FR2993342A1 - Installation et procede de remplissage de bouteilles de gaz sous pression a partir d'un reservoir de gaz liquefie - Google Patents

Installation et procede de remplissage de bouteilles de gaz sous pression a partir d'un reservoir de gaz liquefie Download PDF

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Abstract

Installation de remplissage de bouteilles (7) de gaz sous pression à partir d'un réservoir (1) de gaz liquéfié, comprenant une conduite (10) de transfert comprenant une extrémité amont reliée au réservoir (1) et au moins une extrémité aval destinée à être reliée sélectivement à au moins une bouteille (7) de gaz sous pression, la conduite (10) de transfert comprenant au moins un organe (5) de vaporisation du liquide soutiré du réservoir (1), l'installation comprenant un organe (3) de génération sélective d'un flux d'air pour échanger thermiquement avec le au moins un organe (5) de vaporisation, l'installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (4, 8) d'air guidant l'air ayant échangé thermiquement avec l'organe (5) de vaporisation jusqu'à un volume situé au niveau de l'extrémité aval de la conduite (10) de transfert, pour refroidir les bouteilles (7) à remplir.

Description

La présente invention concerne une installation et un procédé de remplissage de bouteilles de gaz. L'invention concerne plus particulièrement une installation de remplissage de bouteilles de gaz sous pression à partir d'un réservoir de gaz liquéfié, 5 comprenant une conduite de transfert comprenant une extrémité amont reliée au réservoir et au moins une extrémité aval destinée à être reliée sélectivement à au moins une bouteille de gaz sous pression, la conduite de transfert comprenant au moins un organe de vaporisation du liquide soutiré du réservoi, l'installation comprenant un organe de génération sélective d'un flux d'air pour échanger 10 thermiquement avec le au moins un organe de vaporisation. Le remplissage des bouteilles de gaz comprimé produit de la chaleur dans les bouteilles en raison de la combinaison des phénomènes d'expansion adiabatique et de compression adiabatique. Cette chaleur produite est dissipée en partie via les parois des bouteilles. 15 Ainsi, lors d'un remplissage de bouteilles en acier ayant un volume de 50 litres avec de l'azote gazeux jusqu'à une pression de 150bar en 35 minutes (débit de l'ordre de 500kg/heure), si la température ambiante est de 37°C, la température finale des bouteilles atteint 56°C soit une augmentation de près de 20°C. Cet échauffement pose des problèmes accrus lorsque les bouteilles sont 20 remplies à des pressions plus élevées (200bar, 300 bar ou plus) dans des environnements chauds (température ambiante supérieure à 30°C ou 40°C). En effet, les bouteilles peuvent atteindre au cours du remplissage leur température maximale de sécurité (par exemple 70°C lorsque leur robinet sont équipés d'un thermo-fusible). Pour éviter ces problèmes, une solution consiste à 25 refroidir les bouteilles lors de leur remplissage. Une solution consiste à remplir les bouteilles dans une installation climatisée. Une autre solution décrite dans le document US4556091 consiste à refroidir les bouteilles via un réfrigérant pulvérisé sur leur surface extérieure. Une autre solution décrite dans le document US5934081 consiste à refroidir la 30 température du gaz introduit dans les bouteilles. Ces solutions sont cependant peu satisfaisantes notamment pour des raisons de coût d'installation et/ou de consommation d'énergie électrique. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, l'installation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit d'air guidant l'air ayant échangé thermiquement avec l'organe de vaporisation jusqu'à un volume situé au niveau de l'extrémité aval de la conduite de transfert, pour refroidir les bouteilles à remplir. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'installation comprend une enceinte de remplissage délimitant un volume autour de l'extrémité aval de la conduite de transfert, l'enceinte étant prévue pour maintenir une ambiance réfrigérée autour des bouteilles en cours de remplissage, - l'enceinte de remplissage est close ou partiellement close, - l'enceinte de remplissage est délimitée par des parois dont au moins une partie a une structure isolante thermiquement, - le circuit d'air comprend un collecteur d'air situé de façon adjacente à l'organe de vaporisation pour accueillir l'air refroidi ayant échangé thermiquement avec l'organe (5) et une conduite d'air reliée au collecteur d'air, - le collecteur d'air comprend une première extrémité ouverte adjacente à au moins une partie de la surface de l'organe de vaporisation et une seconde extrémité convergente reliée à la conduite d'air, - l'installation comprend un organe de mise en marche de l'installation commandant sélectivement le démarrage du remplissage de bouteilles, l'organe de mise en marche étant relié à l'organe de génération sélective d'un flux d'air pour déclencher la mis en marche de l'organe de génération sélective d'un flux d'air en réponse à un démarrage d'un remplissage de bouteilles, - le collecteur d'air comprend une structure au moins partiellement isolante therm iquement, - l'organe de vaporisation comprend un échangeur de chaleur, la première extrémité ouverte du collecteur ayant une surface correspondant à la surface de l'échangeur, - le circuit d'air est constitué de l'un au moins des matériaux parmi : de l'aluminium, - le collecteur d'air est constitué de l'un au moins des matériaux parmi : de l'aluminium, - au moins une partie du circuit d'air comprend des parois isolées therm iquement, - le réservoir de gaz liquéfié est un réservoir cryogénique à double parois avec un vide inter-parois, - la conduite de transfert comprend au moins un stockage tampon de gaz sous pression situé entre l'organe de vaporisation et l'extrémité aval de la conduite de transfert, - l'extrémité du circuit d'air débouchant au niveau des bouteilles à remplir est divergente, - le collecteur d'air comprend un bac de récupération d'eau condensée, - le collecteur d'air comprend en son sein des volumes tampon et des ouvertures pour réguler le flux d'air, - la conduite de transfert comprend une pompe pour acheminer sélectivement le liquide du réservoir vers l'organe de vaporisation.
L'invention peut concerner également un procédé de remplissage de bouteille(s) de gaz sous pression à partir d'un réservoir de gaz liquéfié dans lequel le gaz liquéfié est vaporisé avant d'être introduit sous forme gazeuse dans la ou les bouteille(s), au moins une partie des frigories produites lors de la vaporisation du gaz liquéfié étant utilisées pour refroidir l'ambiance autour des bouteilles à remplir. Selon d'autres particularités possibles : - les frigories sont produites dans un organe de vaporisation et sont véhiculées de l'organe de vaporisation jusqu'aux bouteilles via un flux d'air forcé, - le flux d'air forcé véhiculant les frigories sont produites dans le l'organe de 25 vaporisation est créé automatiquement et uniquement pendant une opération de remplissage de bouteilles. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la 30 description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple possible mais non limitatif de structure et de fonctionnement d'une installation de remplissage selon l'invention. L'installation de remplissage de bouteilles 7 représentée à la figure comprend un réservoir 1 de gaz liquéfié réfrigéré sous pression, par exemple de l'azote liquide (ou un autre gaz en fonction de l'application). Ce réservoir 1 est par exemple un réservoir cryogénique isolé sous vide stockant le gaz sous forme liquéfié réfrigéré sous pression à des températures cryogéniques. L'installation comprend classiquement une conduite 10 de transfert comprenant une extrémité amont reliée au réservoir 1 et au moins une extrémité aval destinée à être reliée sélectivement à au moins une bouteille 7 de gaz sous pression destinée à être remplie. La conduite 10 de transfert comprend au moins un organe 5 de vaporisation du liquide soutiré du réservoir 1 tel qu'un échangeur de chaleur liquide/air assurant une vaporisation du gaz liquéfié réfrigéré sous pression en gaz comprimé. Comme représenté, l'installation peut comporter une pompe 2 pour acheminer sélectivement le gaz liquéfié à l'échangeur de chaleur 5, par exemple avec un débit compris entre 250 et 1000kg/heure. En aval de l'organe 5 de vaporisation, la conduite 10 de transfert peut comporter un ou des réservoirs 6 de gaz tampon. Enfin, l'extrémité aval de la conduite 10 de transfert est sélectivement raccordée à des bouteilles 7 à remplir. Selon l'invention, l'installation comporte un organe 3 de génération sélective d'un flux d'air pour échanger thermiquement avec l'organe 5 de vaporisation, par exemple un ventilateur. L'installation comprend également un circuit 4, 8 d'air guidant l'air ayant échangé thermiquement avec l'organe 5 de vaporisation jusqu'à un volume situé au niveau de l'extrémité aval de la conduite 10 de transfert, pour refroidir un volume autour des bouteilles 7 à remplir. Le circuit 4, 8 d'air comprend un collecteur 4 d'air situé de façon adjacente à l'organe 5 de vaporisation pour accueillir l'air ayant échangé thermiquement avec l'organe 5 de vaporisation. Le circuit d'air comprend également une conduite 8 d'air reliée au collecteur 4 d'air pour transporter cet air refroidi vers les bouteilles 7. Ce collecteur 4 d'air forme un volume de préférence thermiquement isolé. Par exemple, ce collecteur 4 forme une boîte en aluminium ou tout autre matériau approprié. Le collecteur 4 d'air comprend de préférence une première extrémité ouverte adjacente ou située contre au moins une partie de la surface de l'organe 5 de vaporisation. Le collecteur 4 d'air comporte une seconde extrémité convergente reliée à la conduite 8 d'air. La première extrémité du collecteur 4 d'air a par exemple une surface ouverte qui située contre l'organe 5 de vaporisation et qui correspond en taille (hauteur et largeur) à la surface de cet organe 5 de vaporisation. C'est-à-dire que tout l'air chaud entrant dans l'organe 5 de vaporisation d'un côté est récupéré refroidi de l'autre côté dans l'ouverture du collecteur 4 d'air. Dans son volume interne le collecteur 4 comprend de préférence des zones ou volumes tampon munis d'ouvertures 12 pour réguler le flux d'air en son sein. Cette architecture est prévue par exemple pour uniformiser la vitesse de circulation du flux d'air refroidi et/ou pour limiter les phénomènes de turbulence et/ou pour maximiser le volume d'air entrant. De plus, le collecteur 4 d'air peut comprendre, par exemple en partie inférieure de son volume interne, un bac 14 de récupération d'eau condensée et/ou un système d'évacuation d'eau condensée. Le collecteur 4 d'air comporte de préférence une seconde extrémité convergente qui guide le flux d'air à l'entrée de l'organe 3 de génération sélective d'un flux d'air. Cet organe 3 de génération est de préférence un ventilateur 3 dont la sortie débouche dans la conduite d'air 8. Le ventilateur 3 peut être dimensionné en fonction de la taille de l'installation et notamment en fonction du débit de fluide vaporisé, du besoin en refroidissement... Par exemple, le ventilateur 3 peut être dimensionné pour fournir un débit de 5000Nm3/heure (normaux mètres cubes par heure).
Ainsi, le ventilateur 3 aspire ainsi l'air chaud et le force à passer au travers de l'échangeur 5 vaporiseur puis créé un flux d'air refroidi dans la conduite 8 d'air qui débouche au niveau du volume où sont disposées les bouteilles 7 en cours de remplissage. La conduite 8 d'air est de préférence une conduite isolée thermiquement 25 ayant par exemple un diamètre compris entre 200mm et 900mm et de préférence de l'ordre de 400mm pour éviter une perte de pression trop importante lors du transport du gaz refroidi. L'extrémité aval de la conduite 8 d'air est située de préférence dans une enceinte 9 close ou partiellement close qui accueille les bouteilles 7 lors du 30 remplissage, par exemple une salle dont les parois sont isolées thermiquement. Cette extrémité de la conduite 8 d'air débouchant au niveau des bouteilles 7 à remplir est de préférence divergente et par exemple située au dessus des bouteilles 7.
Cette architecture simple et peu coûteuse permet de refroidir efficacement les bouteilles 7 pendant leur remplissage sans entraîner de consommation excessive. Le pouvoir de refroidissement d'une telle installation peut être compris entre 5 20 et 50 KVV. De préférence, ce refroidissement (mise en marche du ventilateur 3) n'est déclenché qu'au moment ou peu avant un remplissage de bouteilles 7. La mise en marche du ventilateur 3 peut être conditionnée à la mise en marche de la pompe 2 démarrant un remplissage de bouteilles 7, par exemple via un organe 11 de mise 10 en marche commun (interrupteur par exemple). L'efficacité énergétique d'une telle installation résout avantageusement les problèmes d'échauffement excessifs puisque l'énergie de réfrigération récupérée au niveau de l'organe 5 de vaporisation est trois à quatre fois supérieure à l'énergie d'échauffement produite dans les bouteilles lors du remplissage. Ceci 15 confirme le caractère avantageux d'une telle installation même avec taux de récupération de 25% des frigories produites lors de la vaporisation du gaz liquéfié. L'installation nécessite un investissement limité et une consommation électrique moindre que les solutions connues. Cette installation est particulièrement avantageuse pour remplir des 20 bouteilles de gaz sous pression (azote ou autre gaz ou mélange) à 200 bar, 300bar ou au-delà dans des zones géographiques ou la température ambiante est relativement élevée (30°C ou plus).

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Installation de remplissage de bouteilles (7) de gaz sous pression à partir d'un réservoir (1) de gaz liquéfié, comprenant une conduite (10) de transfert comprenant une extrémité amont reliée au réservoir (1) et au moins une extrémité aval destinée à être reliée sélectivement à au moins une bouteille (7) de gaz sous pression, la conduite (10) de transfert comprenant au moins un organe (5) de vaporisation du liquide soutiré du réservoir (1), l'installation comprenant un organe (3) de génération sélective d'un flux d'air pour échanger thermiquement avec le au moins un organe (5) de vaporisation, l'installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (4, 8) d'air guidant l'air ayant échangé thermiquement avec l'organe (5) de vaporisation jusqu'à un volume situé au niveau de l'extrémité aval de la conduite (10) de transfert, pour refroidir les bouteilles (7) à remplir.
  2. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte (9) de remplissage délimitant un volume autour de l'extrémité aval de la conduite (10) de transfert, l'enceinte (9) étant prévue pour maintenir une ambiance réfrigérée autour des bouteilles (7) en cours de remplissage.
  3. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'enceinte (9) de remplissage est close ou partiellement close.
  4. 4. Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'enceinte (9) de remplissage est délimitée par des parois dont au moins une partie a une structure isolante thermiquement.
  5. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le circuit (4, 8) d'air comprend un collecteur (4) d'air situé de façon adjacente à l'organe (5) de vaporisation pour accueillir l'air refroidi ayant échangé thermiquement avec l'organe (5) et une conduite (8) d'air reliée au collecteur (4) d'air.
  6. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le collecteur (4) d'air comprend une première extrémité ouverte adjacente à au moins une partie de la surface de l'organe (5) de vaporisation et une seconde extrémité convergente reliée à la conduite (8) d'air.
  7. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe (11) de mise en marche de l'installation commandant sélectivement le démarrage du remplissage de bouteilles (7) et en ce que l'organe (11) de mise en marche est relié à l'organe (3) de génération sélective d'un flux d'air pour déclencher la mis en marche de l'organe (3) de génération sélective d'un flux d'air en réponse à un démarrage d'un remplissage de bouteilles (7).
  8. 8. Procédé de remplissage de bouteille(s) (7) de gaz sous pression à partir d'un réservoir (1) de gaz liquéfié dans lequel le gaz liquéfié est vaporisé avant d'être introduit sous forme gazeuse dans la ou les bouteille(s) (7), caractérisé en ce qu'au moins une partie des frigories produites lors de la vaporisation du gaz liquéfié sont utilisées pour refroidir l'ambiance autour des bouteilles (7) à remplir.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les frigories sont produites dans un organe (5) de vaporisation et sont véhiculées de l'organe de vaporisation jusqu'aux bouteilles (7) via un flux d'air forcé.
  10. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le flux d'air forcé véhiculant les frigories sont produites dans le l'organe (5) de vaporisation est créé automatiquement et uniquement pendant une opération de remplissage de bouteilles (7).
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