is a cross-sectional view of another embodiment of a storage tube according to the present invention; Fig. 4B is a cross-sectional view of a variant of the tube of Fig. 4A. DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS In FIG. 1, an exemplary embodiment of a hydrogen storage device according to the present invention can be seen.
Le dispositif comporte une enceinte 2 et des tubes de stockage 4 d'hydrures métalliques disposés à l'intérieur de l'enveloppe 2. Dans la suite de la description, les hydrures métalliques seront désignés par "matériau de stockage". En outre, on entend par tube, tout élément creux présentant une dimension longitudinale plus grande que sa dimension transversale, et ayant une section quelconque, par exemple circulaire ou polygonale. Dans la suite de la description, les tubes 14 décrits présentent une section circulaire qui représente le mode préféré de réalisation. Dans l'exemple représenté, l'enceinte 2 comporte un orifice d'alimentation 6 d'un fluide d'échange thermique et un orifice d'évacuation 8 dudit fluide d'échange thermique, le fluide d'échange thermique traversant l'enceinte de part en part, sa circulation étant symbolisée par les flèches 10. Une enceinte ne comportant qu'un orifice formant alimentation et évacuation ne sort pas du cadre de la présente invention, le fluide effectuant par exemple un aller et retour. De manière préférée, le dispositif est disposé de manière à ce que la direction de circulation du fluide soit sensiblement horizontale et que chaque tube de stockage 4 présente un axe longitudinal Y disposé sensiblement verticalement, de sorte à être orthogonal à la direction d'écoulement du fluide d'échange thermique. The device comprises an enclosure 2 and metal hydride storage tubes 4 disposed inside the casing 2. In the remainder of the description, the metal hydrides will be referred to as "storage material". In addition, tube means any hollow element having a longitudinal dimension larger than its transverse dimension, and having any cross section, for example circular or polygonal. In the remainder of the description, the tubes 14 described have a circular section which represents the preferred embodiment. In the example shown, the chamber 2 comprises a supply orifice 6 of a heat exchange fluid and a discharge orifice 8 of said heat exchange fluid, the heat exchange fluid passing through the enclosure of partly, its circulation being symbolized by the arrows 10. An enclosure having only one orifice forming a supply and evacuation is not beyond the scope of the present invention, the fluid performing for example a round trip. Preferably, the device is arranged so that the direction of flow of the fluid is substantially horizontal and each storage tube 4 has a longitudinal axis Y disposed substantially vertically, so as to be orthogonal to the direction of flow of the fluid. heat exchange fluid.
Les tubes sont de préférence disposés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, formant une "forêt" de tubes et à distance les uns des autres de sorte à permettre au fluide d'échange thermique de circuler entre les tubes. The tubes are preferably arranged substantially parallel to each other, forming a "forest" of tubes and at a distance from each other so as to allow the heat exchange fluid to circulate between the tubes.
Les tubes sont, dans l'exemple représenté, montés dans une grille support 9, formée par une plaque percée de trous dans lesquels sont introduits les tubes. On peut envisager également de souder les tubes sur la grille support ou de les fixer par tout autre moyen. Dans l'exemple représenté, la grille support se situe au niveau d'une partie inférieure des tubes, mais 15 il est bien entendu qu'elle pourrait être disposée au niveau d'une partie médiane des tubes ou de maintenir les tubes au niveau de l'une ou l'autre de leurs extrémités longitudinales. En outre, plusieurs grilles supports pourraient être utilisées si nécessaire. Dans l'exemple représenté, les tubes sont disposés suivant des lignes parallèles L1, L2..., les tubes de deux lignes adjacentes étant en quinconce. Cette disposition est avantageuse, puisqu'elle assure une plus grande distance de circulation du fluide. Mais il est bien entendu que l'on pourrait prévoir toute autre disposition favorisant les échanges thermiques entre les tubes et le fluide d'échange thermique. Nous allons maintenant décrire l'intérieur des tubes de stockage 4 du matériau de stockage. Les tubes de stockage 4 comportent une enveloppe 11 d'axe longitudinal Y contenant le matériau de stockage 12 et des moyens d'amené 14 de l'hydrogène. Ces moyens 14 sont formés par un tuyau 16 poreux, par exemple réalisé en Poral® ou percé de trous traversant le matériau et connecté par une extrémité longitudinale 16.1 à un conduit 18 d'alimentation en hydrogène. De manière avantageuse, les tuyaux 16 des tubes de stockage de chaque ligne L1, L2 sont connectés en parallèle à un conduit 18. Tous les conduits 18 sont connectés en parallèle à un conduit général (non visible). 30 Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, le tuyau 16 est aligné avec l'axe Y du 20 25 16 tube de stockage, ce qui permet d'une part d'assurer une alimentation homogène en hydrogène dans le matériau de stockage, et comme on le verra par la suite de former un moyen de guidage pour des plaques de séparation. On pourrait cependant prévoir que le tuyau 16 soit disposé le long de la surface intérieure de la paroi du tube de stockage, et qu'il présente une autre forme que rectiligne, il pourrait par exemple avoir une forme hélicoïdale suivant la paroi du tube. The tubes are, in the example shown, mounted in a support grid 9, formed by a plate pierced with holes in which the tubes are introduced. It is also possible to weld the tubes on the support grid or to fix them by any other means. In the example shown, the support grid is located at a lower part of the tubes, but it is understood that it could be disposed at a central portion of the tubes or maintain the tubes at the level of one or the other of their longitudinal ends. In addition, several support grids could be used if necessary. In the example shown, the tubes are arranged in parallel lines L1, L2 ..., the tubes of two adjacent lines being staggered. This arrangement is advantageous since it ensures a greater distance of circulation of the fluid. But it is understood that one could provide any other provision to promote heat exchange between the tubes and the heat exchange fluid. We will now describe the inside of the storage tubes 4 of the storage material. The storage tubes 4 comprise a casing 11 with a longitudinal axis Y containing the storage material 12 and means 14 for feeding hydrogen. These means 14 are formed by a porous pipe 16, for example made of Poral® or pierced with holes passing through the material and connected by a longitudinal end 16.1 to a conduit 18 for supplying hydrogen. Advantageously, the tubes 16 of the storage tubes of each line L1, L2 are connected in parallel to a conduit 18. All the ducts 18 are connected in parallel to a general duct (not visible). In the illustrated example, and advantageously, the pipe 16 is aligned with the Y axis of the storage tube, which makes it possible on the one hand to ensure a homogeneous supply of hydrogen in the storage material. and as will be seen later to form a guide means for separating plates. However, it could be provided that the pipe 16 is disposed along the inner surface of the wall of the storage tube, and that it has a shape other than rectilinear, it could for example have a helical shape along the wall of the tube.
La collecte de l'hydrogène libéré est effectuée par le conduit 18. La libération de l'hydrogène peut être obtenue par apport de chaleur. Sous chauffage, il y a désorption de l'hydrogène qui circule librement et s'évacue par pression vers le haut. Eventuellement, on pourrait prévoir des moyens de pompage. De manière particulièrement avantageuse, l'intérieur de chaque tube de stockage est divisé en une pluralité d'étages El, E2, E3... le long de l'axe Y et chaque étage comporte du matériau de stockage 12. Les étages El, E2, E3 sont réalisés de telle manière qu'ils empêchent le passage du matériau de stockage sous forme de poudre d'un étage à l'autre, évitant ainsi l'accumulation de poudre dans un étage, notamment dans les étages inférieurs et l'apparition de pressions sur la paroi du tube. Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, les étages sont délimités par des plaques de séparation 20 perpendiculaires à l'axe Y et venant en contact avec le tuyau d'alimentation 16 et la 17 surface intérieure de la paroi du tube de stockage de manière sensiblement étanche à la poudre. Dans l'exemple représenté, les plaques de séparation 20 comportent un passage central 22 permettant leur montage autour du tuyau 16. Avantageusement, les dimensions extérieures de plaques de séparation 20 et les dimensions du passage central 22 sont telles qu'elles assurent un montage en force des plaques de séparation 20 dans les tubes de stockage et autour du tuyau d'alimentation 16, réalisant à la fois un maintien mécanique des plaques de séparation le long de l'axe Y et une étanchéité entre les étages. Les plaques de séparation forment également des surfaces d'échange thermique en conduisant la chaleur de l'intérieur des tubes de stockage vers l'extérieur en phases de chargement en hydrogène ou inversement, de l'extérieur des tubes vers l'intérieur des tubes, en phases de déchargement de l'hydrogène. Avantageusement, les plaques de séparation sont en matériau offrant une bonne conductivité thermique, par exemple en cuivre ou en aluminium. Les plaques de séparation présentent avantageusement une portion courbe 20.1 au contact de l'enveloppe du tube et/ou du tube d'amenée de l'hydrogène. Ladite portion courbe 20.1, après mise en place en force, vient épouser partiellement ou totalement ladite enveloppe 11, et crée une surface propice aux échanges thermiques. Ainsi cette surface peut correspondre à une bande d'épaisseur de l'ordre de l'épaisseur desdites plaques, par exemple. 18 Par ailleurs, afin d'éviter l'apparition de contraintes mécaniques sur la paroi du tube de stockage, les étages ne sont pas remplis entièrement avec du matériau de stockage afin de laisser un volume libre 25 pour l'expansion du matériau de stockage 12. La poudre d'hydrure peut occuper entre 40% et 60 % du volume de chaque logement. De manière avantageuse pour le montage, on utilise pour le remplissage le matériau de stockage sous la forme d'un bloc solide dont la manipulation est plus aisée que celle de la poudre. Par ailleurs, et de manière particulièrement avantageuse, on prévoit que lors du montage, les plaques de séparation 20 viennent directement en appui sur le bloc inférieur. Pour cela, on choisit les dimensions du bloc de telle sorte que rapport mentionné précédemment est obtenu après décrépitation entre le volume de poudre et le volume d'expansion, laissant l'espace de dilatation approprié pour ne pas créer trop de contraintes mécaniques dans le conteneur. Cet espace dépend de l'hydrure utilisé. Ainsi, lors de la fabrication des tubes, on dispose un bloc de matériau de stockage sur une première plaque similaire à une plaque de séparation 20, on dispose ensuite une plaque de séparation formant le fond de l'étage supérieur, cette plaque de séparation venant directement en appui sur le bloc de matériau de stockage qui forme un gabarit. La disposition des plaques de séparation est alors simplifiée et rapide, puisqu'il n'est pas nécessaire d'effectuer des mesures lors du montage des plaques de 19 séparation ou d'avoir des repères sur le tuyau d'alimentation 16 ou la surface intérieure de la paroi du tube de stockage pour réaliser des étages ayant la hauteur souhaitée. Collection of the liberated hydrogen is carried out via line 18. The release of hydrogen can be obtained by adding heat. Under heating, there is desorption of hydrogen which circulates freely and evacuates by pressure upwards. Optionally, one could provide pumping means. Particularly advantageously, the inside of each storage tube is divided into a plurality of stages E1, E2, E3 ... along the Y axis and each stage comprises storage material 12. The stages E1, E2, E3 are made in such a way that they prevent the passage of the powdered storage material from one stage to another, thus avoiding the accumulation of powder in a stage, in particular in the lower stages and the pressure appearing on the tube wall. In the example shown and advantageously, the stages are delimited by separating plates 20 perpendicular to the Y axis and coming into contact with the supply pipe 16 and the inner surface of the wall of the storage tube. substantially impervious to the powder. In the example shown, the partition plates 20 comprise a central passage 22 allowing their mounting around the pipe 16. Advantageously, the outer dimensions of the partition plates 20 and the dimensions of the central passage 22 are such as to ensure that force separating plates 20 in the storage tubes and around the feed pipe 16, providing both a mechanical holding of the separating plates along the Y axis and a sealing between the stages. The separation plates also form heat exchange surfaces by conducting the heat from the inside of the storage tubes to the outside in hydrogen charging phases or vice versa, from the outside of the tubes to the inside of the tubes, in phases of unloading hydrogen. Advantageously, the separation plates are made of a material offering good thermal conductivity, for example copper or aluminum. The separation plates advantageously have a curved portion 20.1 in contact with the casing of the tube and / or the tube for feeding hydrogen. Said curved portion 20.1, after placement in force, comes to marry partially or completely said envelope 11, and creates a surface conducive to heat exchange. Thus this surface may correspond to a thickness band of the order of the thickness of said plates, for example. On the other hand, in order to avoid the appearance of mechanical stresses on the wall of the storage tube, the stages are not completely filled with storage material to leave a free volume for the expansion of the storage material. The hydride powder can occupy between 40% and 60% of the volume of each housing. Advantageously for mounting, the storage material is used for filling in the form of a solid block whose handling is easier than that of the powder. Furthermore, and particularly advantageously, it is provided that during assembly, the partition plates 20 are directly supported on the lower block. For this, the dimensions of the block are chosen so that the aforementioned ratio is obtained after decrepitation between the volume of powder and the expansion volume, leaving the expansion space suitable for not creating too many mechanical stresses in the container. . This space depends on the hydride used. Thus, during the manufacture of the tubes, there is a block of storage material on a first plate similar to a separating plate 20, there is then a separating plate forming the bottom of the upper stage, this separating plate coming from directly on the block of storage material that forms a template. The arrangement of the separating plates is then simplified and rapid, since it is not necessary to take measurements during the assembly of the separation plates or to have markings on the feed pipe 16 or the inner surface. of the wall of the storage tube to achieve floors having the desired height.
Les blocs de matériau de stockage ont par exemple une forme annulaire traversée par le tuyau d'alimentation 16 lors de l'assemblage ou tout autre forme par exemple cylindrique, dans ce cas plusieurs blocs sont disposés autour du tuyau d'alimentation 16. The blocks of storage material have for example an annular shape traversed by the supply pipe 16 during assembly or any other shape, for example cylindrical, in this case several blocks are arranged around the supply pipe 16.
De manière avantageuse, la largeur de chaque étage est sensiblement supérieure à sa hauteur afin d'éviter l'apparition de contraintes dans le bas des étages lors du chargement en hydrogène du matériau de stockage. En effet, le volume de poudre au fond d'un étage est plus dense et susceptible d'exercer le plus de contraintes sur la paroi latérale. En réduisant l'épaisseur de poudre, la dilatation du matériau de stockage lors du chargement en hydrogène est moins gênante et limite l'apparition de contraintes dans le fond de l'étage. Dans l'exemple représenté, les tubes de stockage ayant une section circulaire, le diamètre des tubes est supérieur à la hauteur de chaque étage. Par exemple le rapport entre la hauteur d'un étage et le diamètre du tube est compris entre 1,3 et 0,5, typiquement de l'ordre de 1 ou légèrement inférieur, par exemple compris entre 0,9 et 0,6. Le fond 13 du tube est de préférence hémisphérique comme on peut le voir sur la figure 3. Advantageously, the width of each stage is substantially greater than its height in order to avoid the appearance of stresses in the bottom of the stages during the hydrogen loading of the storage material. Indeed, the powder volume at the bottom of a stage is denser and likely to exert the most stress on the side wall. By reducing the powder thickness, the expansion of the storage material during hydrogen charging is less troublesome and limits the occurrence of stresses in the bottom of the stage. In the example shown, the storage tubes having a circular section, the diameter of the tubes is greater than the height of each stage. For example the ratio between the height of a stage and the diameter of the tube is between 1.3 and 0.5, typically of the order of 1 or slightly less, for example between 0.9 and 0.6. The bottom 13 of the tube is preferably hemispherical as can be seen in FIG.
De manière avantageuse, les étages ont tous la même hauteur et sont remplis sensiblement avec la 20 même quantité de matériau de stockage, ce qui simplifie la fabrication puisqu'on utilise des blocs de matériau de stockage identiques. Cependant, si nécessaire on pourrait prévoir des étages de hauteurs différentes et une répartition non uniforme du matériau de stockage le long de l'axe Y. Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, les tubes de stockage sont de section circulaire, offrant ainsi une plus grande résistance aux contraintes susceptibles d'être exercées par la pression du matériau de stockage et la pression d'hydrogène, simplifiant le montage dans le support, les tubes de stockage n'ayant pas besoin d'être orientés, et simplifiant le montage des plaques de séparation dans les tubes, elles non plus n'ayant pas besoin d'être orientées. On peut cependant envisager des tubes de stockage ayant d'autres sections, telles qu'une section polygonale, par exemple hexagonale. Advantageously, the stages are all the same height and are substantially filled with the same amount of storage material, which simplifies manufacture since identical blocks of storage material are used. However, if necessary, it would be possible to provide stages of different heights and a non-uniform distribution of the storage material along the Y axis. In the example shown and advantageously, the storage tubes are of circular section, thus providing a greater resistance to the stresses that may be exerted by the pressure of the storage material and the hydrogen pressure, simplifying the mounting in the support, the storage tubes do not need to be oriented, and simplifying the assembly separation plates in the tubes, they also do not need to be oriented. However, it is possible to envisage storage tubes having other sections, such as a polygonal section, for example hexagonal.
Nous allons maintenant décrire la fabrication du dispositif de stockage selon la présente invention. Les tubes de stockage sont remplis de préférence avant leur mise en place dans la grille support, cependant on peut envisager de les remplir une fois montés dans la grille support. On introduit une plaque de fond 24 similaire aux plaques de séparation dans l'enveloppe du tube en force jusqu'à une position inférieure repérée. We will now describe the manufacture of the storage device according to the present invention. The storage tubes are preferably filled before they are placed in the support grid, however, it is conceivable to fill them once mounted in the support grid. A bottom plate 24 similar to the separating plates is introduced into the casing of the tube in force until a lower position is identified.
Le tuyau d'alimentation 16 est déjà monté dans l'enveloppe. 21 On dispose ensuite un ou plusieurs blocs de dimensions déterminées sur la plaque de fond autour du tuyau d'alimentation 16. On introduit ensuite une plaque de séparation 20 dans l'enveloppe du tube en force jusqu'à ce qu'elle vienne en butée contre le ou les blocs disposés précédemment. On dispose ensuite un ou plusieurs blocs sur la plaque de séparation et on monte une plaque de séparation en butée sur le ou les blocs. On répète ces opérations autant de fois que d'étages souhaités. Un tube de stockage complet est représenté schématiquement en coupe sur la figure 2A. The supply pipe 16 is already mounted in the casing. Then one or more blocks of determined dimensions are placed on the bottom plate around the feed pipe 16. A separating plate 20 is then introduced into the casing of the tube in force until it comes into abutment. against the block or blocks previously arranged. One or more blocks are then placed on the separating plate and a separating plate is mounted abutting the block or blocks. These operations are repeated as many times as desired stages. A complete storage tube is schematically shown in section in FIG. 2A.
Lorsque le remplissage est terminé, on ferme le tube au moyen d'un couvercle traversé de manière étanche par le tuyau d'alimentation 16 qui est connecté au conduit 18 Le tube de stockage est ensuite monté dans un trou de la grille support. Le tube de stockage est fixé dans le trou si nécessaire. On répète les étapes précédentes autant de fois que de tubes de stockage à réaliser. L'enceinte 2 est ensuite réalisée autour de l'ensemble des tubes de stockage montés dans la grille support. Son ou ses orifices d'alimentation et d'évacuation de fluide d'échange thermique est ou sont connecté(s) à un système de circulation d'un fluide d'échange thermique et le conduit d'alimentation et de collecte est connecté à un système d'alimentation et de collecte de l'hydrogène. 22 Sur la figure 4A, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un tube de stockage selon la présente invention, dans lequel sont prévus des éléments 26 en forme de plaque s'étendant dans la direction de l'axe Y et formant des cloisons de sorte à séparer chaque étage en logements séparés 28. Dans l'exemple représenté, les éléments 26 séparent le tube en quatre logements 28. Chaque logement est muni de son propre tube d'alimentation 16. When the filling is complete, the tube is closed by means of a cover through which the supply pipe 16 is connected in leaktight manner and which is connected to the conduit 18. The storage tube is then mounted in a hole of the support grid. The storage tube is fixed in the hole if necessary. The preceding steps are repeated as many times as storage tubes to be made. The chamber 2 is then made around all the storage tubes mounted in the support grid. Its heat exchange fluid feed or discharge orifices are or are connected to a circulation system for a heat exchange fluid and the supply and collection duct is connected to a system of supply and collection of hydrogen. FIG. 4A shows another embodiment of a storage tube according to the present invention, in which plate-shaped elements 26 extending in the direction of the Y axis are provided and forming partitions in such a way as to separate each stage into separate housings 28. In the example shown, the elements 26 separate the tube into four housings 28. Each housing is provided with its own feed tube 16.
Les cloisons 28 jouent également de manière avantageuse un rôle de conduction thermique du fait de leur forme d'ailettes métalliques, de manière similaire aux plaques de séparation 20. Sur la figure 4B, on peut voir une variante du tube de stockage de la figure 4A, dans lequel un seul tube d'alimentation 16 est prévu, disposé le long de l'axe Y et commun à tous les logements 28. Par exemples, les ailettes 26 sont fixées sur le tube d'alimentation 16. Le tube d'alimentation 16 assure alors simultanément l'alimentation de tous les logements 28. Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement de ce réservoir. Il est à noter que l'enceinte est remplie de fluide d'échange thermique noyant les tubes de stockage, le fluide circule dans l'enceinte pour extraire ou apporter des calories. Lorsque l'on veut charger le dispositif de stockage en hydrogène, on fait circuler de l'hydrogène dans chaque tube via les tubes d'alimentation 16. La réaction d'absorption étant exothermique, de la chaleur 23 est dégagée. On évacue la chaleur simultanément en faisant circuler le fluide d'échange thermique froid dans l'enceinte. Plus la chaleur est évacuée rapidement et efficacement, plus le chargement du dispositif est rapide. Le matériau chargé en hydrogène forme alors un hydrure. Comme déjà expliqué, le matériau gonfle du fait de l'absorption et décrépite, pour former de la poudre. Sur la figure 2B, on peut voir un tube de stockage avec le matériau de stockage après décrépitation, celui-ci est réduit à l'état d'un matériau granulaire. Lorsque l'on souhaite disposer de l'hydrogène stocké dans le dispositif, on abaisse la pression d'hydrogène dans les tubes de stockage ou bien on chauffe l'hydrure via le fluide d'échange thermique. L'hydrogène est désorbé. L'hydrogène ainsi libéré circule d'un étage à l'autre, au moyen d'un système de circulation forcée. A titre d'exemple, le matériau disposé dans les compartiments peut être composé de un ou plusieurs matériaux utilisés pour le stockage de l'hydrogène. Ces matériaux de stockage d'hydrogène peuvent être choisis à partir des différentes familles telles que AB, A2B, A2B7, AB2 ou AB5 ou être un mélange de ces familles de matériaux. Les hydrures métalliques réversibles de formule AmBn sont constitués d'un élément A formant un hydrure stable tel que les métaux alcalins ou alcalino-terreux comme le lithium, le calcium ou le magnésium, les métaux de transition de quatrième ou cinquième colonne comme le zirconium, le titane, ou enfin les 24 terres rares métalliques comme le lanthane, le cérium et d'un élément B formant un hydrure instable dans les conditions standards de température et de pression, tel que la plupart des métaux de transition comme le chrome, le cobalt, le nickel ou le fer. Ces matériaux peuvent avoir une structure cubique centrée (cc), une structure cubique à faces centrées (cfc) ou une structure cristallographique de type C-14 ou C-15. Partitions 28 also advantageously play a role in thermal conduction due to their shape of metal fins, similarly to partition plates 20. In FIG. 4B, a variant of the storage tube of FIG. 4A can be seen in which a single feed tube 16 is provided, disposed along the Y axis and common to all the housings 28. For example, the fins 26 are attached to the feed tube 16. The feed tube 16 then simultaneously provides power to all homes 28. We will now explain the operation of this tank. It should be noted that the chamber is filled with heat exchange fluid embedding the storage tubes, the fluid circulates in the chamber to extract or provide calories. When it is desired to charge the storage device with hydrogen, hydrogen is circulated in each tube via the supply tubes 16. The absorption reaction being exothermic, heat 23 is released. The heat is simultaneously removed by circulating the cold heat exchange fluid in the enclosure. The faster and more efficiently the heat is removed, the faster the loading of the device. The hydrogen-charged material then forms a hydride. As already explained, the material swells due to absorption and decrepit, to form powder. In FIG. 2B, a storage tube can be seen with the storage material after decrepitation, which is reduced to the state of a granular material. When it is desired to dispose of the hydrogen stored in the device, the hydrogen pressure is lowered in the storage tubes or the hydride is heated via the heat exchange fluid. Hydrogen is desorbed. The hydrogen thus released circulates from one stage to another, by means of a forced circulation system. For example, the material disposed in the compartments may be composed of one or more materials used for the storage of hydrogen. These hydrogen storage materials can be selected from different families such as AB, A2B, A2B7, AB2 or AB5 or be a mixture of these families of materials. The reversible metal hydrides of formula AmBn consist of a stable hydride forming element A such as alkali or alkaline earth metals such as lithium, calcium or magnesium, transition metals of the fourth or fifth column such as zirconium, titanium, or finally 24 rare earth metals such as lanthanum, cerium and a B element forming a hydride unstable under standard conditions of temperature and pressure, such as most transition metals such as chromium, cobalt , nickel or iron. These materials may have a centered cubic structure (cc), a cubic face-centered structure (cfc) or a crystallographic structure of C-14 or C-15 type.
Par exemple, ces matériaux peuvent être Mg, Mg-Ni, Mg-Cu, Ti-Fe, Ti-Mn, Ti-Ni, Ti-V, Mn-Ni, Ti-V-Cr, Ti-V-Fe. Les capacités d'absorption de l'hydrogène en fonction des pressions et des températures utilisées varient suivant les matériaux de stockage d'hydrogène. D'autres matériaux absorbant l'hydrogène comme les hydrures chimiques complexes avec des éléments légers tels que les alanates (NaAlH4), les hydrures à base de Li et de B tels que LiBH4, NaBH4, ou alors des imides ou des amides, peuvent aussi être utilisés dans la géométrie décrite dans la présente invention. Le fluide d'échange thermique peut être un liquide tel que de l'eau, de l'huile ou un gaz. For example, these materials may be Mg, Mg-Ni, Mg-Cu, Ti-Fe, Ti-Mn, Ti-Ni, Ti-V, Mn-Ni, Ti-V-Cr, Ti-V-Fe. The absorption capacities of hydrogen as a function of the pressures and temperatures used vary according to the hydrogen storage materials. Other hydrogen-absorbing materials such as complex chemical hydrides with light elements such as alanates (NaAlH4), Li and B-based hydrides such as LiBH4, NaBH4, or else imides or amides, can also be used. be used in the geometry described in the present invention. The heat exchange fluid may be a liquid such as water, oil or a gas.
La température de chargement et de déchargement du réservoir varie par exemple de -20°C à 400 °C. La pression de chargement varie par exemple de 0,1 bar à 200 bars H2, et la pression de déchargement varie par exemple de 100 bars à 0 bar (absolus).The temperature of loading and unloading of the reservoir varies, for example, from -20 ° C. to 400 ° C. The charging pressure varies for example from 0.1 bar to 200 bar H2, and the unloading pressure varies for example from 100 bar to 0 bar (absolute).
25 Le dispositif selon la présente invention permet d'assurer un très bon échange thermique entre le fluide et le matériau de stockage, en assurant une circulation tout autour des tubes de stockage, ce qui permet d'accélérer l'absorption de l'hydrogène sur le matériau, et donc le chargement du dispositif. En outre, sa construction limite l'apparition de contrainte sur la paroi des tubes. De plus elle est adaptée à des dispositifs mobiles, puisque même en cas de mise en mouvement des tubes de stockage, il n'y a pas de risque d'accumulation de matériau. Cette construction est par ailleurs simple, et de montage peu complexe, tant pour le montage des tubes dans la grille support que pour le montage des plaques de fixation dans les tubes à la bonne cote. Le dispositif selon la présente invention peut être utilisé comme réservoir embarqué pour les moyens de transports, tels que les bateaux, sous-marins, voitures, autobus, camions, engins de chantier, deux roues, par exemple pour alimenter une pile à combustible ou un moteur thermique. En outre, il peut être utilisé dans le domaine des alimentations transportables en énergie tels les batteries pour appareils électroniques portables comme les téléphones portables, les ordinateurs portables,.... Le dispositif selon la présente invention peut également être utilisé comme système de stockage stationnaire de l'énergie en plus grosse quantité, comme les groupes électrogènes, pour le stockage de l'hydrogène produit en grande quantité par des éoliennes, panneaux photovoltaïques, géothermie,.... The device according to the present invention makes it possible to ensure a very good heat exchange between the fluid and the storage material, by ensuring a circulation all around the storage tubes, which makes it possible to accelerate the absorption of hydrogen on the material, and therefore the loading of the device. In addition, its construction limits the appearance of stress on the wall of the tubes. Moreover, it is adapted to mobile devices, since even when the storage tubes are set in motion, there is no risk of accumulation of material. This construction is also simple, and difficult to assemble, both for mounting the tubes in the support grid and for mounting the mounting plates in the tubes at the right dimension. The device according to the present invention can be used as an onboard tank for means of transport, such as boats, submarines, cars, buses, trucks, construction equipment, two wheels, for example for fueling a fuel cell or a fuel cell. thermal motor. In addition, it can be used in the field of energy-transportable power supplies such as batteries for portable electronic devices such as mobile phones, laptops, etc. The device according to the present invention can also be used as a stationary storage system. energy in larger quantities, such as generators, for the storage of hydrogen produced in large quantities by wind turbines, photovoltaic panels, geothermal, ....
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018104657A2 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-14 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Hydrogen storage tank comprising a textile filter material |
| WO2018104644A1 (en) | 2016-12-06 | 2018-06-14 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Hydrogen storage tank comprising a plurality of seals |
| WO2020030878A1 (en) | 2018-08-10 | 2020-02-13 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Hydrogen storage tank comprising a plurality of umbrella-like divider elements |
| CN111188988A (en) * | 2020-02-28 | 2020-05-22 | 四川大学 | Solid-state hydrogen storage device with high heat exchange characteristic |
| EP4036456A1 (en) * | 2021-02-02 | 2022-08-03 | GRZ Technologies SA | Hydrogen storage system |
| CN117869775A (en) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 常州常成热力设备有限公司 | Hydrogen storage pressure stabilizing tank body |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1531862A (en) * | 1975-04-21 | 1978-11-08 | Billings Energy Corp | Hydrogen storage and heat exchanger system |
| GB2122330A (en) * | 1982-06-24 | 1984-01-11 | Mannesmann Ag | Gas storage |
| US4446111A (en) * | 1981-06-25 | 1984-05-01 | Mannesmann Ag | Vessel for use in hydrogen/hydride technology |
| JP2005098336A (en) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Cadre |
| US20070144349A1 (en) * | 2005-12-22 | 2007-06-28 | Voss Mark G | Hydrogen storage and release device |
-
2010
- 2010-05-18 FR FR1053840A patent/FR2953820A1/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1531862A (en) * | 1975-04-21 | 1978-11-08 | Billings Energy Corp | Hydrogen storage and heat exchanger system |
| US4446111A (en) * | 1981-06-25 | 1984-05-01 | Mannesmann Ag | Vessel for use in hydrogen/hydride technology |
| GB2122330A (en) * | 1982-06-24 | 1984-01-11 | Mannesmann Ag | Gas storage |
| JP2005098336A (en) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Cadre |
| US20070144349A1 (en) * | 2005-12-22 | 2007-06-28 | Voss Mark G | Hydrogen storage and release device |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018104644A1 (en) | 2016-12-06 | 2018-06-14 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Hydrogen storage tank comprising a plurality of seals |
| US10989359B2 (en) | 2016-12-06 | 2021-04-27 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Hydrogen storage tank comprising a plurality of seals |
| WO2018104657A2 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-14 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Hydrogen storage tank comprising a textile filter material |
| WO2020030878A1 (en) | 2018-08-10 | 2020-02-13 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Hydrogen storage tank comprising a plurality of umbrella-like divider elements |
| FR3084924A1 (en) | 2018-08-10 | 2020-02-14 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | HYDROGEN STORAGE TANK HAVING A PLURALITY OF UMBRELLA-TYPE SEPARATING ELEMENTS |
| CN111188988A (en) * | 2020-02-28 | 2020-05-22 | 四川大学 | Solid-state hydrogen storage device with high heat exchange characteristic |
| CN111188988B (en) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 四川大学 | Solid-state hydrogen storage device with high heat exchange characteristic |
| EP4036456A1 (en) * | 2021-02-02 | 2022-08-03 | GRZ Technologies SA | Hydrogen storage system |
| WO2022167381A1 (en) * | 2021-02-02 | 2022-08-11 | Grz Technologies Sa | Hydrogen storage system |
| CN117869775A (en) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 常州常成热力设备有限公司 | Hydrogen storage pressure stabilizing tank body |
| CN117869775B (en) * | 2024-03-12 | 2024-05-10 | 常州常成热力设备有限公司 | Hydrogen storage pressure stabilizing tank body |
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