FR2984453A1 - Reservoir de stockage d'hydrogene sous la forme d'hydrures metalliques - Google Patents

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Abstract

Réservoir de stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau, comportant une première partie (I) et une deuxième partie (II), chacune des première (I) et deuxième (II) partie comportant un virole (4) obturée à une première extrémité longitudinale (4.1) par une portion sensiblement hémisphérique (6), les deux parties (I, II) étant solidarisées par une deuxième extrémité longitudinale ouverte (4.2) de la virole (4) par l'intermédiaire d'une plaque d'assemblage (2), ledit réservoir comportant deux échangeurs thermiques (12), chacun étant reçu dans une desdites parties (I, II), les volumes intérieurs des deux parties (I, II) étant destinés à être à la même pression d'hydrogène, ledit réservoir comportant également des moyens de connexion à des moyens d'alimentation et d'évacuation d'un caloporteur circulant dans lesdits échangeurs thermiques intégrés dans la plaque d'assemblage, et des moyens d'alimentation et de collecte d'hydrogène.

Description

RESERVOIR DE STOCKAGE D'HYDROGENE SOUS LA FORME D'HYDRURES METALLIQUES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un réservoir 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 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 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 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 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 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 5 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 10 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 15 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. 20 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 25 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.
L'absorption et la désorption de l'hydrogène sur une poudre ou une matrice métallique M se font selon la réaction suivante : M + x/2 H2 MHx+A H (Chaleur) - 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. Le réservoir est donc équipé d'un échangeur thermique comportant un circuit dans lequel circule un caloporteur, le circuit étant connecté à un circuit extérieur au réservoir et des moyens d'amenée de l'hydrogène dans le réservoir en vue de son absorption et de moyens de collecte de l'hydrogène lors d'une phase de désorption.
On appelle " cycle d'hydruration ", une phase d'absorption suivie d'une phase de désorption d'hydrogène. Le réservoir doit en outre être apte à tenir la pression d'hydrogène. Dans les applications actuelles, un intervalle intéressant de pression se situe dans l'intervalle 1-30 bar absolu, sachant que suivant la nuance d'hydrure mise en oeuvre cet intervalle est susceptible de s'élargir ou de se réduire. On peut aussi viser une hybridation de ce mode de stockage par hydrure avec un stockage de l'hydrogène en pression. A ce moment l'intervalle de pression passe à 1-300 bar, voire 1-700 bar. Cette exigence est d'autant plus difficile 15 à remplir aisément que l'on cherche à obtenir des réservoirs de masse réduite, en particulier dans le cas de réservoirs embarqués des véhicules. Le document US 2005/0188847 décrit un réservoir d'hydrogène stocké sous forme d'hydrure 20 comportant une enveloppe formée d'une partie centrale tubulaire et deux extrémités longitudinales hémisphériques. L'une des extrémités hémisphériques et la partie tubulaire sont réalisées d'un seul tenant en acier inoxydable et la deuxième extrémité 25 hémisphérique, également en acier inoxydable, est rapportée par vissage après mise en place de l'échangeur thermique. L'enveloppe est ensuite recouverte d'un composite en fibres de carbone pour augmenter la tenue à la pression d'hydrogène du 30 réservoir. L'hydrure est stocké dans l'enveloppe à l'intérieur de logements délimités par des ailettes de l'échangeur thermique. L'introduction de l'échangeur thermique est complexe, ainsi que la réalisation de l'enveloppe qui nécessite deux étapes. Le document W02007/011476 décrit un réservoir d'hydrogène comportant une enveloppe formée également d'une partie tubulaire centrale et de deux extrémités longitudinales hémisphériques, l'ensemble étant en acier. Chacune des extrémités comporte une ouverture pour permettre pour l'une l'alimentation en hydrogène et la collecte de l'hydrogène, et pour l'autre la circulation du caloporteur. Ce réservoir n'est pas aisément démontable, ce qui rend toute intervention à l'intérieur du réservoir difficile. En outre, en cas de réalisation par soudage de l'enveloppe, l'hydrure étant très sensible à l'air; cette opération doit être faite en boîte gant ce qui rend sa fabrication complexe.
EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un réservoir de stockage d'hydrogène présentant une masse réduite et une construction relativement simple par rapport aux réservoirs de l'état de la technique. Le but précédemment énoncé est atteint par un réservoir comportant une enveloppe destinée à contenir des hydrures et à tenir la pression d'hydrogène, l'enveloppe comportant deux parties, chacune fermée à l'une de ses extrémités et ouverte à l'autre et raccordées par leur extrémité ouverte sur une plaque d'assemblage, et des échangeurs de chaleur dans lesquels circulent un caloporteur, les échangeurs étant alimentés via la plaque d'assemblage.
En d'autres termes, on forme deux demi- réservoirs reliés par une plaque centrale qui assure l'alimentation des échangeurs thermiques au sein du réservoir. L'ensemble ainsi formé est étanche. Ce réservoir est de fabrication simple, la mise en place de l'échangeur thermique et de l'hydrure dans l'enveloppe s'effectue aisément. De plus, les deux demi-réservoirs sont à équipression d'hydrogène, la plaque d'assemblage est alors soumise à la même pression sur ces deux faces, elle n'est donc pas sollicitée en flexion. Ceci permet alors une liberté de construction et son épaisseur peut être faible. Ceci permet encore de réduire la masse du réservoir. De manière très avantageuse, les deux demi- réservoirs comportent des fonds sensiblement hémisphériques. Dans la présente demande, on entend par " sensiblement hémisphérique " une forme comprise entre un hémisphère, i.e. une demi-sphère de rayon constant, et un hémisphère dont le fond est aplati. Une pièce présentant une telle forme est également appelée " fond bombé ". Dans le cas où le réservoir comporte des extrémités sensiblement hémisphériques, celui-ci offre une bonne tenue à la pression et une masse réduite du fait de ses formes tenant la pression d'hydrogène exemptes de surface plane.
La présente invention alors pour objet du réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau, présentant un axe longitudinal, ledit réservoir comportant une première 5 partie et une deuxième partie, chacune des première et deuxième parties comportant une enveloppe munie d'une première extrémité longitudinale fermée et d'une deuxième extrémité longitudinale ouverte, et une plaque d'assemblage, la première partie et la deuxième partie 10 étant solidarisées au niveau des deuxièmes extrémités longitudinales ouvertes des enveloppes par l'intermédiaire de la plaque d'assemblage, les volumes intérieurs des deux parties étant destinés à être à la même pression, ledit réservoir comportant également 15 deux échangeurs thermiques, chacun étant reçu dans une desdites parties, et des logements pour le matériau de stockage d'hydrogène, ledit réservoir comportant également des moyens de connexion à des moyens d'alimentation et d'évacuation d'un caloporteur 20 circulant dans lesdits échangeurs thermiques intégrés dans la plaque d'assemblage et des moyens d'alimentation et de collecte d'hydrogène. Dans un exemple avantageux de réalisation, les enveloppes comportent chacune une virole et un fond 25 sensiblement hémisphérique formant la première extrémité longitudinale fermée. Les échangeurs thermiques comportent par exemple des tubes pour faire circuler le fluide dans les deux parties du réservoir. 30 Dans un exemple de réalisation, la plaque d'assemblage comporte au moins une cavité de distribution du caloporteur, dans laquelle débouchent des premiers tubes de l'échangeur thermique et au moins une cavité d'évacuation dans laquelle débouchent des deuxièmes tubes de l'échangeur thermique, chaque premier tube étant raccordé à au moins un deuxième tube au niveau de la portion hémisphérique. La plaque d'assemblage est de préférence formée de deux demi-plaques définissant entre elles les cavités de distribution et d'évacuation. Le réservoir peut comporter des entretoises orientées longitudinalement entre les deux demi-plaques, lesdites entretoises ayant de manière avantageuse sensiblement la forme de diabolo. La plaque d'assemblage peut comporter au moins un piquage radial débouchant dans la cavité de distribution et au moins un piquage radial débouchant dans la cavité d'évacuation, lesdits piquages étant destinés à être connectés aux moyens d'alimentation et d'évacuation du caloporteur.
Avantageusement, les premiers tubes des deux échangeurs thermiques débouchent dans la même cavité de distribution et les deuxièmes tubes des deux échangeurs thermiques débouchent dans la même cavité d'évacuation.
Dans un exemple de réalisation, le réservoir comporte des chambres de connexion situées au niveau de chacune des premières extrémités longitudinales fermées des enveloppes, dans lesquelles débouchent les premiers et deuxièmes tubes. De préférence, des entretoises sont disposées dans au moins l'une des chambres de connexion, lesdites entretoises étant orientées longitudinalement, lesdites entretoises ayant sensiblement la forme de diabolo. Dans un autre exemple de réalisation, chaque premier tube et chaque deuxième tube de chaque échangeur thermique sont formés dans un tube en U, le fond du U étant situé au niveau des premières extrémités longitudinales fermées des enveloppes. Les moyens d'alimentation et de collecte d'hydrogène peuvent comporter au moins un tube de connexion traversant une paroi de la virole ou la plaque d'assemblage, de la première partie et au moins tube de connexion traversant la virole de la deuxième partie ou la plaque d'assemblage. De manière préférentielle, les tubes de 15 connexion hydrogène forment une connexion du type " patte d'oie ", interconnectant directement les chambres en pression d'hydrogène des parties I et II. Chacune des parties peut comporter une bride par laquelle elle est fixée sur la plaque 20 d'assemblage au moyen d'ensembles vis-écrou ou par soudage. Avantageusement, les logements du matériau de stockage d'hydrogène sont formés par les échangeurs thermiques. 25 La présente invention a également pour objet un réservoir de stockage de l'hydrogène par absorption comportant un réservoir selon la présente invention et un matériau de stockage d'hydrogène. La présente invention a également pour 30 objet un procédé de fabrication d'un réservoir selon la présente invention, comportant les étapes: - réalisation des enveloppes des première et deuxième parties, - fixation de chaque échangeur thermique chargé avec le matériau de stockage d'hydrogène sur la 5 plaque d'assemblage par les extrémités des tubes à caloporteurs, - mise en place des échangeurs thermiques dans les enveloppes formant les première et deuxième parties, 10 assemblage des enveloppes sur la plaque d'assemblage. Lorsque la plaque d'assemblage est formée de deux demi-plaques, les tubes de chaque échangeur thermique peuvent être alors fixés sur une demi-plaque 15 de la plaque d'assemblage, les deux demi-plaques étant assemblées lors de l'assemblage des enveloppes. Par exemple les enveloppes comportent une virole fermée par un fond sensiblement hémisphérique, lesdites viroles étant munies de brides à leur 20 extrémité ouverte, l'assemblage des première et deuxième parties peut être obtenu au moyen d'ensembles vis-écrou traversant les brides et les deux demiplaques d'assemblage ou par soudage. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexes dans lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un exemple de réalisation d'un réservoir d'hydrogène selon 30 la présente invention, - la figure 2 est une vue en perspective partiellement écorchée du réservoir de la figure 1 selon un premier exemple de réalisation, - la figure 3 est une vue en coupe 5 transversale le long d'un plan A-A du réservoir selon le deuxième exemple de réalisation, - la figure 4 est une vue de détail d'une variante de réalisation du réservoir de la figure 2, - la figure 5 est une vue en coupe 10 transversale du réservoir selon la variante de la figure 4 au niveau de la plaque d'assemblage, - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale selon un plan B-B du réservoir de la figure 1 selon un deuxième exemple de réalisation, 15 - la figure 7 est une vue en coupe de la partie supérieure du réservoir selon le deuxième exemple de réalisation le long d'un plan orthogonal au plan B-B. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 20 Sur la figure 1, on peut voir une vue d'extérieure d'un exemple de réalisation d'un réservoir selon la présente invention, celui-ci s'étend selon un axe longitudinal X et contient un matériau de stockage d'hydrogène. 25 Le réservoir comporte une première partie I et une deuxième partie II raccordées sur une plaque d'assemblage 2. Chaque partie I, II forme un sous-ensemble. Les deux-ensembles I, II étant similaires, nous ne décrirons en détail que le sous-ensemble I.
Les sous-ensembles I, II forment avec la plaque d'assemblage 2 un réservoir. Dans l'exemple représenté et de manière très avantageuse, le sous-ensemble I comporte une enveloppe 3 d'axe longitudinal X formée par une virole 4 et une portion sensiblement hémisphérique 6 fermant de manière étanche une première extrémité longitudinale 4.1 de la virole 4. Cette forme offre une très bonne tenue à la pression.
Dans l'exemple représenté, la virole 4 a une section de révolution. Une deuxième extrémité longitudinale 4.2 de la virole 4 est ouverte et est munie de moyens de fixation 8 de l'enveloppe 3 à la plaque d'assemblage 2.
Dans l'exemple représenté, les moyens de fixation 8 comportent une bride 10 fixée sur la deuxième extrémité longitudinale de la virole 4 et destinée à être solidarisée à la plaque d'assemblage 2 au moyen d'ensembles vis-écrou (non représentés). A cet effet, les brides 10 et la plaque d'assemblage 2 sont munis d'alésages. Cet exemple de fixation n'est en aucun cas limitatif. Tout autre type de fixation, de préférence démontable, entre dans le cadre de la présente invention, y compris toute solution permettant d'assurer l'étanchéité entre les viroles et la plaque de fermeture, comme par exemple l'utilisation d'un joint torique placé dans une gorge usinée dans les brides 10 ou dans la plaque 2. Un assemblage par soudage est également envisageable, un tel assemblage permet d'avoir des bridez 10 de taille plus petite et de supprimer les liaison vis-écrou qui sont généralement de grande taille. La masse du réservoir est alors réduite. Sur la figure 2, on peut voir une vue partiellement écorchée d'un premier exemple de 5 réalisation du réservoir de la figure 1, plus particulièrement du sous-ensemble I. L'intérieure du sous-ensemble II est représenté en transparence. Le sous-ensemble I comporte un échangeur de chaleur 12 formant des logements dans lesquels est placé le 10 matériau hydrure. Cet échangeur 12 est destiné à extraire la chaleur lors de l'absorption de l'hydrogène par le matériau de stockage d'hydrogène et à apporter de la chaleur nécessaire à la désorption de l'hydrogène. 15 L'échangeur de chaleur 12 est composé d'une pluralité d'ailettes 14 délimitant entre elles des compartiments pour stocker le matériau de stockage de l'hydrogène à chauffer ou à refroidir. L'échangeur thermique comporte également un circuit de circulation 20 du caloporteur au sein de la structure formée par les ailettes pour extraire ou apporter des calories. Ce circuit de circulation est destiné à être connecté à un circuit extérieur au réservoir. Le circuit de circulation assure aussi une circulation du caloporteur 25 à travers le réservoir permettant d'extraire ou d'apporter de manière homogène la chaleur. L'axe longitudinal X du réservoir est destiné à être orienté horizontalement. Dans l'exemple représenté, les ailettes horizontales délimitent une 30 pluralité d'étages, chaque étage étant divisé en compartiments par des ailettes verticales s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal X et transversalement par rapport à l'axe longitudinal X. Le circuit de circulation de caloporteur comporte des tubes 16 s'étendant longitudinalement et situés dans des canaux longitudinaux formés à l'intersection des ailettes horizontales et verticales. Sur la figure 3, on peut voir une vue en coupe transversale des ailettes formant les compartiments et des tubes 16. Cette structure permet avantageusement de 10 compartimenter le matériau de stockage d'hydrogène en assurant une répartition et un confinement du matériau dans tout le réservoir. La connexion du circuit de circulation intérieur de l'échangeur thermique avec le circuit 15 extérieur est réalisée à travers la plaque d'assemblage 2. Le circuit de circulation est alors tel que le caloporteur circule de la deuxième extrémité longitudinale 4.2 de la virole 4 vers la première extrémité longitudinale 4.1 de la virole, puis retourne 20 à la deuxième extrémité longitudinale 4.1 pour être évacué. Dans l'exemple de la figure 2, la plaque d'assemblage 2 comporte deux cavités 20, 22 séparées de manière étanche par une cloison 24, ces cavités sont 25 appelées " boites à eau ". L'une des cavités 20, 22 est la cavité de distribution et l'autre cavité 22, 20 est la cavité de collectage et d'évacuation. En outre, la plaque d'assemblage 2 comporte également un piquage radial 26 débouchant dans la cavité de distribution et 30 permet l'alimentation en caloporteur et un piquage radial 28 débouchant dans la cavité d'évacuation et permettant l'évacuation du caloporteur. Considérant que l'échangeur thermique comporte 2n tubes, dans chaque cavité 20 et 22 débouchent alors n tubes 16. En effet le caloporteur circule dans n tubes allers 16 de la deuxième extrémité longitudinale 4.2 de la virole vers la première extrémité longitudinale 4.1 de la virole 4 et le caloporteur circule dans les n tubes retours de la première 10 extrémité longitudinale 4.1 de la virole 4 vers la deuxième extrémité longitudinale 4.2 de la virole 4. Les tubes 16 peuvent être fixés à la plaque d'assemblage par différentes méthodes qui assurent une tenue mécanique des tubes 16 sur la plaque d'assemblage 15 2 et une étanchéité entre le circuit de caloporteur et l'environnement hydrogène. Par exemple, on utilise une méthode mécanique telle que le dudgeonnage. Des joints, par exemple des joints toriques peuvent être prévus entre chaque tube et la plaque. En variante, les tubes 20 peuvent être directement soudés ou brasés à la plaque d'assemblage. La plaque d'assemblage 2 est réalisée en deux demi-plaques 2.1 et 2.2 ce qui permet de réaliser la fixation et l'étanchéité des tubes 16 dans la plaque 25 2. En effet, de préférence les tubes 16 sont fixées sur chaque demi-plaque 2.1, 2.2 avant que celles-ci ne soient assemblées Ces deux demi-plaques 2.1, 2.2 sont par exemple assemblées entre elles lors du serrage de l'ensemble par vissage. L'étanchéité entre les deux 30 demi-plaques 2.1 et 2.2 est par exemple assurée par un joint torique. Ce type d'assemblage offre un réservoir démontable. Alternativement, les demi-plaques 2.1 et 2.2 peuvent être solidarisées par soudage. Chacune des demi-plaques comporte deux évidements séparés par une cloison. Lors de l'assemblage des deux demi-plaques, les cloisons et les évidements de chaque partie sont alignés, formant ainsi les cavités 20, 22 séparées par la cloison 24. De manière très avantageuse et comme cela est représentée sur la figure 4 qui est un vue de détail d'une variante de réalisation du réservoir de la figure 2, des entretoises 25 sont disposées entre les 2.1 et 2.1 parallèlement à l'axe longitudinal, qui ont pour fonction d'éviter un écrasement des cavités 20, 22 par la pression de gaz hydrogène. De manière très avantageuse, les entretoises 25 ont la forme de diabolo, i.e. présentant deux extrémités longitudinales de plus grand diamètre et une partie centrale de plus petit diamètre, le profil de raccordement entre chaque extrémité et la partie centrale étant continu. Cette forme présente l'avantage de répartir la pression de contact du pion sur les parois des cavités 20, 22, évitant l'effet d'indentation des pions sur les parois. En outre, la partie centrale de plus petit diamètre permet un plus large passage du liquide caloporteur dans les cavités 20, 22, évitant les pertes de charge d'écoulement du liquide, et permettant ainsi une pression plus homogène de liquide dans les cavités, pression homogène garante d'une distribution homogène du fluide dans les différents tubes de l'échangeur. Sur la figure 5, qui est une vue en coupe transversale au niveau des cavités 20 et 22 du réservoir selon la variante de la figure 4, on peut voir une vue de face de la demi-plaque 2.1 avec les extrémités des tubes 16 la traversant et des entretoises 25. Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, au niveau de la première extrémité longitudinale, les tubes 16 débouchent également dans une boîte à eau 29 pour permettre l'écoulement du caloporteur des n tube allers aux n tubes retours. Par exemple, cette boîte à eau 29 n'est pas cloisonnée. La mise en oeuvre de la boîte à eau 29 permet de réduire encore la masse du réservoir puisqu'elle connecte simultanément tous les tubes allers à tous les tubes retours. De préférence, la boîte à eau 29 est solidaire de l'échangeur thermique, la connexion entre les tubes et la boîte à eau est ainsi réalisée en dehors de l'enveloppe 3. Le montage est donc simplifié. L'opération d'assemblage des tubes caloporteurs et de la boîte à eau 29 en dehors de l'enveloppe 3 permet d'effectuer un assemblage sur les parois de la boîte à eau 29, avec une étanchéité assurée soit par assemblage mécanique, par exemple par dudgeonnage, soit par soudage ou brasage, soit par joint d'étanchéité.
Ce deuxième exemple de réalisation présente l'avantage de ne pas nécessiter d'étanchéités entre les tubes allers et les tubes retours. Par exemple, les boîtes à eau 29 sont formées de deux plaques de tôles et d'une paroi 30 périphérique. Afin que les boites à eau ne s'effondrent pas sous la pression d'hydrogène des entretoises sont disposées régulièrement entre les plaques. Ces entretoises peuvent également avantageusement être en forme de diabolo et présentent les mêmes avantages que ceux décrits en relation avec les cavités 20, 22. En 5 variante, on peut envisager que les ailettes forment directement entre elles des conduits pour le caloporteur, des embouts de connexion sont alors portés par la plaque d'assemblage et pénètrent par exemple à force dans les conduits. Une opération de soudage ou de 10 brasage par exemple permet d'assurer l'étanchéité entre les ailettes et la plaque d'assemblage. Chaque sous-ensemble I, II est également destiné à être connecté à des moyens d'alimentation en hydrogène en phase de stockage de l'hydrogène et de 15 collecte de celui-ci lorsque celui-ci est requis, par exemple pour alimenter une pile à hydrogène. Dans l'exemple représenté, la connexion aux moyens d'alimentation et de collecte en hydrogène est réalisée par un tube de connexion 30 traversant de manière 20 étanche la paroi de la virole 4 à proximité de la bride 10. Le tube de connexion 30 et le tube de connexion du sous-ensemble II sont avantageusement formés par une connexion unique 32 du type " patte d'oie " qui répartit le flux de fluide en deux flux séparés de même 25 pression. Les deux sous-ensembles I, II sont donc alimentés simultanément par le même conduit. Cette connexion 32 permet d'obtenir de manière simple la même pression dans les deux sous-ensembles. En outre l'encombrement est réduit. En variante, la connexion 30 des moyens d'alimentation au réservoir peut se faire à travers la bride 10. La connexion soit à proximité de la bride, soit à travers la bride présentent l'avantage de rapprocher les alimentions en hydrogène et en fluide caloporteur. En variante, on peut envisager de connecter 5 les moyens d'alimentation en hydrogène dans le fond bombé 6. Les compartiments ne sont pas étanches à l'hydrogène, lorsque l'hydrogène est injecté dans l'enveloppe, celui-ci circule entre les ailettes, en 10 particulier entre les ailettes horizontales, et est absorbé par le matériau dans tous les compartiments. Pour la collecte, l'hydrogène désorbé dans tous les compartiments est collecté par la connexion 30. De préférence, une seule connexion est utilisée 15 pour la collecte et l'alimentation en hydrogène pour réduire le nombre de connexion, cependant un réservoir dans lequel la collecte et l'alimentation seraient réalisées par deux connexions distinctes ne sort pas du cadre de la présente invention. 20 Dans un deuxième exemple de réalisation représenté sur les figures 6 et 7, qui se distingue du premier exemple de réalisation au niveau de réalisation du circuit d'échange thermique, les autres caractéristiques de la structure étant similaires ou 25 identiques. Dans le réservoir représenté sur les figures 6 et 7, un tube aller étant d'un seul tenant avec un tube retour par un cintrage 34 du tube au niveau du fond de virole, le tube faisant donc un aller et un retour, la boîte à eau 29 est donc supprimée. Cet 30 exemple de réalisation présente l'avantage de simplifier la réalisation de l'étanchéité entre les tubes allers et les tubes retours. Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de réalisation du réservoir de la figure 2.
Les compartiments sont remplis soit par des blocs de matériau calibrés qui vont ensuite se réduire en poudre lors des premières absorption d'hydrogène, soit directement par un hydrure déjà réduit à l'état de poudre ayant déjà subit des cycles d'absorption/désorption de l'hydrogène ou non. L'échangeur est par exemple monté étage par étage, soit en remplissant les compartiments à hydrure un à un soit en remplissant plusieurs compartiments simultanément. Un dispositif robotisé de remplissage peut avantageusement être mis en oeuvre. Lorsque les compartiments d'un étage sont remplis, un étage de compartiments vide est placé sur l'étage remplie et une nouvelle étape de remplissage a lieu. Le remplissage est terminé lorsque tous les étages sont superposés. Sur la figure 7, on peut voir la superposition des étages dans la partie supérieure du sous-ensemble I. Il est envisageable d'assembler le réservoir sans remplir les compartiments, ceux-ci étant remplis ultérieurement par exemple dans une autre unité de fabrication. Dans ce cas, les tubes ne sont pas solidarisés pas soudage aux boites à eau 29 lors de l'assemblage du réservoir, pour pouvoir monter les étages un par un après remplissages des compartiments.
Lors d'une étape suivante, chaque échangeur de chaleur est assemblé avec sa boîte à eau. Les tubes 16 de l'échangeur de chaleur du sous-ensemble I sont ensuite fixés dans la demi-plaque 2.1 et les tubes 16 de l'échangeur de chaleur du sous-ensemble II sont fixés dans la demi-plaque 2.2 par soudage ou dudgeonnage. Ensuite chaque échangeur de chaleur est monté dans une enveloppe 3. Sont ainsi formés les deux sous-ensembles I, II. Ceux-ci sont ensuite assemblés en mettant en contact les deux demi-plaques 2.1, 2.2 au moyen d'ensembles vis-écrou traversant les deux brides 10 et les demi-plaques d'assemblage 2.1, 2.2. Un joint d'étanchéité peut être prévu entre les deux demi-plaques 2.1, 2.2 et entre les brides 10 et les demi-plaques 2.1, 2.2. Dans l'exemple représenté, la cavité de distribution 22 est commune aux deux sous- ensembles I, II, ainsi que la cavité d'évacuation 20. Sur la figure 2, on peut voir les extrémités des tubes du sous-ensemble II débouchant dans les cavités 20, 22. Cette réalisation simplifiée permet d'amincir la plaque d'assemblage, réduisant 20 encore davantage la masse du réservoir. Cependant un réservoir dans lequel la plaque d'assemblage comporterait des cavités dédiées à chacun des sous-ensembles I, II ou une cavité de distribution commune et deux cavités de collecte ou inversement ne sort pas 25 du cadre de la présente invention. Dans l'exemple représenté, les deux sous-ensembles présentent la même dimension longitudinale. Cependant on peut prévoir qu'ils présentent des dimensions longitudinales différentes, 30 par exemple pour faciliter l'intégration. Dans ce cas l'alimentation de l'hydrogène est toujours assurée de manière équitable étant donné que le raccordement 32 permet un équilibre en pression d'hydrogène instantané entre les deux sous ensembles. Dans l'exemple représenté, les connexions 5 du réservoir avec les systèmes extérieurs sont regroupées au niveau de la plaque d'assemblage, ce qui peut être très avantageux. Cependant on peut envisager des connexions au niveau des extrémités du réservoir. La virole 4, l'extrémité hémisphérique 6 et 10 la bride 10 peuvent être réalisées d'un seul tenant, ou en plusieurs parties assemblées, par exemple par soudage ou par bridage. Ces trois parties peuvent être dans le même matériau ou dans des matériaux différents. L'étape de soudage n'est plus problématique 15 puisque le matériau de stockage d'hydrogène n'est pas encore en place, elle peut alors être réalisée à l'air libre. L'enveloppe tenant la pression pourra être formée d'un matériau métallique comme l'acier P355NL2, 20 ou un acier inox comme le 316L, ou tout autre matériau métallique reconnu par la réglementation pour tenir la pression d'hydrogène. Alternativement, l'enveloppe pourra être composée de plusieurs parties, telles qu'une enveloppe intérieure ayant pour fonction 25 d'assurer une étanchéité à l'hydrogène, appelée également liner, et une enveloppe extérieure destinée à tenir la contrainte mécanique due à la pression d'hydrogène contenu. L'enveloppe extérieure pourra par exemple être réalisée par enroulement filamentaire de 30 fibres de verre, de carbone ou de Kevlar® liées par une résine polymérique. L'enveloppe intérieure pourra être métallique comme par exemple en aluminium ou acier inox, l'enveloppe est alors désignée par "enveloppe de type III" ou en matériau polymère, l'enveloppe est alors désignée par "enveloppe de type IV". Dans le premier cas, l'enveloppe est désignée par " enveloppe de type III ", et dans le deuxième cas, par " enveloppe de type IV". La réalisation du réservoir est particulièrement simple car on réalise les enveloppes seules, on introduit ensuite les échangeurs thermiques chargés du matériau de stockage d'hydrogène, par exemple sous forme de bloc, dans les enveloppes, formant ainsi deux sous-ensembles I, II qui sont rapportés ensuite sur la plaque d'assemblage. En outre, les connexions sont simplifiées. L'utilisation de la plaque d'assemblage pour effectuer la connexion entre les échangeurs thermiques et le circuit extérieur simplifie la réalisation du réservoir, en particulier des étanchéités. En outre, en alimentant les deux échangeurs thermiques par les mêmes boîtes à eau situés dans la plaque d'assemblage le nombre de pièces requis est réduit, ce qui diminue la masse du réservoir. Par exemple, les matériaux de stockage de l'hydrogène peuvent être des composés à base de 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 (NaA1H4), 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. En outre dans le cas où les deux enveloppes ont la même dimension longitudinale, le nombre de pièces différentes à fabriquer est réduit, ce qui limite encore davantage les coûts.
Il est bien entendu que l'on peut utiliser toute autre structure d'échangeur thermique dans les deux sous-ensembles.15

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS1. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau, présentant 5 un axe longitudinal (X), ledit réservoir comportant une première partie (I) et une deuxième partie (II), chacune des première (I) et deuxième (II) parties comportant une enveloppe (3) munie d'une première extrémité longitudinale (4.1) fermée et d'une deuxième 10 extrémité longitudinale ouverte (4.2), et une plaque d'assemblage (2), la première partie (I) et la deuxième partie (II) étant solidarisées au niveau des deuxièmes extrémités longitudinales ouvertes (4.2) des enveloppes (4) par l'intermédiaire de la plaque d'assemblage (2), 15 les volumes intérieurs des deux parties (I, II) étant destinés à être à la même pression, ledit réservoir comportant également deux échangeurs thermiques (12), chacun étant reçu dans une desdites parties (I, II), et des logements pour le matériau de stockage d'hydrogène, 20 ledit réservoir comportant également des moyens de connexion à des moyens d'alimentation et d'évacuation d'un caloporteur circulant dans lesdits échangeurs thermiques intégrés dans la plaque d'assemblage (2) et des moyens d'alimentation et de collecte d'hydrogène. 25
  2. 2. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 1, dans lequel les enveloppes (3) comportent chacune une virole (3) et un fond 30 sensiblement hémisphérique (6) formant la première extrémité longitudinale (4.1) fermée.
  3. 3. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les échangeurs thermiques comportent des tubes (16) pour faire circuler le fluide dans les deux parties (I, II) du réservoir.
  4. 4. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 3, dans lequel la plaque d'assemblage (2) comporte au moins une cavité de distribution (20) du caloporteur dans laquelle débouchent des premiers tubes de l'échangeur thermique et au moins une cavité d'évacuation (22) dans laquelle débouchent des deuxièmes tubes de l'échangeur thermique, chaque premier tube étant raccordé à au moins un deuxième tube au niveau de la portion hémisphérique (6).
  5. 5. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 4, dans lequel la plaque d'assemblage est formée de deux demi-plaques définissant entre elles les cavités de distribution et d'évacuation.
  6. 6. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 5, comportant des entretoises orientées longitudinalement entre les deux demi-plaques, lesdites entretoises ayant sensiblement la forme de diabolo.30
  7. 7. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 4, 5 ou 6, dans lequel la plaque d'assemblage (2) comporte au moins un piquage radial (26) débouchant dans la cavité de distribution (20) et au moins un piquage radial (28) débouchant dans la cavité d'évacuation (22), lesdits piquages étant destinés à être connectés aux moyens d'alimentation et d'évacuation du caloporteur.
  8. 8. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel les premiers tubes des deux échangeurs thermiques débouchent dans la même cavité de distribution (20) et les deuxièmes tubes des deux échangeurs thermiques débouchent dans la même cavité d'évacuation (22).
  9. 9. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon l'une des revendications 4 à 8, comportant des chambres de connexion (29) situées au niveau de chacune des premières extrémités longitudinales fermées des enveloppes, dans lesquelles débouchent les premiers et deuxièmes tubes.
  10. 10. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 9, comportant des entretoises disposées dans au moins l'une des chambres de connexion, lesdites entretoises étant orientées longitudinalement, lesdites entretoises ayant sensiblement la forme de diabolo.
  11. 11. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon l'une des revendications 4 à 8, dans lequel chaque premier tube et chaque deuxième tube de chaque échangeur thermique (12) sont formés dans un tube en U, le fond du U étant situé au niveau des premières extrémités longitudinales fermées des enveloppes.
  12. 12. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel les moyens d'alimentation et de collecte d'hydrogène comportent au moins un tube de connexion (30) traversant une paroi de la virole (4) ou la plaque d'assemblage, de la première partie (I) et au moins tube de connexion traversant la virole de la deuxième partie (II) ou la plaque d'assemblage.
  13. 13. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon la revendication 12, dans lequel les tubes de connexion hydrogène (30) forment une connexion (32) du type " patte d'oie ", interconnectant directement les chambres en pression d'hydrogène des parties I et II.
  14. 14. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel chacune des parties (I, II) comporte une bride (10) par laquelle elle est fixée sur la plaque d'assemblage (2) au moyen d'ensembles vis-écrou ou par soudage.
  15. 15. Réservoir destiné au stockage de l'hydrogène par absorption dans un matériau selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel les logements du matériau de stockage d'hydrogène sont formés par les échangeurs thermiques.
  16. 16. Réservoir de stockage de l'hydrogène par absorption comportant un réservoir selon l'une des revendications 1 à 15 et un matériau de stockage 10 d'hydrogène.
  17. 17. Procédé de fabrication d'un réservoir selon la revendication 16, comportant les étapes: - réalisation des enveloppes (3) des première 15 et deuxième parties (I, II), - fixation de chaque échangeur thermique (12) chargé avec le matériau de stockage d'hydrogène sur la plaque d'assemblage par les extrémités des tubes à caloporteurs, 20 - mise en place des échangeurs thermiques (12) dans les enveloppes formant les première et deuxième parties, assemblage des enveloppes sur la plaque d'assemblage. 25
  18. 18. Procédé de fabrication d'un réservoir selon la revendication 17, dans lequel la plaque d'assemblage est formée de deux demi-plaques (2.1, 2.2), les tubes de chaque échangeur thermique étant 30 fixée sur une demi-plaque de la plaque d'assemblage, les deux demi-plaques étant assemblées lors de l'assemblage des enveloppes.
  19. 19. Procédé de fabrication selon la revendication 17 ou 18, dans lequel les enveloppes comportent une virole fermée par un fond sensiblement hémisphérique, lesdites viroles étant munies de brides à leur extrémité ouverte, l'assemblage des première et deuxième parties étant obtenu au moyen d'ensembles vis-écrou traversant les brides et les deux demi-plaques d'assemblage ou par soudage.10
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