PROCÉDÉ DE FOURNITURE DE GAZ NATUREL POUR VEHICULE
[0001 La présente invention concerne le stockage de gaz naturel pour véhicule dans un matériau poreux. [0002] Dans le contexte actuel d'une démarche volontariste de réduction de la dépendance au pétrole et de réduction des émissions CO2 (gaz à effet de serre), le gaz naturel a conforté sa position en tant que carburant crédible pour accompagner la diversification énergétique dans le secteur des transports et contribuer à la baisse des émissions CO2 des véhicules. En effet, la composition chimique du gaz naturel présente un ratio H/C très favorable à de basses émissions carbonées. (H/C = 4 alors que H/C = de 1.7 à 2 pour un carburant liquide de type essence ou Diesel) [0003] Il existe deux types de stockage du gaz naturel pour véhicules (GNV). La figure 1 présente un exemple d'un premier mode de stockage, dans lequel le GNV est comprimé dans un ou plusieurs réservoirs 8 sous une pression de classiquement 200 bars. Le GNV stocké dans les réservoirs 8 est disponible grâce aux valves des réservoirs 8 pour être conduit vers un moteur du véhicule par l'intermédiaire d'injecteurs de GNV par exemple (flèche a). Des efforts ont été réalisés pour développer ce mode de stockage à 200 bars. Cependant dans cette technologie de stockage, le packaging des réservoirs entraîne une faible autonomie du véhicule. [0004 Un deuxième mode de stockage consiste à stocker le GNV dans des matériaux poreux contenus dans un réservoir. Le GNV est adsorbé dans le matériau poreux, l'ensemble étant sous pression. Cette technologie permet de réduire la pression de stockage, ce qui influence la forme du réservoir. Cette technologie permet également d'augmenter la quantité de GNV stockée. [0005] L'adsorption d'un gaz sur un solide se traduit par une augmentation de la densité du gaz à l'interface du solide et du gaz. L'adsorption est dite physique (ou est appelée physisorption) lorsqu'elle est due à des forces d'interactions physiques, dites de Van der Waals, entre les molécules de gaz et les atomes de la surface du solide. Le phénomène physique à la base du stockage du GNV est la physisorption du GNV dans le matériau poreux. [0006] Dans un véhicule utilisant ce type de stockage, la libération du GNV pour alimenter les injecteurs du moteur du véhicule est réalisée par la désorption du GNV du matériau poreux. La désorption des molécules de gaz se déroule avec une vitesse, dite « vitesse de désorption » Vdésorption qui dépend de la température, comme indiqué dans la relation suivante : désorp on = A x exp désorption RT X [CH4 ]a [0007] Dans la relation précédente, A est la constante de vitesse de la réaction, Edésorption exprimée en joule est l'énergie d'activation de la désorption liée au couple matériau-gaz, R est la constante universelle des gaz parfaits. [CH4] est la concentration en méthane du réservoir. L'espèce [CH4] apparaît dans l'expression de la vitesse de désorption car le GNV est constitué de méthane CH4 à plus de 90%. a est une constante également liée au couple matériau-gaz. T est la température du matériau poreux. [0008] La relation précédente indique que la vitesse de désorption diminue avec la température. Ainsi à basse température, la vitesse de désorption du GNV peut être trop faible pour libérer le débit de GNV nécessaire au fonctionnement du moteur. Dans un véhicule fonctionnant dans un climat froid, le fonctionnement du moteur en mode GNV n'est pas garanti. [0009] Le document WO2009071436 propose un contrôle du réservoir effectué entre deux consignes de pression, une pression minimale à maintenir et une pression maximale à ne pas dépasser, en fonction de la résistance en pression du réservoir. Le procédé décrit dans le document utilise un réservoir comprenant un élément chauffant qui augmente la température du matériau poreux lors du prélèvement du gaz. Cependant le procédé ne garantit pas le fonctionnement du moteur GNV dans un climat froid. [0010] Il existe un besoin pour un procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule, permettant d'assurer un débit de GNV au moteur du véhicule même 5 à basse température. [0011] Pour cela, l'invention propose un procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule, le véhicule ayant un réservoir comprenant : • un matériau poreux de stockage du gaz; • un élément chauffant le matériau poreux ; 10 une sonde de température de l'intérieur du réservoir ; caractérisé en ce que le procédé comprend le contrôle de la température T à l'intérieur du réservoir et l'activation de l'élément chauffant si la température T à l'intérieur du réservoir est inférieure à une température seuil Tseuii. [0012] Selon une variante, l'activation de l'élément chauffant est déterminée 15 par une loi de commande contrôlant le courant I traversant l'élément chauffant selon l'expression I = /CvX(Tmax_T) R
, où
Cv est le coefficient calorifique du matériau poreux, 20 Tmax est une température maximale permise, T est la température à l'intérieur du réservoir, et R est la résistance électrique de l'élément chauffant. [0013] Selon une variante, la température maximale Tmax est calibrée en 25 fonction du matériau poreux. [0014] Selon une variante, la température seuil Tseuil est calibrée en fonction du matériau poreux. [0015] L'invention concerne également un véhicule ayant un réservoir comprenant : ^ un matériau poreux de stockage du gaz; • un élément chauffant le matériau poreux ; • une sonde de température de l'intérieur du réservoir ; caractérisé en ce que le véhicule comprend en outre une unité de commande pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0016] Selon une variante, le véhicule est caractérisé en ce que le matériau poreux est composé de charbons actifs ou de MOFs (Metal Organic Frameworks). [0017] Selon une variante, le véhicule est caractérisé en ce qu'il comprend une motorisation utilisant du gaz naturel, ou une combinaison d'essence et de gaz naturel, ou encore une combinaison de diesel et de gaz naturel. [ools] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, précédemment décrite, un mode de stockage du GNV sous forme comprimée à 200bars ; • figure 2, un graphe présentant des courbes représentant la vitesse de désorption acquise à différentes températures à l'intérieur d'un réservoir de stockage de GNV utilisé dans le procédé selon l'invention; • figure 3, un exemple de réservoir de stockage de GNV utilisé dans le procédé selon l'invention. [0019] L'invention se rapporte à un procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule, le véhicule ayant un réservoir comprenant un matériau poreux de stockage du gaz, un élément chauffant le matériau poreux, et une sonde de température de l'intérieur du réservoir. Le procédé comprend le contrôle de la température T de l'intérieur du réservoir et l'activation de l'élément chauffant si la température T de l'intérieur du réservoir est inférieure à une température seuil Tseuii. Le chauffage du matériau poreux permet une libération rapide du GNV, et assure le fonctionnement d'un moteur du véhicule. Le procédé de l'invention permet de déterminer le besoin en activation de l'élément chauffant, et de lancer cette activation, en fonction des conditions extérieures du réservoir, telles que les conditions climatiques. [0020] L'avantage du procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule selon l'invention sera mieux compris en se référant à la figure 2. La figure 2 présente trois courbes décrivant l'évolution au cours du temps de la vitesse de désorption du GNV en mol/s, acquises à trois températures différentes Ti, T2, T3 telles que T1 <T2<T3. Les courbes sont des courbes isothermes acquises à température constante. Le graphe représente également le débit de GNV cible permettant un bon fonctionnement du moteur du véhicule. L'origine du graphe indique le début de la libération des molécules. On observe que le débit de GNV cible est atteint plus rapidement pour les valeurs de température les plus grandes. La durée pour obtenir le débit de GNV cible est relativement plus importante à la température Ti, qu'aux températures T2, T3. [0021] En prenant T2 pour température seuil Tseuii, le procédé selon l'invention assure que l'élément chauffant est activé dès que la température devient trop faible pour permettre d'atteindre rapidement un débit de GNV cible. [0022] Par exemple, le procédé est utile lors du démarrage du moteur du véhicule. Le matériau poreux présente une température permettant d'atteindre rapidement une vitesse de désorption du GNV suffisante pour le fonctionnement du moteur quelles que soient les conditions d'utilisation du réservoir, notamment les conditions climatiques. [0023] Le procédé est également utile en fonctionnement nominal du moteur du véhicule. A une trop basse température telle que Ti, inférieure à T2 qui serait la température seuil, la désorption du GNV peut être trop lente par rapport au débit de GNV requis pour un bon fonctionnement du moteur du véhicule. L'élément chauffant du réservoir permet d'augmenter la température T à l'intérieur du réservoir. Ainsi la température T à l'intérieur du réservoir peut même être augmentée pour atteindre la température T3 pour laquelle la vitesse de désorption des molécules de GNV serait optimale. Le procédé selon l'invention assure que la température à l'intérieur du réservoir est suffisante pour permettre un débit de GNV nécessaire au bon fonctionnement du moteur du véhicule. Ainsi le moteur du véhicule peut recevoir un débit de GNV permettant son bon fonctionnement quelques soient les conditions climatiques telles que de basses températures. [0024] Le procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule selon l'invention est utilisé dans un véhicule ayant un réservoir de stockage de GNV. La figure 3 présente un exemple de réservoir 2. [0025] Le réservoir 2 comprend un matériau poreux 4 adsorbant le GNV. Le matériau poreux 4 peut-être constitué de charbons actifs ou de MOFs (Metal Organic Framework). La température seuil Tseuii peut être calibrée en fonction du matériau poreux 4 utilisé. La température seuil Tseuii peut par exemple dépendre du volume du matériau poreux 4 ou du volume de ses pores. [0026] Le réservoir 2 contient également un élément chauffant 5, par exemple une résistance thermique. L'élément chauffant 5 permet de chauffer le contenu du réservoir 2. [0027] Le réservoir 2 comprend aussi une sonde de température 1 afin de mesurer la température à l'intérieur du réservoir 2. [0028] Le procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule selon l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'une unité de commande 6. [0029] Sur la figure 3, les traits en pointillés 7 représentent des flux d'informations entre la sonde de température 1 et l'unité de commande 6, et entre l'unité de commande 6 et l'élément chauffant 5. La température T de l'intérieur du réservoir 2 acquise par la sonde de température 1 est indiquée à l'unité de commande 6. Si la température T est inférieure à la température seuil Tseuil, l'unité de commande 6 active l'élément chauffant 5. [0030] L'utilisation de l'élément chauffant 5 doit se faire à bon escient afin de limiter les dépenses énergétiques du véhicule. Ainsi selon un mode de réalisation, l'activation de l'élément chauffant 5 est déterminée par une loi de commande contrôlant le courant I traversant l'élément chauffant 5. La loi de commande est selon l'expression suivante : 1 = /CvX(Tm_T) R où Cv est le coefficient calorifique du matériau poreux 4, Tmax est une température maximale permise, T est la température à l'intérieur du réservoir 2, et R est la résistance électrique de l'élément chauffant 5. [0031] La loi de commande sera mieux comprise en reprenant le graphe présenté en figure 2. L'élément de chauffage 5 est activé si la température T du matériau poreux 4 est inférieure à la température seuil Tseuil qui est égale à T2 dans la figure 2. En prenant T3 pour température maximale permise Tmax, la loi de commande définie par la relation précédente permet de gérer l'activation de l'élément de chauffage 5 en fonction de la température intérieure T du réservoir 2. Lorsque la température T mesurée est éloignée de la température maximale permise Tmax, le courant I parcourant l'élément chauffant 5 est élevé afin d'atteindre rapidement une température proche de la température Tmax. Par contre lorsque la température T mesurée devient proche de la température maximale Tmax permise, le courant I parcourant l'élément chauffant 5 est diminué. Ainsi l'énergie utilisée pour activer l'élément chauffant 5 est modulé en fonction de la température T à l'intérieur du réservoir 2. Le procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule selon l'invention permet de s'assurer que la vitesse de désorption du GNV est suffisante pour le fonctionnement du moteur du véhicule, avec une gestion économe de l'énergie disponible. Ceci est particulièrement avantageux dans un véhicule où les sources énergétiques sont limitées. La température maximale permise Tmax peut être fonction entre autres du matériau poreux 4 utilisé. [0032] Le procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule selon l'invention est utilisable avec des types de motorisation utilisant du GNV seul, ou une combinaison d'essence et de GNV, ou encore une combinaison de diesel et de GNV.