FR3036768A1 - Reservoir d'hydrogene sans entretien - Google Patents
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Abstract
On propose un réservoir d'hydrogène comprenant un réservoir externe, un réservoir interne disposé dans le réservoir externe pour stocker au moins un métal de stockage d'hydrogène et un hydrure métallique se présentant sous la forme de poudre qui procèdent à l'hydruration et à la déhydruration de l'hydrogène, et une plaque de protection disposée entre le réservoir externe et le réservoir interne pour protéger de la chaleur. Le réservoir d'hydrogène selon la présente invention comprend une saillie faisant saillie à partir d'une paroi latérale supérieure du réservoir interne jusqu'à un côté externe afin de former un passage à travers lequel l'hydrogène est déchargé, un tube d'entrée d'hydrogène pénétrant à travers le réservoir externe pour entrer dans le métal de stockage d'hydrogène stocké dans le réservoir interne, un tube de décharge d'hydrogène pénétrant à travers le réservoir externe pour entrer dans la saillie du réservoir interne, et un tube de passage de milieu chauffant installé sous une forme permettant d'entourer une paroi externe du réservoir interne afin de permettre à un milieu chauffant de passer à travers pour transférer la chaleur au réservoir interne.
Description
Domaine technique La présente description concerne un réservoir d'hydrogène, et plus particulièrement, un réservoir de tritium pour stocker efficacement, fournir et mesurer le 5 tritium amené à un réacteur de fusion, et plus particulièrement un réservoir de tritium sans entretien qui peut empêcher les fuites d'un matériau radioactif en empêchant les fuites de poussière métallique générées dans le réservoir de tritium à l'extérieur et peut empêcher la 10 dégradation de la performance du réservoir de tritium due à la perte d'une défaillance de composant de dispositif de chauffage. Contexte de l'invention L'énergie de fusion nucléaire attendue comme étant une 15 source d'énergie illimitée du futur est produite par une réaction de fusion entre le tritium et le deutérium qui sont des isotopes d'hydrogène. Le tritium, en tant que matière première de la réaction de fusion, est un isotope d'hydrogène radioactif, sa manipulation nécessitant un 20 niveau élevé de technologie de sécurité. Egalement, étant donné que le tritium est un matériau radioactif sensible, une technique pour stocker et fournir le tritium en toute sécurité en mesurant précisément le stock, est importante pour utiliser efficacement et en toute sécurité le tritium.
25 Les produits de réaction de fusion, par exemple l'hélium, générés dans un réacteur de fusion, tel qu'un tokamak, et un isotope d'hydrogène inaltéré sont séparés en hélium et en un isotope d'hydrogène pur dans une membrane d'alliage de palladium-argent (Pd-Ag) de tokamak lors d'un traitement 3036768 2 des gaz d'échappement. L'isotope d'hydrogène pur séparé est séparé en hydrogène léger, hydrogène lourd, et tritium dans une colonne de distillation cryogénique, et le tritium parmi ces matériaux est à nouveau circulé vers le tokamak par un processus de stockage et un système d'injection de combustible. Dans ce cas, on utilise un réservoir de tritium lors du processus de stockage du tritium. Un réservoir de tritium typique est fabriqué pour avoir une structure dans laquelle un métal de stockage d'hydrogène stocké sous la forme de poudre transforme le tritium en un hydrure métallique en phase solide en procédant à l'hydruration du tritium et, dans ce cas, un fil de dispositif de chauffage est installé autour du réservoir pour procéder à la déhydruration du tritium de l'hydrure métallique. Cependant, étant donné que le réservoir de tritium ne peut pas procéder à l'hydruration ni au stockage du tritium rapidement et ne peut pas procéder à la déhydruration ni à la fourniture du tritium rapidement, on utilise la pluralité de réservoirs de tritium. Par conséquent, le stock de tritium peut inutilement augmenter et ainsi on assiste à des limites de rendement économique et de sécurité. Egalement, on peut fabriquer un réservoir de tritium dans lequel à la fois le procédé d'hydruration et le procédé de déhydruration ont lieu relativement rapidement. Cependant, étant donné que ce réservoir de tritium peut avoir une structure interne complexe, il peut ne pas satisfaire le rendement économique ni la sécurité. Ainsi, afin de traiter les limites décrites ci-dessus, 30 les présents inventeurs ont déposé les brevets coréens 101150487 et 10-1176438 pour un réservoir de tritium et ces brevets ont été enregistrés. Dans le réservoir de tritium 3036768 3 suggéré dans ces brevets enregistrés, on répète un processus dans lequel le métal de stockage d'hydrogène subit une expansion en procédant à l'hydruration du tritium et se rétrécit en procédant à la déhydruration du tritium.
5 Dans ce cas, étant donné qu'une pression multidirectionnelle est appliquée sur une paroi du réservoir, on assiste à une interférence entre le métal de stockage d'hydrogène et un matériau de réservoir. Par conséquent, l'hydrure métallique peut être broyé ou dans un 10 cas sérieux, une réaction chimique peut avoir lieu entre les deux matériaux hétérogènes pour endommager le réservoir de tritium. Egalement, étant donné que la poussière radioactive peut fuir à l'extérieur à travers un filtre en fin de vie, 15 ceci peut provoquer une limitation sérieuse de sécurité. Pour cette raison, dans un cas dans lequel on utilise de l'uranium en tant que métal de stockage d'hydrogène, il y a une tendance que les limitations ci-dessus deviennent plus sérieuses.
20 En outre, un dispositif de chauffage brasé sur un réservoir principal peut non seulement ne pas chauffer tout le réservoir en raison de l'endommagement d'un fil de dispositif de chauffage lorsqu'il est surchauffé et utilisé pendant une longue période de temps, mais peut également ne 25 pas retirer complètement le tritium résiduel dans l'hydrure métallique. En particulier, on peut assister à une limitation sérieuse, telle que la contamination radioactive provoquée par les fuites de perméation du tritium à travers la paroi d'un réservoir interne en raison du chauffage à haute température. Par conséquent, les présents inventeurs ont développé un réservoir d'hydrogène amélioré qui peut stocker, fournir 3036768 4 et mesurer l'hydrogène comprenant le tritium et l'hydrogène lourd. Documents de l'art antérieur Documents de brevet 5 (Document de brevet 1) Brevet coréen 10-1176438. Description de l'invention Problème technique Un objet de la présente invention est de proposer un réservoir d'hydrogène sans entretien qui empêche les fuites 10 de poussière et d'hydrogène générées dans le réservoir d'hydrogène vers l'extérieur. Un autre objet de la présente invention est de proposer un réservoir d'hydrogène sans entretien qui empêche fondamentalement un court-circuit dans un fil de 15 chauffage en incluant un tube de passage de milieu chauffant. Encore un autre objet de la présente invention est de proposer un réservoir de tritium sans entretien qui empêche les fuites de poussière et de tritium générées dans le 20 réservoir de tritium vers l'extérieur. Encore un autre objet de la présente invention est de proposer un réservoir de tritium sans entretien qui empêche fondamentalement un court-circuit dans un fil de chauffage en incluant un tube de passage de milieu chauffant.
25 Solution technique Afin d'atteindre les objectifs, la présente invention propose un réservoir d'hydrogène comprenant un réservoir 3036768 5 externe, un réservoir interne disposé dans le réservoir externe pour stocker au moins l'un parmi un métal de stockage d'hydrogène et un hydrure métallique sous la forme d'une poudre qui procèdent à l'hydruration et à la 5 déhydruration de l'hydrogène, et une plaque de protection disposée entre le réservoir externe et le réservoir interne pour protéger de la chaleur, dans lequel le réservoir d'hydrogène comprend une saillie faisant saillie d'une paroi latérale supérieure du réservoir interne jusqu'à un 10 côté externe afin de former un passage à travers lequel l'hydrogène est déchargé, un tube d'entrée d'hydrogène pénétrant à travers le réservoir externe pour pénétrer dans le métal de stockage d'hydrogène stocké dans le réservoir interne, un tube de décharge d'hydrogène pénétrant à 15 travers le réservoir externe pour entrer dans la saillie du réservoir interne, et un tube de passage de milieu chauffant installé sous une forme permettant d'entourer une paroi externe du réservoir interne pour permettre à un milieu chauffant de passer à travers afin de transférer de 20 la chaleur au réservoir interne. Effets avantageux Un réservoir d'hydrogène sans entretien selon la présente invention peut empêcher les fuites de poussière et d'hydrogène générées dans le réservoir d'hydrogène, vers 25 l'extérieur. Egalement, le réservoir d'hydrogène sans entretien selon la présente invention peut fondamentalement empêcher un court-circuit dans un fil de chauffage en incluant un tube de passage de milieu chauffant.
30 En outre, le réservoir d'hydrogène sans entretien selon la présente invention peut empêcher les fuites de 3036768 6 matériaux radioactifs gazeux et solides et la dégradation du rendement du réservoir d'hydrogène due à la perte d'un métal de stockage d'hydrogène. Le réservoir d'hydrogène sans entretien peut empêcher l'endommagement des 5 dispositifs tels que les valves et les pompes, dû à la diffusion de poussière fine. Brève description des dessins La figure 1 est une vue en coupe verticale pour décrire un réservoir d'hydrogène sans entretien, selon un 10 mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue en coupe horizontale pour décrire une structure supérieure d'un réservoir interne illustré sur la figure 1 ; la figure 3 est une vue en coupe verticale pour 15 décrire le réservoir d'hydrogène illustrant un état dans lequel un métal de stockage d'hydrogène est converti en un hydrure métallique ; la figure 4 est une vue exemplaire pour décrire le chauffage d'un milieu chauffant, selon un mode de 20 réalisation de la présente invention ; la figure 5 est une vue en coupe horizontale pour décrire une structure supérieure d'un réservoir interne, selon un autre mode de réalisation de la présente invention ; 25 la figure 6 représente des vues en coupe verticale pour décrire un réservoir d'hydrogène sans entretien comprenant un thermocouple, selon un autre mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 7 est une vue exemplaire pour décrire un 30 soufflet selon un mode de réalisation de la présente invention.
3036768 7 Mode de réalisation de l'invention Ci-après, on décrit les modes de réalisation préférés de la présente invention de manière détaillée en référence aux dessins joints. Pour référence, les entrées et les 5 sorties d'un milieu chauffant, qui sont illustrées sur les figures 1, 3, 4 et 6, sont illustrées latéralement sur les dessins pour permettre une meilleure compréhension, mais peuvent être installées dans un côté supérieur pour faciliter la fabrication.
10 Dans la description suivante de la présente invention, les descriptions détaillées des fonctions et des composants connus incorporés ici seront omises lorsqu'elles peuvent rendre le sujet de la présente invention peu clair. Dans la description, en ajoutant des numéros de référence aux 15 éléments sur les dessins, il faut noter que les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments même si les éléments sont représentés sur différents dessins. La figure 1 est une vue en coupe verticale pour décrire un réservoir d'hydrogène sans entretien selon un 20 mode de réalisation de la présente invention, la figure 2 est une vue en coupe horizontale pour décrire une structure supérieure d'un réservoir interne illustré sur la figure 1 et la figure 3 est une vue en coupe verticale pour décrire le réservoir d'hydrogène illustrant un état dans lequel un 25 métal de stockage d'hydrogène est converti en hydrure métallique. Dans la présente invention, l'hydrogène comprend tous les isotopes d'hydrogène, plus particulièrement, H2, D2 et 12. Le réservoir d'hydrogène selon la présente invention peut être utilisé en tant que 30 réservoir pour le tritium (12).
3036768 8 Comme illustré sur la figure 1, un réservoir d'hydrogène sans contact 10 selon un mode de réalisation de la présente invention comprend un réservoir externe 100, un réservoir interne 200, des plaques de protection 300, un 5 tube d'entrée d'hydrogène 500, un tube de décharge d'hydrogène 600, une membrane perméable à l'hydrogène 610, un premier filtre 710, un second filtre 720 et un tube de passage de milieu chauffant 800. Dans ce cas, bien que le réservoir externe 100 et le réservoir interne 200 sont 10 illustrés pour avoir une forme cylindrique dans le présent mode de réalisation, le réservoir externe 100 et le réservoir interne 200 peuvent avoir la forme d'une colonne avec quatre côtés ou plus. Le réservoir externe 100, comme illustré sur la 15 figure 1, accueille le réservoir interne 200 et la pluralité de plaques de protection 300. Le réservoir externe 100 fonctionne pour finalement empêcher les fuites d'hydrogène dans le réservoir interne 200 vers l'extérieur. Le tube d'entrée d'hydrogène 500 et le tube de décharge 20 d'hydrogène 600 sont raccordés au réservoir interne 200 en pénétrant à travers le réservoir externe 100. Comme illustré sur la figure 1, le réservoir interne 200, en tant que réservoir étanche ayant une forme cylindrique, est disposé à l'intérieur du réservoir 25 externe 100 et un métal de stockage d'hydrogène 420 se présentant sous une forme de poudre est stocké dans son intérieur. Dans ce cas, le métal de stockage d'hydrogène 420 peut procéder à l'hydruration de l'hydrogène qui est alimenté par le tube d'entrée d'hydrogène 500. Comme 30 illustré sur la figure 3, le métal de stockage d'hydrogène 420 est converti en un hydrure métallique 430 et l'hydrogène ayant subi une déhydruration par rapport 3036768 9 l'hydrure métallique 430 est alimenté en tant que combustible d'un réacteur de fusion (non représenté) en passant par un soufflet (non représenté) qui est configure pour pomper l'hydrogène dans le réservoir interne 200 par 5 le tube de décharge d'hydrogène 600 et est installé l'extérieur. Comme illustré sur la figure 1, la pluralité de plaques de protection 300 est disposée entre le réservoir externe 100 et le réservoir interne 200 pour empêcher la 10 perte de chaleur rayonnée du réservoir interne 200. Les surfaces des plaques de protection 300 peuvent être plaquées avec de l'argent (Ag) ou de l'or (Au) afin de minimiser le transfert de chaleur rayonnée. Selon le présent mode de réalisation, un état de vide 15 élevé peut être formé entre le réservoir externe 100 et le réservoir interne 200 afin de réduire le transfert de chaleur par convection. Egalement, on peut injecter de l'hélium (He) entre le réservoir externe 100 et le réservoir interne 200 pour augmenter le transfert de 20 chaleur par convection. Comme illustré sur les figures 1 et 2, le réservoir interne 200 selon le présent mode de réalisation comprend une saillie 210 qui est formée en faisant saillie d'une paroi latérale supérieure cylindrique vers un côté externe.
25 Dans ce cas, étant donné que la saillie 210 fait saillie sous une forme annulaire le long de la périphérie du réservoir interne 200, la saillie 210 peut former un passage de décharge d'hydrogène de forme annulaire 212 dans son côté interne. Dans ce cas, la saillie 210 peut avoir 30 une section transversale verticale sous une forme rectangulaire, comme illustré sur la figure 1. En variante, la saillie 210 peut être préparée pour avoir une section 3036768 10 transversale verticale sous une forme semi-circulaire ou semi-elliptique. Le tube d'entrée d'hydrogène 500, comme illustré sur la figure 1, a une structure dans laquelle il entre dans le 5 métal de stockage d'hydrogène 420 stocké dans le réservoir interne 200 en pénétrant à travers le réservoir externe 100. C'est-à-dire que le tube d'entrée d'hydrogène 500 amène l'hydrogène au métal de stockage d'hydrogène 420.
10 Comme illustré sur les figures 1 et 2, le tube de décharge d'hydrogène 600 a une structure dans laquelle il pénètre dans la saillie 210 du réservoir interne 200 en pénétrant à travers le réservoir externe 100. Dans ce cas, le tube de décharge d'hydrogène 600 est raccordé par le 15 biais du passage de décharge d'hydrogène 212 décrit ci-dessus. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, l'hydrogène ayant subi une déhydruration par rapport à l'hydrure métallique 430, est transféré au réacteur de fusion (non représenté) par le passage de décharge d'hydrogène 212 20 disposé dans la partie supérieure du réservoir interne 200 et le tube de décharge d'hydrogène 600. Comme illustré sur la figure 1, le métal de stockage d'hydrogène 420 se présentant sous la forme de poudre est stocké dans le réservoir interne 200. Le métal de stockage 25 d'hydrogène 420 est converti en hydrure métallique 430, comme illustré sur la figure 3, en procédant à l'hydruration de l'hydrogène qui est amené par le biais du tube d'entrée d'hydrogène 500. Etant donné qu'un volume du métal de stockage 30 d'hydrogène 420 stocké dans le réservoir interne 200 subit une expansion rapide tout en procédant à l'hydruration de l'hydrogène, le métal de stockage d'hydrogène 420 peut être 3036768 11 stocké dans le réservoir interne 200 pour avoir une hauteur hl prise en considération dans un cas dans lequel le métal de stockage d'hydrogène 420 subit une expansion, comme illustré sur la figure 1.
5 Dans ce cas, par rapport au réservoir d'hydrogène sans contact 10 selon la présente invention, il est important de stocker le métal de stockage d'hydrogène 420 dans le réservoir interne 200 en contrôlant la quantité de métal de stockage d'hydrogène 420 de sorte qu'une hauteur maximum h2 10 de l'hydrure métallique 430 due à l'expansion de volume est inférieure au fond du second filtre 720. Ainsi, la hauteur de stockage hl du métal de stockage d'hydrogène 420 illustré sur la figure 1 peut être contrôlée de manière appropriée par rapport à ce dernier.
15 Dans le présent mode de réalisation, les types de métal utilisables en tant que métal de stockage d'hydrogène 420 peuvent comprendre ZrCo, l'uranium appauvri, l'uranium, le titane, le palladium, ZrNi, ZrNixCOy (x= 0,01 à 0,99, y = 1-x), ZrNixCOyFez (x = 0,01 à 20 0,99, y = 0,01 à 0,99, z = 0,01 à 0,99, x+y+z = 1), ou ZixHfyCO (x = 0,01 à 0,99, y = 1-x). Egalement, le métal de stockage d'hydrogène 420 peut être ZrNi0,3C00,7, ZrNi0,2C00,7Fe0,1, ZrNi0,3Co0,5Fe0,2, Zr0,5Hf0,5Co ou Zr0,7Hf0,3Co. Les métaux ou alliages décrits ci-dessus ont des 25 propriétés dans lesquelles leur activation est non seulement facile mais également la capacité de stockage d'hydrogène est importante et la vitesse d'hydruration de l'hydrogène et la vitesse de déhydruration de l'hydrogène dues à la chaleur sont élevées. Egalement, les métaux ou 30 alliages ont une chaleur de réaction qui est appropriée pour une température de fonctionnement du réservoir d'hydrogène et ont des caractéristiques dans lesquelles une 3036768 12 zone de plateau représentant une pression plate pendant l'hydruration et la déhydruration de l'hydrogène est non seulement importante, mais son inclinaison est également faible. De plus, les métaux ou alliages ne peuvent pas être 5 facilement dégradés par l'hydruration et le stockage répétés de l'hydrogène et peuvent être facilement renouvelables. En outre, les métaux ou alliages peuvent avoir une excellente résistance à l'empoisonnement aux gaz impurs et peuvent être relativement bon marché.
10 Le premier filtre 710 et le second filtre 720 laissent passer l'hydrogène et fonctionnent simultanément pour empêcher les fuites de poussière du métal de stockage d'hydrogène 420 ou l'hydrure métallique 430 générées dans le réservoir interne 200 vers l'extérieur du réservoir 15 d'hydrogène 10. Le réservoir d'hydrogène selon la présente invention est caractérisé par un « type sans contact » de telle sorte que la poussière n'est pas directement en contact avec le premier filtre 710 et le second filtre 720. De manière spécifique, le premier filtre 710 est 20 installé à l'intérieur du tube d'entrée d'hydrogène 500, comme illustré sur les figures 1 et 3. Le second filtre 720 est installé du côté de l'entrée du passage de décharge de forme annulaire 212, qui est formé dans le côté interne de la saillie 210 du réservoir 25 interne 200, comme illustré sur la figure 2. Selon le présent mode de réalisation, une pluralité de trous de décharge d'hydrogène (4 en référence à la figure 2), qui sont respectivement raccordés par le biais du réservoir interne 200 et du passage de décharge d'hydrogène 212, sont 30 formés à un intervalle prédéterminé et le second filtre 720 est installé dans chaque trou. Le tube de décharge 3036768 13 d'hydrogène 600 est raccordé par le passage de décharge d'hydrogène 212 en pénétrant par un côté de la saillie 210. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, l'hydrogène ayant subi une déhydruration par rapport à l'hydrure 5 métallique 430 est introduit dans le passage de décharge d'hydrogène 212 par le biais de la pluralité de seconds filtres 720 qui sont disposés dans la partie supérieure du réservoir interne 200 à un intervalle prédéterminé et est déchargé à l'extérieur du réservoir par le tube de décharge 10 d'hydrogène 600. Dans ce cas, les matériaux déchargés par le tube de décharge d'hydrogène 600 peuvent comprendre une petite quantité de poussière fine générée dans le réservoir interne 200 ainsi que de l'hydrogène. La poussière fine est un matériau radioactif, dans lequel il peut avoir des 15 effets indésirables sur l'environnement et le corps humain si elle fuit à l'extérieur. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, la membrane perméable à l'hydrogène 610 est raccordée à un côté du tube de décharge 600 de sorte que la poussière fine est filtrée 20 par la membrane perméable à l'hydrogène 610 et seul l'hydrogène est déchargé. La membrane perméable l'hydrogène 610 peut être l'une quelconque parmi une membrane perméable métallique, une membrane perméable polymère et une membrane perméable en céramique.
25 La membrane perméable métallique peut comprendre un alliage de palladium (Pd), et par exemple, peut comprendre un alliage de palladium/argent (Pd/Ag), palladium/cuivre (Pd/Cu), palladium/or (Pd/Au), palladium/argent/or (Pd/Ag/Au), palladium/argent/cuivre (Pd/Ag/Cu) ou 30 palladium/argent/ cuivre/or (Pd/Ag/Cu/Au).
3036768 14 La membrane perméable en céramique, en tant que céramique multicomposant non poreuse, peut comprendre SrCe03_5 ou BaSrCe03_5. En variante, le second filtre 720 peut être préparé 5 pour avoir une forme annulaire intégrée afin de correspondre au passage de décharge d'hydrogène de forme annulaire 212 et peut être installé du côté de l'entrée du passage de décharge d'hydrogène 212. Les filtres en métal fritté ayant une excellente 10 durabilité peuvent être utilisés en tant que premier et second filtres 710 et 720 décrits ci-dessus. Le tube de passage de milieu chauffant 800 est installé sous la forme permettant d'entourer une paroi externe du réservoir interne 200 et ainsi, le milieu 15 chauffant passe par le tube de passage de milieu chauffant 800 pour transférer la chaleur au réservoir interne 200. Le tube de passage de milieu chauffant 800 peut amener la chaleur à l'intérieur du réservoir interne 200 en faisant circuler le milieu chauffant et 20 ainsi peut fonctionner pour réaliser la déhydruration de l'hydrure métallique 430. Ici, le milieu chauffant peut être du gaz inerte, tel que He, ou un sel en fusion ayant une excellente conductivité thermique, tel que FLiBe. En particulier, le tube de passage de milieu 25 chauffant 800 comprend un tube d'entrée de milieu chauffant 810 à travers lequel le milieu chauffant est introduit de l'extérieur et un tube de décharge de milieu chauffant 820 travers lequel le milieu chauffant après l'achèvement du transfert de chaleur est déchargé à l'extérieur.
30 Ici, un système de chauffage, comme illustré sur la figure 4, est installé à l'extérieur du réservoir externe 100 pour chauffer le milieu chauffant. Le système 3036768 15 de chauffage peut comprendre un refroidisseur 830, une pompe 840 et un dispositif de chauffage 850 afin de maintenir le débit de circulation et la température, et un organe de régulation de débit (non représenté) et un 5 dispositif de maintien de température constante (non représenté) peuvent être en outre installés en fonction de l'environnement d'installation. Etant donné qu'une température du milieu chauffant déchargé du tube de décharge de milieu chauffant 820 peut 10 être élevée même si elle est inférieure à une température d'entrée, la température du milieu chauffant peut influencer la durabilité de la pompe 840 qui transfère le milieu chauffant au tube d'entrée de milieu chauffant 810. Ainsi, dans le système de chauffage, le refroidisseur 830 15 pour abaisser la température du milieu chauffant peut être installé avant la pompe 840. Le système de chauffage chauffe le milieu chauffant, qui est pompé par la pompe 840, par le dispositif de chauffage 850. La figure 5 est une vue en coupe horizontale pour 20 décrire une structure supérieure du réservoir interne 200, selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 5, une paroi latérale supérieure du réservoir interne 200 fait saillie afin de former une saillie 210".
25 Par exemple, comme illustré sur la figure 5, la saillie 210" peut être formée pour permettre à un passage de décharge d'hydrogène 212" d'avoir une forme cuboïde ou cylindrique. Le second filtre 720 est installé dans un côté d'entrée du passage de décharge d'hydrogène 212".
30 C'est-à-dire que selon le présent mode de réalisation, le second filtre 720 suffit et les tailles et les structures de la saillie 210" et du passage de décharge 3036768 16 d'hydrogène 212" peuvent être simplifiés par rapport au précédent mode de réalisation. La figure 6 représente des vues en coupe verticale pour décrire un réservoir d'hydrogène sans entretien 5 comprenant un thermocouple, selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 6(a) illustre un mode de réalisation dans lequel le thermocouple est installé à l'intérieur d'un réservoir externe et la figure 6(b) illustre un mode de réalisation dans lequel le 10 thermocouple est installé à l'intérieur d'un réservoir interne. Selon la figure 6, un réservoir d'hydrogène sans entretien 10 peut en outre comprendre un thermocouple, un débitmètre d'hélium, un thermostat, un disque de rupture, 15 un dispositif de mesure de pression d'hydrogène et un débitmètre d'hydrogène. Afin de minimiser la perte de chaleur à l'extérieur et empêcher les fuites d'hydrogène, un thermocouple 900 est couplé aux plaques de protection 300, au réservoir 20 externe 100 et au réservoir interne 200 par interconnexion. Le thermocouple 900 est raccordé au réservoir interne 200, au réservoir externe 100 ou à un tube en boucle d'hélium pour mesurer une température de chaque partie. Le thermocouple 900 peut être inséré dans les tubes de 25 thermocouple 910 et 920 pour mesurer la température de chaque partie. En particulier, les épaisseurs des parties des tubes de thermocouple 910 et 920 soudées au réservoir externe 100 et au réservoir interne 200 sont augmentées afin de faciliter le soudage. C'est-à-dire que les tubes de 30 thermocouple 910 et 920 peuvent être formés de sorte que les parties soudées à chaque réservoir ont une forme irrégulière.
3036768 17 Le débitmètre d'hélium (non représenté) peut être installé dans une boucle d'hélium via le tube de passage de milieu chauffant 800 pour mesurer et enregistrer le débit de l'hélium et peut faire retentir une alarme lors d'une 5 surcharge. Le thermostat (non représenté) est installé dans le tube en boucle d'hélium pour introduire l'hélium à une température constante en chauffant ou en refroidissant l'hélium à une température de consigne. Par exemple, 10 l'hélium peut être réglé sur environ 35°C, une température légèrement plus haute qu'une température de l'environnement d'installation du réservoir externe 100, grâce au thermostat. Le disque de rupture (non représenté) peut être 15 installé dans le tube de décharge d'hydrogène 600 pour protéger le réservoir externe 100 et le réservoir interne 200 lorsque l'hydrogène est à une pression excessive. Le dispositif de mesure d'hydrogène (non représenté) 20 peut être installé dans le disque de rupture pour mesurer et enregistrer la pression de l'hydrogène qui est déchargé l'extérieur et peut faire retentir une alarme à la température de consigne. Le débitmètre d'hydrogène (non représenté) peut être 25 installé dans le tube de décharge d'hydrogène 600 pour mesurer et enregistrer le débit de l'hydrogène qui est transféré à l'extérieur. La figure 7 est une vue exemplaire pour décrire un soufflet, selon un mode de réalisation de la présente 30 invention. Selon la figure 7, le soufflet est installé à l'extérieur du réservoir d'hydrogène sans entretien 10. De 3036768 18 manière spécifique, le soufflet est installé en étant raccordé au tube de décharge d'hydrogène 600. Le soufflet est raccordé à un clapet anti-retour de sorte que la décharge de l'hydrogène est contrôlée par le 5 soufflet. C'est-à-dire que dans un cas dans lequel le soufflet pompant l'hydrogène dans le réservoir interne 200 est dans un état expansé, le soufflet peut maintenir la température de chauffage de l'hydrure métallique 430 à une température plus faible en prévoyant un espace vide. C'est-10 à-dire que la déhydruration à la température inférieure peut empêcher la contamination de l'hydrogène en minimisant les fuites par perméation d'hydrogène à travers la paroi du réservoir interne 200. Ci-après, le fonctionnement et l'effet du réservoir 15 d'hydrogène sans entretien selon la présente invention ayant la configuration décrite ci-dessus seront décrits de manière détaillée en référence aux figures 1 à 7. Dans ce cas, le réservoir d'hydrogène 10 sera décrit en fonction de la séquence dans laquelle l'hydrogène est introduit, subi 20 la hydruration, la déhydruration, mesuré et déchargé. (Entrée de l'hydrogène) Un produit produit dans le réacteur de fusion (non représenté) et un isotope d'hydrogène inaltéré sont soumis à un processus consistant à séparer l'hélium et l'isotope 25 d'hydrogène pur, et l'isotope d'hydrogène séparé est séparé en hydrogène léger, en hydrogène lourd et en hydrogène dans une colonne de distillation. Dans ce cas, l'hydrogène séparé est introduit dans le réservoir d'hydrogène 10 selon la présente invention pour réaliser un processus de 30 stockage d'hydrogène.
3036768 19 L'hydrogène est introduit à travers le tube d'entrée d'hydrogène 500 et à travers le premier filtre 700, est soumis à l'hydruration par le métal de stockage d'hydrogène 420 se présentant sous la forme de poudre qui 5 est stocké dans le réservoir interne 200. (Hydruration de l'hydrogène) L'hydrogène est soumis à l'hydruration et stocké dans le métal de stockage d'hydrogène 420 selon une réaction d'hydruration comme dans la <Formule 1> suivante. 10 <Formule 1> M + In -3 MTn (où M est le métal de stockage d'hydrogène, In est l'hydrogène et MTn est l'hydrure métallique) Dans ce cas, étant donné que la réaction d'hydruration 15 est une réaction exothermique spontanée, plus la température du réservoir interne 200 est basse, plus le taux d'hydruration est élevé. Comme illustré sur la figure 3, lorsque la réaction d'hydruration se poursuit, le volume est rapidement expansé 20 alors que le métal de stockage d'hydrogène 420 est converti en hydrure métallique 430. Dans ce cas, de la poussière est générée par le métal de stockage d'hydrogène 420 ou l'hydrure métallique 430, dans lequel de la poussière très fine parmi la poussière peut passer à travers le second 25 filtre 720, mais ne peut pas être déchargée à l'extérieur en raison de la membrane perméable à l'hydrogène 610. En particulier, étant donné que le second filtre 720 est disposé sur le côté interne de la saillie 210 qui est formé dans la partie supérieure du réservoir interne 200, le 30 second filtre 720 n'est pas directement en contact avec la 3036768 20 poussière du métal de stockage d'hydrogène 420. Ainsi, la durée de vie du filtre est davantage prolongée. (Mesure de l'hydrogène) Etant donné que le réservoir d'hydrogène 10 selon la 5 présente invention fait circuler le gaz He, en tant que gaz inerte, à travers la boucle d'hélium, on mesure une quantité d'hydrogène dans l'hydrure métallique 430. Dans ce cas, la quantité d'hydrogène peut être mesurée en mesurant la chaleur de décroissance de l'hydrogène.
10 Etant donné qu'une technique liée à la mesure de l'hydrogène est hors de la portée de la présente invention, on ne proposera pas de description détaillée. (Déhydruration de l'hydrogène) Dans le réservoir d'hydrogène 10 selon la présente 15 invention, l'hydrogène est soumis à la déhydruration en chauffant l'hydrure métallique 430 avec un milieu chauffant à haute température, comme illustré sur la figure 4. On peut utiliser un gaz inerte, tel que l'hélium, et un sel en fusion ayant une excellente conductivité 20 thermique, tel que FLiBe, en tant que milieu chauffant. Lorsque le milieu chauffant chauffe la paroi externe du réservoir interne 200, la chaleur est rapidement transférée à l'hydrure métallique 430 à travers la paroi via un matériau favorisant le transfert de chaleur qui peut être 25 installé dans le réservoir. Ici, le matériau favorisant le transfert de chaleur peut comprendre au moins l'un parmi une broche métallique, une mousse métallique et un anneau de Raschig métallique.
3036768 21 Dans ce cas, plus la température du milieu chauffant est élevée, plus la réaction de déhydruration a lieu rapidement. La décharge de la poussière, qui est générée alors que 5 le volume de l'hydrure métallique 430 est diminué en raison de la déhydruration de l'hydrogène, à l'extérieur, peut être empêchée par la membrane perméable à l'hydrogène 610. (Décharge de l'hydrogène) L'hydrogène ayant subi une déhydruration tel que 10 décrit ci-dessus est transféré vers une source externe d'alimentation par le biais du second filtre 720 disposé dans la partie supérieure du réservoir interne 200, le passage de décharge d'hydrogène 212, le tube de décharge d'hydrogène 600 et la membrane perméable à l'hydrogène 610.
15 Dans ce cas, le débit et la pression de l'hydrogène peuvent être mesurés en utilisant le débitmètre (non représenté) ou le dispositif de mesure de pression (non représenté) installé dans le tube de décharge d'hydrogène 600.
20 Comme illustré sur la figure 7, dans un cas dans lequel le soufflet pompant l'hydrogène dans le réservoir interne 200 est dans un état expansé, le soufflet peut maintenir la température de chauffage de l'hydrure métallique 430 à une température inférieure en prévoyant un 25 espace vide. C'est-à-dire que la déhydruration à une température inférieure peut empêcher la contamination de l'hydrogène en minimisant les fuites par perméation de l'hydrogène à travers la paroi du réservoir interne 200. Une surface de paroi externe du réservoir interne 200 30 peut recevoir un traitement de surface avec une couche de revêtement pour inhiber la perméation de l'hydrogène, telle 3036768 22 que Er203, pour diminuer davantage la contamination due à la perméation de l'hydrogène, et une surface de paroi interne du réservoir interne 200 reçoit un traitement de surface avec une couche de protection de l'hydrure 5 métallique 430, telle que Cu-Zr-Cr ou Cu-Ti-Cr. Les tubes de thermocouple 910 et 920 pour protéger le thermocouple 900 pénétrant à travers le réservoir interne 200 sont traités dans une forme irrégulière et sont ensuite soudés pour empêcher la rupture des tubes pendant 10 le soudage à l'argon des tubes de thermocouple 910 et 920. Une pompe (non représentée) pour le retrait de la couche de protection d'hélium fait circuler le gaz dans le réservoir interne 200 pour retirer la couche de protection d'hélium due à la désintégration de l'hydrogène. C'est-à- 15 dire que lorsque l'hélium-3, en tant que gaz inerte, est généré en raison de la désintégration radioactive de l'hydrogène, la pompe pour le retrait de la couche de protection d'hélium peut empêcher un phénomène dans lequel l'hélium-3 entoure la surface du métal uranium comme une 20 couche de protection, à l'avance. Bien que la présente invention a été décrite par rapport à son mode de réalisation préféré représenté sur les dessins joints, la présente invention n'y est pas limitée. L'homme du métier peut également comprendre que 25 différents changements et modifications peuvent y être apportés sans pour autant s'éloigner de la portée de la présente invention définie par les revendications.
3036768 23 Description des symboles 10 : Réservoir d'hydrogène sans entretien 100 : Réservoir externe 200 : Réservoir interne 5 210, 210" : Saillie 212, 212" : Passage de décharge d'hydrogène 300 : Plaques de protection 420 : Métal de stockage d'hydrogène 430 : Hydrure métallique 10 500 : Tube d'entrée d'hydrogène 600 : Tube de décharge d'hydrogène 610 : Membrane perméable à l'hydrogène 710 : Premier filtre 720 : Second filtre 15 800 : Tube de passage de milieu chauffant 810 : Tube d'entrée de milieu chauffant 820 : Tube de décharge de milieu chauffant 830 : Refroidisseur 840 : Pompe 20 850 : Dispositif de chauffage 900 : Thermocouple 910, 920 : Tube de thermocouple 25
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10), le réservoir comprenant : un réservoir externe (100); un réservoir interne (200) disposé dans le réservoir externe pour stocker au moins l'un parmi un métal de stockage d'hydrogène (420) et un hydrure métallique (430) se présentant sous une forme de poudre qui procède à l'hydruration et à la déhydruration de l'hydrogène ; et une plaque de protection (300) disposée entre le réservoir externe et le réservoir interne pour protéger de la chaleur, dans lequel le réservoir d'hydrogène comprend : une saillie (210) faisant saillie d'une paroi latérale 15 supérieure du réservoir interne vers un côté externe afin de former un passage (212) à travers lequel l'hydrogène est déchargé ; un tube d'entrée d'hydrogène (500) pénétrant à travers le réservoir externe pour entrer dans le métal de stockage 20 d'hydrogène stocké dans le réservoir interne ; un tube de décharge d'hydrogène (600) pénétrant à travers le réservoir externe pour entrer dans la saillie du réservoir interne ; et un tube de passage de milieu chauffant (800) installé 25 selon une forme permettant d'entourer une paroi externe du réservoir interne pour permettre à un milieu chauffant de passer à travers afin de transférer de la chaleur au réservoir interne.
- 2. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la 30 revendication 1, comprenant en outre : 3036768 25 un premier filtre (710) disposé dans le tube d'entrée d'hydrogène (500) ; un second filtre (720) disposé sur un côté d'entrée d'un passage de décharge d'hydrogène (212) de la 5 saillie (210) ; et une membrane perméable à l'hydrogène (610) raccordée à une extrémité du tube de décharge (600) pour décharger sélectivement l'hydrogène.
- 3. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la 10 revendication 2, dans lequel les premier (710) et second filtres (720) sont des filtres en métal fritté.
- 4. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 2, dans lequel la membrane perméable à l'hydrogène (610) comprend une membrane perméable métallique qui est sélectionnée dans le groupe constitué par le palladium/argent (Pd/Ag), le palladium/cuivre (Pd/Cu), le palladium/or (Pd/Au), le palladium/argent/or (Pd/Ag/Au) et le palladium/argent/ cuivre/or (Pd/Ag/Cu/Au), et une membrane perméable en céramique qui est sélectionnée dans le groupe constitué par SrCe03..5 et BaSrCe03-5.
- 5. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 1, dans lequel le métal de stockage d'hydrogène (420) est sélectionné dans le groupe constitué par Zr.Co, l'uranium appauvri, l'uranium, le titane, le palladium, Zrl\li, ZrNixCoy (x- 0,01 à 0,99, y - 1-x), ZrNi,<COyFe, (x = 0,01 à 0,99, y = 0,01 à 0,99, z = 0,01 à 0,99, xl-y+z = 1), ZixHfyCO (x = 0,01 à 0,99, y = 1-x), 3036768 26 ZrNi0,3000,7, ZrNi0,2000,7Fe0'1, ZrNi0,30o0,5Fe0,2, Z1-0,5Hf0,5Co et Zr0,7Hf.3CO.
- 6. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 2, dans lequel la saillie (210) est formée en 5 faisant saillie autour de la paroi latérale du réservoir interne (200) pour permettre au passage de décharge d'hydrogène (212) d'avoir une forme cuboïde ou cylindrique de sorte que le passage de décharge d'hydrogène a une forme annulaire. 10
- 7. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 2, dans lequel le second filtre est fourni en plusieurs exemplaires de sorte que les seconds filtres sont disposés à un intervalle prédéterminé le long du passage de décharge d'hydrogène (212). 15 8_ Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 1, dans lequel le tube de passage de milieu chauffant (800) comprend : un tube d'entrée de milieu chauffant (810) à travers lequel le milieu chauffant est introduit ; et 20 un tube de décharge de milieu chauffant (820) à travers lequel le milieu chauffant est déchargé.. 9. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 8, dans lequel le tube de passage de milieu chauffant (800) réchauffe: le milieu chauffantdéchargé par 25 le tube de décharge de milieu chauffant (820) en étant raccordé à un système de chauffage et introduit le milieu chauffant dans le tube d'entrée de milieu chauffant (810) 3036768 27 pour réaliser la déhydruration en chauffant le réservoir interne (200). 10. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 1, dans lequel un état de vide élevé est 5 formé entre le réservoir externe (100) et le réservoir interne (200) afin de réduire le transfert de chaleur par convection.- 11. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 1, dans lequel l'hélium (He) est injecté 10 entre le réservoir externe (100) et le réservoir interne (20-0) pour augmenter le transfert de chaleur par ' convection. 12. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 1, comprenant en outre un matériau favorisant 15 le transfert de chaleur comprenant au moins l'un parmi une broche métallique, une mousse métallique et un anneau de Raschig en métal qui sont inclus dans le réservoir interne afin de favoriser le transfert de chaleur. 13. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selàn la 20 revendication 1, comprenant en outre un soufflet, dans lequel, dans un cas dans lequel le réservoir interne (200) est dans un état expansé, le soufflet maintient une température de chauffage de l'hydrure métallique (430) à une température inférieure. 25 14- Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 1, dans lequel une surface de paroi externe du réservoir interne (200) reçoit un traitement de surface 3036768 28 avec une couche de revêtement pour inhiber la perméation de l'hydrogène- et une surface de paroi interne du réservoir interne reçoit un traitement de surface avec une couche de protection de l'hydrure métallique (430). 5 15. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la revendication 1, comprenant en outre : un thermocouple (900) pouf mesurer une température de chaque partie en pénétrant à travers au moins l'un parmi le réservoir interne (200) et le réservoir externe (100); 10 un tube de thermocouple (910, 920) dans lequel les parties en contact avec et soudées au réservoir interne et au réservoir externe sont formées selon une forme irrégulière et dans lesquelles le thermocouple est inséré ; et 15 une pompe (840) pour le retrait de la couche de protection d'hélium qui retire une couche de protection d'hélium due à la désintégration de l'hydrogène en faisant Circuler du gaz dans le réservoir interne. 16. Réservoir d'hydrogène sans entretien (10) selon la 20 revendication 1, dans lequel l'hydrogène est du tritium.
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