FR3130926A1 - Unité de stockage de fluide cryogénique - Google Patents
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Abstract
Unité de stockage de fluide cryogénique L’unité de stockage (1) comprend : - un réservoir interne (3), délimitant intérieurement un volume (5) de réception de fluide cryogénique ; - un réservoir externe (11) ayant un axe central, le réservoir interne (3) étant logé dans le réservoir externe (11), un espace intermédiaire (13) étant ménagé entre le réservoir interne (3) et le réservoir externe (11) ; - au moins un réservoir additionnel (27) étant agencé dans l’espace intermédiaire (13) et communiquant fluidiquement avec le volume de réception (5) par l’intermédiaire d’un ajutage calibré (29). Figure pour l'abrégé : 1
Description
L’invention concerne en général une unité de stockage de fluide cryogénique.
Cette unité de stockage et d’alimentation en hydrogène, outre la présente demande, est protégé par les demandes suivantes, déposées le même jour, et portant sur les aspects suivants :
- une demande portant sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur ; cette demande porte la référence interne BFF21P0641 ;
- une autre demande portant sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur, ce moyen étant une alternative à celui de la précédente demande ; cette demande porte la référence interne BFF21P0640 ;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant un getter ou absorbeur de gaz dont le remplacement est facilité ; cette demande porte la référence interne BFF21P0639 ;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant une suspension métallique du réservoir interne au réservoir externe ; cette demande porte la référence interne BFF21P0642 ;
- une demande portant sur un ensemble comprenant une unité de stockage de fluide cryogénique et une vanne cryogénique ; cette demande porte la référence interne BFF21P0788.
Une unité de stockage de fluide cryogénique comporte typiquement un réservoir interne, délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique, et un réservoir externe dans lequel est logé le réservoir interne. Un espace intermédiaire est ménagé entre le réservoir interne et le réservoir externe, une isolation thermique étant placée dans l’espace intermédiaire. L’isolation thermique est posée sur le réservoir interne, et limite les transferts thermiques par rayonnement depuis le réservoir externe vers le réservoir interne.
L’espace intermédiaire est maintenu sous un vide poussé, entre 10- 3et 10- 4millibars, de manière à réduire les transferts thermiques par convection entre le réservoir externe et le réservoir interne.
Quand le fluide cryogénique est de l’hydrogène liquide, à la fin du remplissage, le réservoir interne est à une température comprise entre 20 et 30 K et à une pression typiquement de l’ordre de 16 bars.
En dépit des moyens prévus pour limiter les transferts thermiques, l’hydrogène liquide est progressivement réchauffé. Il n’existe en effet pas de moyen permettant de refroidir ou de maintenir l’hydrogène à sa température d’origine dans le réservoir interne.
Quand l’hydrogène liquide se réchauffe, la pression dans le volume de réception augmente.
Le réservoir interne est équipé d’un évent, qui s’ouvre quand la pression à l’intérieur du réservoir interne atteint la pression de tarage, par exemple 20 bars. La présence de cet évent est impérative pour éviter la rupture du réservoir interne sous l’effet de la montée en pression. L’hydrogène sortant par l’évent est relargué en-dehors de l’unité de stockage, ou brulé.
La durée s’écoulant entre la fin du remplissage du réservoir interne et le début du dégazage est appelé le temps de dormance. Pour un remplissage à 16 bars et à une température comprise entre 20 et 30 K, le temps de dormance est typiquement un peu inférieur à huit heures.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un stockage ayant un temps de dormance allongé.
À cette fin, l’invention porte sur stockage de gaz cryogénique, comprenant :
- un réservoir interne, délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique ;
- un réservoir externe ayant un axe central, le réservoir interne étant logé dans le réservoir externe, un espace intermédiaire étant ménagé entre le réservoir interne et le réservoir externe;
- au moins un réservoir additionnel étant agencé dans l’espace intermédiaire et communiquant fluidiquement avec le volume de réception par l’intermédiaire d’un ajutage calibré.
- un réservoir externe ayant un axe central, le réservoir interne étant logé dans le réservoir externe, un espace intermédiaire étant ménagé entre le réservoir interne et le réservoir externe;
- au moins un réservoir additionnel étant agencé dans l’espace intermédiaire et communiquant fluidiquement avec le volume de réception par l’intermédiaire d’un ajutage calibré.
La présence d’au moins un réservoir additionnel communiquant fluidiquement avec le réservoir interne par l’intermédiaire d’un ajutage calibré permet d’allonger le temps de dormance.
Au moment du remplissage du réservoir interne, le fluide cryogénique ne remplit pas immédiatement l’au moins un réservoir additionnel. En effet, le remplissage du réservoir interne est typiquement arrêté quand la pression dans le volume de réception atteint une pression d’arrêt prédéterminée. Cette pression d’arrêt est atteinte tout à fait à la fin du remplissage, quand la fraction gazeuse est nulle et que la fraction liquide occupe la totalité du volume de réception. Du fait de la présence de l’ajutage, la pression dans l’au moins un réservoir additionnel augmente beaucoup plus lentement que dans le réservoir interne.
En d’autres termes, l’ajutage est calibré de telle sorte que le réservoir additionnel ne se remplisse, ou ne monte en pression, principalement que quand le remplissage du réservoir interne est terminé. Une fois le réservoir interne rempli, quand le liquide cryogénique contenu dans le volume interne atteint la pression maximum de remplissage, une partie du liquide cryogénique va se détendre dans l’au moins un réservoir additionnel.
En conséquence, la pression dans le réservoir interne va baisser. Ce phénomène permet d’augmenter considérablement le temps de dormance.
Par exemple, pour un réservoir, ayant une capacité de stockage de 40 kg d’hydrogène équipé d’un évent taré à 20 bars, chauffé par transfert thermique à une puissance de 13 watts, le temps de dormance est de soixante heures si l’au moins un réservoir additionnel représente 20 % du volume du réservoir interne. Il est de trente-cinq heures si le réservoir additionnel a un volume représentant 10 % du volume du réservoir interne.
Le fait de loger au moins un réservoir additionnel dans l’espace intermédiaire, c’est-à-dire à l’extérieur du réservoir interne, fait que la capacité de stockage du réservoir interne n’est pas diminuée du fait de la présence de l’au moins un réservoir additionnel.
L’unité de stockage peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le réservoir externe est formé de deux demi-coques assemblées l’une à l’autre ;
-le réservoir externe présente, perpendiculairement audit axe central, une section s’inscrivant dans un rectangle, ladite section ayant des parties d’angle en vis-à-vis d’angles dudit rectangle, l’unité de stockage ayant au moins un réservoir additionnel agencé entre le réservoir interne et lesdites parties d’angle, l’unité de stockage ayant de préférence quatre réservoirs additionnels agencés entre le réservoir interne et lesdites parties d’angle ;
– l’unité de stockage comprend au moins deux réservoirs additionnels agencés entre le réservoir interne et une même desdites parties d’angle ;
- l’au moins un réservoir additionnel comporte un premier réservoir additionnel communiquant fluidiquement avec le réservoir interne par l’intermédiaire d’un ajutage calibré, et au moins un second réservoir additionnel communiquant fluidiquement avec le premier réservoir additionnel par un conduit de liaison ;
- l’unité de stockage comprend un orifice de sortie de fluide cryogénique et un conduit d’évacuation, le conduit d’évacuation raccordant fluidiquement la sortie de fluide cryogénique au volume de réception, l’au moins un réservoir additionnel étant raccordé fluidiquement au conduit d’évacuation par un conduit de sortie présentant une extrémité distale s’étendant à l’intérieur du conduit d’évacuation et sensiblement parallèle au conduit d’évacuation ;
- l’unité de stockage comprend une isolation thermique placée dans l’espace intermédiaire, l’isolation thermique ayant une première zone plaquée contre un sommet du ou de chaque réservoir additionnel et deux secondes zones plaquées contre le réservoir interne, circonférentiellement de part et d’autre dudit réservoir additionnel, l’isolation thermique délimitant ainsi des poches agencées circonférentiellement de part et d’autre du ou de chaque réservoir additionnel et jouxtant ledit réservoir additionnel ;
- au moins un passage circonférentiel est ménagé sous le ou chaque réservoir additionnel et met en communication fluidique les poches agencées circonférentiellement de part et d’autre dudit réservoir additionnel ;
- l’unité de stockage comprend au moins deux réservoirs additionnels, une des secondes zones étant située entre deux poches jouxtant chacune l’un des deux réservoirs additionnels, au moins un autre passage circonférentiel étant ménagé sous ladite seconde zone et mettant en communication fluidique lesdites poches situées de part et d’autre de ladite seconde zone ;
- l’isolation thermique comprend plusieurs nappes enroulées autour du réservoir interne et de l’au moins un réservoir additionnel, les nappes étant décalées axialement les unes par rapport aux autres et ayant des bords qui se recouvrent, au moins un tube étant glissé entre lesdits bords qui se recouvrent et mettant en communication fluidique au moins l’une des poches avec l’espace intermédiaire ;
- le réservoir interne comprend une partie tubulaire interne et deux fonds internes fermant la partie tubulaire interne à des extrémités opposées, le ou chaque réservoir additionnel étant agencé contre la partie tubulaire interne, l’isolation thermique couvrant la partie tubulaire interne et les fonds internes, au moins un autre tube étant glissé entre chaque fond interne et l’isolation thermique et présentant une première extrémité ouverte débouchant à proximité d’un centre dudit fond interne et une seconde extrémité ouverte débouchant dans l’une des poches.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
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Le stockage 1 représenté sur la est destiné à stocker un fluide cryogénique.
On entend par fluide cryogénique un fluide à une température très basse, qui se trouve à une température inférieure 120 K à l’intérieur de l’unité de stockage.
Dans la présente demande, le terme fluide cryogénique est utilisé pour désigner le fluide à la fois dans son état gazeux, dans son état liquide ou dans un état supercritique.
Ce fluide est typiquement du dihydrogène, communément appelé hydrogène.
Dans ce cas, l’unité de stockage est par exemple destinée à être embarqué à bord d’un véhicule, typiquement un véhicule automobile tel qu’un camion, un train, une voiture, un bateau ou tout autre véhicule.
Ce véhicule est alors typiquement équipé d’une pile à combustible, permettant de produire de l’électricité en consommant l’hydrogène stocké dans l’unité de stockage 1. Le véhicule est également équipé d’un moteur de propulsion électrique, alimenté électriquement par la pile à combustible.
Dans ce cas, le véhicule automobile comporte un échangeur de chaleur, prévu pour réchauffer l’hydrogène gazeux sortant de l’unité de stockage 1, et pour le porter à une température compatible avec le fonctionnement de la pile à combustible.
En variante, le fluide est de l’hélium, de l’azote, un gaz naturel tel que le méthane CH4 ou tout autre gaz adapté.
En variante, le réservoir n’est pas embarqué à bord d’un véhicule. Il est monté dans une installation statique.
L’unité de stockage 1 comprend un réservoir interne 3, délimitant intérieurement un volume 5 de réception de fluide cryogénique.
Comme visible sur les figures 2 à 4, le réservoir interne 3 comprend une partie tubulaire interne 7 ayant un axe central interne CI, et deux fonds internes 9 fermant la partie tubulaire interne 7 à ses extrémités axiales opposées. Typiquement, la partie tubulaire interne 7 présente, perpendiculairement à l’axe central interne CI, une section constante. Cette section est par exemple circulaire.
Dans la position d’utilisation normale de l’unité de stockage, l’axe central interne CI est horizontal.
L’unité de stockage 1 comprend encore un réservoir externe 11, le réservoir interne 3 étant logé dans le réservoir externe 11.
Un espace intermédiaire 13 est ménagé entre le réservoir interne 3 et le réservoir externe 11.
Le réservoir externe 11 est sans contact direct avec le réservoir interne 3. Il présente un axe central externe CE.
Dans la position normale d’utilisation de l’unité de stockage 1, l’axe central externe CE est horizontal.
Typiquement, l’axe central externe CE est confondu avec l’axe central interne CI. Il sera appelé axe central pour la description qui va suivre.
L’unité de stockage 1 comporte encore une isolation thermique 15 placée dans l’espace intermédiaire 13. Cette isolation thermique 15 est représentée sur les figures 4 et 5. Elle est prévue pour limiter les transferts thermiques par rayonnement depuis le réservoir externe 11 vers le réservoir interne 3.
Par ailleurs, l’espace intermédiaire 13 est maintenu sous un vide poussé, typiquement entre 10- 3et 10- 4millibars. Ceci permet de réduire les transferts thermiques par convection entre le réservoir externe 11 et le réservoir interne 3.
Comme visible sur la , l’unité de stockage 1 comporte encore un dispositif 17 de suspension du réservoir interne 3 au réservoir externe 11. Le poids du réservoir interne 3, de son contenu, et les efforts subis par le réservoir interne 3, sont repris pour leur quasi-totalité par le réservoir externe 11, à travers le dispositif de suspension 17.
Par exemple, les fonds internes 9 du réservoir interne 3 sont fixés l’un à l’autre par un tirant central non représenté, dont les extrémités 19 opposées font saillie hors du réservoir interne 3 à travers les fonds internes 9. La suspension 17 comporte, pour chaque extrémité 19, un crochet en V 21 fixé à l’extrémité 19, et suspendant cette extrémité 19 au réservoir externe 11.
La suspension 17 est conçue pour limiter les transferts thermiques par conduction depuis le réservoir externe 11 vers le réservoir interne 3.
Le réservoir externe 11 est formé de deux demi-coques 23 assemblées l’une à l’autre ( ).
Les demi-coques 23 sont concaves l’une vers l’autre. Elles sont fixées l’une à l’autre le long d’une ligne à contour fermé. Typiquement, chaque demi-coque présente un clin 25, les clins 25 des deux demi-coques 23 étant plaquées l’un contre l’autre, éventuellement avec interposition d’un joint d’étanchéité, et rigidement fixées l’un à l’autre par tout moyen adapté : soudures, vis, etc.
Typiquement, la ligne à contour fermée s’étend dans un plan contenant l’axe central.
Avantageusement, l’unité de stockage 1 comporte au moins un réservoir additionnel 27 agencé dans l’espace intermédiaire 13 et communiquant fluidiquement avec le volume de réception 5 par l’intermédiaire d’un ajutage calibré 29.
L’ajutage 29 est calibré pour retarder le remplissage du réservoir additionnel 27 pendant et après le remplissage du réservoir interne 3.
En d’autres termes, l’ajutage 29 permet de faire que l’au moins un réservoir additionnel 27 se remplisse plus lentement que le réservoir interne 3. Quand le remplissage du réservoir interne 3 est terminé, le remplissage du ou de chaque réservoir additionnel 27 quant à lui n’est pas complet. Il se remplit progressivement, par transfert de fluide cryogénique à partir du réservoir interne 3, après que le remplissage du réservoir interne 3 soit terminé.
Typiquement, le réservoir externe 11 présente, perpendiculairement à l’axe central, une section s’inscrivant dans un rectangle 31 ( ). Dans l’exemple représenté, ce rectangle est un carré.
Le rectangle 31 correspond typiquement au volume réservé pour l’unité de stockage 1 de fluide cryogénique dans l’environnement où il doit être intégré. Par exemple, ce rectangle est le volume réservé par le constructeur à bord du véhicule automobile pour intégrer l’unité de stockage 1 de fluide cryogénique.
La section du réservoir externe 11 présente des parties d’angle 33 en vis-à-vis des angles du rectangle 31.
Le ou chaque réservoir additionnel 27 est typiquement agencé entre le réservoir interne 3 et une des parties d’angle 33.
Par exemple, la section du réservoir externe 11 est dans la forme dite d’écran de télévision (« TV screen » en anglais, à savoir rectangle avec coins et/ou bords arrondis).
Comme visible sur la , les quatre parties d’angle 33 sont raccordées les unes aux autres par des parties intermédiaires 35. Les parties d’angle 33 présentent des premiers rayons de courbure, typiquement tous égaux. Les parties intermédiaires 35 présentent des seconds rayons de courbure, typiquement tous égaux. Les seconds rayons de courbure sont beaucoup plus grands que les premiers rayons de courbure.
Du fait des formes choisies pour la section du réservoir interne 3 et pour la section du réservoir externe 11, perpendiculairement à l’axe central, il existe un volume libre entre les parties d’angle 33 et le réservoir interne 3, qui peut être avantageusement utilisé pour loger les réservoirs additionnels 27.
Dans l’exemple représenté, les clins 25 passent au niveau de deux des parties d’angle 33.
Comme visible sur les figures, dans la position normale d’utilisation de l’unité de stockage 1, le rectangle 31 est orienté de telle sorte qu’il présente deux côtés sensiblement horizontaux, et deux côtés sensiblement verticaux.
Avantageusement, l’unité de stockage 1 comporte au moins deux réservoirs additionnels 27, agencés entre le réservoir interne 3 et les parties d’angle 33 supérieures. Les parties d’angle 33 supérieures sont les parties d’angle 33 situées au-dessus de l’axe central selon la direction verticale. Ces réservoirs additionnels 27 seront appelés réservoirs additionnels 27 supérieurs dans la description qui va suivre.
Typiquement, l’unité de stockage 1 présente quatre réservoirs additionnels 27, comme représenté sur les figures, agencés entre le réservoir interne 3 et les quatre parties d’angle 33.
Outre les deux réservoirs additionnels 27 supérieurs, l’unité de stockage 1 présente alors deux réservoirs additionnels 27 inférieurs agencés entre le réservoir interne 3 et les parties d’angle 33 inférieures. Les parties d’angle 33 inférieures sont les parties d’angle 33 situées au-dessous de l’axe central selon la direction verticale.
Selon une variante, l’unité de stockage 1 comprend au moins deux réservoirs additionnels 27 agencés entre le réservoir interne 3 et une même desdites parties d’angle 33.
Lesdits réservoirs additionnels 27 sont par exemple alignés selon une direction parallèle à l’axe central, dans le prolongement l’un de l’autre. Chacun ne couvre qu’une fraction de la longueur axiale du réservoir interne 3.
Par exemple, deux, trois ou quatre réservoirs additionnels 27 sont agencés entre le réservoir interne 3 et une même desdites parties d’angle 33.
Selon un exemple de réalisation, au moins deux réservoirs additionnels 27 sont agencés entre le réservoir interne 3 et une desdites parties d’angle 33, et au moins deux réservoirs additionnels 27 sont agencés entre le réservoir interne 3 et une autre desdites parties d’angle 33, voire plusieurs autres parties d’angles 33.
Ensemble, le ou les réservoirs additionnels 27 présentent avantageusement un volume compris entre 5 % et 25 % du volume de réception 5, par exemple entre 8 % et 22 % du volume de réception 5, et typiquement environ 15 % du volume de réception 5.
Chaque réservoir additionnel 27 est par exemple une coque concave.
Cette coque présente une ouverture délimitée par un bord à contour fermé 37 plaquée contre la surface externe du réservoir interne 3. L’ouverture de la coque est donc fermée par une zone 39 du réservoir interne 3.
Le ou chaque réservoir additionnel 27 est dans ce cas typiquement venu d’emboutissage. Il est soudé sur le réservoir interne 3.
Le ou chaque réservoir additionnel 27 est plaqué contre la partie tubulaire 7 du réservoir interne 3, et s’étend axialement sur au moins 80 % de la longueur du réservoir interne 3, de préférence sur au moins 90 % de la longueur du réservoir interne 3.
Le ou chaque réservoir additionnel 27 présente, considéré en section perpendiculairement à l’axe central, un fond bombé 41 prolongé par deux côtés 43 définissant le bord à contour fermé 37. Les côtés 43 sont sensiblement perpendiculaires à la zone du réservoir interne 3 à laquelle ils se raccordent. Ceci permet d’augmenter la résistance mécanique de l’unité de stockage 1.
Si nécessaire, des raidisseurs sont ménagés dans le ou chaque réservoir additionnel 27, de manière à augmenter la résistance à la pression.
Dans le premier mode de réalisation, représenté sur la , chaque réservoir additionnel 27 communique avec le volume de réception 5 par un ajutage 29 qui lui est propre.
L’ajutage 29 est un trou ménagé dans le réservoir interne 3, et mettant en communication le volume de réception 5 avec le réservoir additionnel 27 correspondant. Ce trou est ménagé dans la zone 39 du réservoir interne 3.
Quand le fluide cryogénique est de l’hydrogène liquide, ce trou a typiquement un diamètre compris entre 0,2 et 0,9 mm, typiquement environ 0,7 mm.
Pour les deux réservoirs additionnels 27 supérieurs, les trous constituant les ajutages 29 sont typiquement ménagés vers le bas de la zone 39 du réservoir interne 3. Ceci permet de faciliter le vidage par gravité des réservoirs additionnels 27.
Pour les deux réservoirs additionnels 27 inférieurs, les trous constituant les ajutages 29 sont ménagés dans le haut de la zone 39 du réservoir interne 3. Ceci permet, au moment du remplissage du réservoir interne 3, de retarder le moment où l’ajutage 29 sera immergé dans le fluide cryogénique liquide.
Un exemple de réalisation va maintenant être décrit.
Dans cet exemple, l’unité de stockage 1 est destiné à stocker de l’hydrogène liquide. Il est destiné à être embarqué à bord d’un véhicule.
Dans l’exemple considéré ici, le volume de réception 5 est prévu pour recevoir 40 kg d’hydrogène. À la fin du remplissage du réservoir interne 3, l’hydrogène liquide stocké dans le réservoir interne 5 est à température comprise entre 20 et 30 K et à une pression proche de 16 bars efficace.
L’unité de stockage 1 est équipé de quatre réservoirs additionnels 27, ayant ensemble, un volume sensiblement égal à 20 % du volume de réception 5.
Le réservoir interne 3 est équipé d’un clapet de sécurité non représenté, qui s’ouvre quand la pression à l’intérieur du volume de réception 5 atteint 20 bars.
Il est prévu un ajutage 29 pour chaque réservoir additionnel 27, comme illustré sur la .
La puissance thermique reçue par un tel réservoir interne 3 est de l’ordre de 13 Watts.
Le temps de dormance est d’environ soixante heures.
Le fonctionnement de l’unité de stockage 1 décrit ci-dessus va maintenant être détaillé.
A l’état initial, le réservoir interne 3 n’est plus rempli qu’à 10 % de sa capacité nominale, un nouveau remplissage de ce réservoir interne 3 étant ainsi nécessaire.
Dans cette situation, la pression à l’intérieur du volume de réception 5 est typiquement comprise entre 3 et 10 bars.
Le réservoir interne 3 est rempli en raccordant une entrée d’hydrogène liquide du réservoir interne 3 au refoulement d’une pompe. La pompe est ensuite activée et alimente le réservoir interne 3 en hydrogène liquide. Ceci a pour effet de faire baisser la pression dans le volume de réception 5, par exemple jusqu’à une valeur de 2 ou 3 bars. Ceci est dû à la fois au fait que la température à l’intérieur du réservoir interne diminue, et au fait que l’hydrogène gazeux remplissant le ciel du réservoir interne 3 est condensé par le flux d’hydrogène liquide entrant dans le volume de réception 5.
La pression à l’intérieur du volume de réception 5 reste basse, c’est-à-dire de l’ordre de typiquement de 2 ou 3 bars, jusqu’à ce que le réservoir interne 3 soit pratiquement plein.
En fin de remplissage, la pression interne du réservoir interne 3 augmente fortement, jusqu’à une valeur d’environ 13 bars. À partir de cette valeur, la pression augmente encore plus vite, jusqu’à ce que cette pression dépasse la valeur de 16 bars. La pompe est arrêtée automatiquement quand la pression dépasse 16 bars.
Le remplissage du réservoir interne 3 prend dix minutes environ.
Le remplissage des réservoirs additionnels 27 est lent, d’abord du fait que les trous constituant les ajutages 29 sont de petites sections. Le remplissage est lent également du fait que la pression interne dans le volume de réception 5 est maintenue de l’ordre de 2 ou 3 bars pendant la plus grande partie du remplissage du réservoir interne 3.
Quand l’hydrogène liquide recouvre les ajutages 29 des réservoirs additionnels 27 inférieurs, le remplissage de ces réservoirs additionnels 27 inférieurs s’accélère. Toutefois, la vitesse de remplissage reste modérée car la densité de l’hydrogène liquide est faible, le poids de la colonne de liquide au-dessus des ajutages 29 étant raisonnable.
Les ajutages 29 des réservoirs additionnels 27 supérieurs restent découverts pendant la plus grande partie du remplissage du réservoir interne 3. Le remplissage de ces réservoirs additionnels 27 supérieurs est donc plus lent que celui des réservoirs additionnels 27 inférieurs.
Il est à noter que les réservoirs additionnels 27 vont se vider progressivement en même temps que le réservoir interne 3. Ce vidage résulte de deux phénomènes : échauffement de l’hydrogène stocké dans les réservoirs additionnels 27, provoquant une augmentation de la densité du liquide ou une vaporisation et une évacuation à travers les ajutages 29 d’une part, et vidage par gravité d’autre part pour les réservoirs additionnels 27 supérieurs.
Ce vidage est accéléré à partir du moment où le niveau d’hydrogène a suffisamment baissé pour découvrir les ajutages 29.
Les réservoirs additionnels 27 supérieurs sont donc en grande partie vidés en fin de cycle, c’est-à-dire au moment où un nouveau remplissage du réservoir interne 3 devient nécessaire.
Au contraire, les réservoirs additionnels 27 inférieurs ne seront que partiellement vidés, moins que les réservoirs additionnels 27 supérieurs, du fait que les ajutages 29 pour ces réservoirs additionnels 27 inférieurs ne sont que tardivement découverts.
Après la fin du remplissage du réservoir interne 3, l’hydrogène continue à passer du volume de réception 5 dans les réservoirs additionnels 27, jusqu’à ce que ceux-ci soient remplis et à une pression égale à la pression interne du volume de réception 5. Ce transfert d’hydrogène provoque une baisse de la pression dans le volume de réception 5, celle-ci passant progressivement de 16 bars à une valeur de 3,5 bars environ.
Dans le cas où il n’est procédé à aucun soutirage, l’hydrogène liquide passe progressivement de 3,5 bars à 20 bars sous l’effet de l’échauffement. Ce qui provoque une augmentation de la température de l’hydrogène liquide, entraînant une augmentation de sa densité et en conséquence une augmentation de la pression à l’intérieur du volume de réception 5.
Le temps de dormance, qui correspond à la durée séparant la fin du remplissage du réservoir interne 3 et l’ouverture du clapet de sécurité, est dans l’exemple considéré d’environ soixante heures.
Si les réservoirs additionnels 27, ensemble, avaient un volume d’environ 10 % du volume de réception 5, le temps de dormance serait de trente-cinq heures.
Quand la pression atteint 20 bars, le clapet de sécurité s’ouvre, permettant à une partie de l’hydrogène gazeux de s’échapper hors du volume de réception 5.
Un second mode de réalisation va maintenant être décrit, en référence à la . Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous.
Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références numériques.
L’unité de stockage 1 comporte un orifice de sortie de fluide cryogénique 45 et un conduit d’évacuation 47 raccordant fluidiquement la sortie de fluide cryogénique 45 au volume de réception 5.
Dans ce mode de réalisation, au moins un réservoir additionnel 27 est raccordé fluidiquement au conduit d’évacuation 47 par un conduit de sortie 49 présentant une extrémité distale 51 s’étendant à l’intérieur du conduit d’évacuation 47 et sensiblement parallèle au conduit d’évacuation 47.
L’orifice de sortie de fluide cryogénique 45 est typiquement raccordé à l’échangeur de chaleur permettant de porter l’hydrogène gazeux à une température compatible avec le fonctionnement de l’organe utilisateur de l’hydrogène, par exemple avec la pile à combustible évoquée plus haut.
Comme représenté schématiquement sur la , la portion du conduit d’évacuation 47 recevant l’extrémité distale 51 du conduit de sortie 49 présente un axe central A, correspondant sensiblement au sens d’écoulement des gaz à l’intérieur de ladite portion de conduit d’évacuation 47. L’extrémité distale 51 du conduit de sortie 49 s’étend sensiblement parallèlement à l’axe central A.
On entend ici par sensiblement parallèle que l’extrémité distale 51 forme avec l’axe central A un angle inférieur à 10°, de préférence inférieur à 5°.
L’extrémité distale 51 du conduit de sortie 49, s’étendant à l’intérieur du conduit d’évacuation 47, est de faible longueur, par exemple d’une longueur d’environ 20 millimètres.
Typiquement, seul le ou les réservoirs additionnels 27 inférieurs sont raccordés au conduit d’évacuation 47 par un conduit de sortie 49.
En variante, tous les réservoirs additionnels 27 sont raccordés au conduit d’évacuation 47 par un conduit de sortie 49.
Dans tous les cas, chaque réservoir additionnel 27 est desservi par un conduit de sortie 49 qui lui est propre.
Le conduit de sortie 49 vient en plus de l’ajutage 29.
Quand plusieurs réservoirs additionnels 27 sont équipés de conduits de sortie 49 respectifs, comme dans l’exemple de la , les extrémités distales 51 des différents conduits de sortie 49 sont de préférence agencés les uns à côté des autres, dans le conduit d’évacuation 47. Ils sont parallèles les uns aux autres.
Une extrémité proximale 53 du ou de chaque conduit de sortie 49 débouche à l’intérieur du réservoir additionnel 27 correspondant.
Un tel agencement permet de faciliter le vidage des réservoirs additionnels 27, notamment le vidage des réservoirs additionnels 27 inférieurs.
En effet, le gaz circulant dans le conduit d’évacuation 47, au niveau de la ou chaque extrémité distale 51, présente une vitesse uniforme dans toute la section du conduit d’évacuation 47. De ce fait, le ou chaque réservoir additionnel 27, raccordé au conduit d’évacuation 47 par un conduit de sortie 49, va être vidé de gaz relativement rapidement et une dépression va ainsi être créée dans ce réservoir additionnel 27. En conséquence, le fluide cryogénique liquide dans le réservoir additionnel 27 va entrer en ébullition, accélérant ainsi le vidage du réservoir additionnel 27.
Une variante de réalisation est illustrée sur les figures 5, 7, 8 et 11. Cette variante de réalisation est applicable à tous les modes de réalisation de l’invention.
Selon cette variante de réalisation, le ou chaque réservoir additionnel 27 est un tube de section fermée, ladite section étant prise perpendiculairement à l’axe central.
La section fermée est ovale, comme illustrée sur la , 7, 8 et 11, ou circulaire, ou encore présente tout autre profil adapté pour résister à la pression.
Un troisième mode de réalisation va maintenant être décrit, en référence à la . Seuls les points par lesquels le troisième mode de réalisation se différencie du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques, ou assurant la même fonction, seront désignés par les mêmes références.
Dans le troisième mode de réalisation, le ou chaque réservoir additionnel 27 inférieur communique avec le volume de réception 5 par le biais d’un tube 54 respectif.
Le ou chaque tube 54 présente une extrémité inférieure 55 débouchant dans le réservoir additionnel 27 correspondant. Il présente également une extrémité supérieure 57 débouchant dans le volume de réception 5, à un niveau sensiblement égal au niveau de l’ajutage 29 desservant le ou chaque réservoir additionnel 27 supérieur.
L’ajutage 29 est ménagé soit dans le réservoir interne 3 au niveau où l’extrémité inférieure 55 du tube se raccorde à la paroi du réservoir interne 3, soit le long du tube 54.
Ainsi, l’extrémité supérieure 57 est recouverte par le fluide cryogénique sensiblement au même moment que l’ajutage 29 du ou de chaque réservoir additionnel 27 supérieur. Le remplissage par le fluide cryogénique du ou de chaque réservoir additionnel 27 inférieur se fera sensiblement dans les mêmes conditions que celui du ou de chaque réservoir additionnel 27 supérieur.
Le vidage du ou de chaque réservoir additionnel 27 inférieur résultera uniquement de son exposition thermique, c’est-à-dire du réchauffage du fluide cryogénique remplissant le réservoir additionnel 27 inférieur. Le vidage du ou de chaque réservoir additionnel 27 supérieur en revanche se fera à la fois sous l’effet de l’échauffement du fluide cryogénique stocké dans le réservoir additionnel 27, mais également sous l’effet de la gravité. Il est à noter que la contribution de la gravité est faible, du fait de la faible densité du fluide cryogénique liquide.
Un quatrième mode de réalisation va maintenant être détaillé, en référence à la . Seuls les points par lesquels ce quatrième mode de réalisation diffère du troisième seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisations seront désignés par les mêmes références.
Dans le quatrième mode de réalisation, le ou chaque tube 54 est plus court. Par ailleurs, son extrémité 57 forme une crosse pointant vers le bas. Du fait de cette orientation, quand le niveau de fluide cryogénique augmente à l’intérieur du volume de réception 5, le fluide cryogénique liquide ne pénètre dans le ou chaque réservoir additionnel 27 inférieur que quand la pression a suffisamment augmenté.
Un cinquième mode de réalisation va maintenant être détaillé, en référence à la . Seuls les points par lesquels le cinquième mode de réalisation se différencie du premier seront décrits ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références.
Dans le cinquième mode de réalisation, un premier réservoir additionnel 27 communique fluidiquement avec le volume de réception 5 par l’intermédiaire d’un ajutage calibré 29, et un second réservoir additionnel 27 ne communique pas directement avec le volume de réception 5. Le second réservoir additionnel 27 communique fluidiquement avec le premier réservoir additionnel 27 par un conduit de liaison 59. Dans l’exemple représenté, l’unité de stockage comporte deux premiers réservoirs additionnels 27, et deux seconds réservoirs additionnels 27.
De préférence, le ou chaque premier réservoir additionnel 27 est un réservoir additionnel 27 supérieur, et le ou chaque second réservoir additionnel 27 est un réservoir additionnel 27 inférieur.
Typiquement, l’unité de stockage comporte deux réservoirs additionnels 27 supérieurs, constituant les deux premiers réservoirs additionnels 27, et deux réservoirs additionnels 27 inférieurs, constituant les deux seconds réservoirs additionnels 27.
Ainsi, le premier réservoir additionnel 27 et le second réservoir additionnel 27 se comportent comme un réservoir de volume double pour le remplissage et le vidage.
Quand le fluide cryogénique contenu dans le second réservoir additionnel 27 commence à se dilater ou à bouillir sous l’effet des transferts thermiques, ce fluide est conduit dans le premier réservoir additionnel 27 par le conduit de liaison 59, puis passe dans le volume de réception 5 à travers l’ajutage 29.
En variante, plusieurs seconds réservoirs additionnels sont raccordés à un même premier réservoir additionnel, en série et/ou en parallèle. Par exemple, quand plusieurs réservoirs additionnels 27 sont agencés le long de la même partie d’angle 33, un seul de ces réservoirs additionnels 27 est raccordé directement au volume de réception 5 par un ajutage 29 et constitue un premier réservoir additionnel. Les autres réservoirs additionnels sont raccordés fluidiquement en série ou en parallèle au premier réservoir additionnel, mais n’ont pas de communication directe avec le volume de réception.
Un sixième mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé, en référence à la . Seuls les points par lesquels ce sixième mode de réalisation se différencie du cinquième seront décrits ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.
Dans le sixième mode de réalisation, un seul réservoir additionnel 27 est mis en communication avec le volume de réception par un ajutage calibré 29. Tous les autres réservoirs additionnels 27 sont raccordés en série ou en parallèle au premier réservoir additionnel 27, par des conduits de liaison 59.
De préférence, le premier réservoir additionnel 27 est un réservoir additionnel 27 supérieur.
Dans l’exemple représenté, l’un des deux réservoirs additionnels 27 supérieurs constitue le premier réservoir additionnel 27.
L’un des deux réservoirs additionnels 27 inférieurs est directement raccordé fluidiquement au premier réservoir additionnel 27 par un conduit de liaison 59.
L’autre réservoir additionnel 27 supérieur est lui aussi directement raccordé au premier réservoir additionnel 27 par un conduit de liaison 59.
Enfin, l’autre réservoir additionnel 27 inférieur est raccordé par un conduit de liaison 59 à l’autre réservoir additionnel 27 supérieur.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, tous les réservoirs additionnels 27 peuvent être assimilés à un réservoir additionnel unique, communiquant fluidiquement avec le volume de réception 5 par un même ajutage 29.
En conséquence, tout le flux de fluide cryogénique échangé entre le volume de réception 5 et le ou les réservoirs additionnels 27 passe par le même ajutage 29. Ceci permet d’avoir plus de latitude pour ajuster le diamètre des trous de l’ajutage 29 en fonction du comportement souhaité pour les transferts de fluide cryogénique entre les réservoirs additionnels 27 et le volume de réception 5.
Dans le cas d’une unité de stockage d’hydrogène cryogénique, la molécule d’hydrogène est très petite et l’hydrogène gazeux ou liquide est très peu visqueux, quatre fois moins visqueux que le méthane. Ainsi, pour un diamètre de trou donné, le temps nécessaire à faire passer un volume d’hydrogène donné d’un côté à l’autre du trou est sensiblement proportionnel au volume considéré. Du fait que le fluide cryogénique contenu dans tous les réservoirs additionnels 27 doit passer dans le même ajutage 29 dans le sixième mode de réalisation, les trous de cet ajutage 29 seront choisis avec un diamètre plus grand que dans le premier mode de réalisation. Ceci est favorable pour la fabrication de l’unité de stockage 1.
En effet, dans le premier mode de réalisation, les trous des ajutages 29 auront un diamètre typiquement d’environ 0,7 millimètres. Percer un trou de 0,7 millimètres dans la paroi du réservoir interne 3, qui présente une épaisseur de l’ordre de 4 millimètres, est une opération délicate.
Dans le sixième mode de réalisation, il est possible d’utiliser des trous ayant un diamètre quatre fois supérieur, du fait que le volume de fluide cryogénique contenu dans les quatre réservoirs additionnels 27 doit transiter par le même ajutage 29. La réalisation de trous d’un diamètre de 2,5 millimètres est beaucoup plus facile.
Comme décrit plus haut, l’unité de stockage comprend une isolation thermique 15.
L’isolation thermique 15 couvre à la fois le réservoir interne 3 et le ou les réservoirs additionnels 27.
Comme visible notamment sur la , l’isolation thermique 15 présente, pour le ou chaque réservoir additionnel 27, une première zone 61 plaquée contre un sommet du ou de chaque réservoir additionnel 27, et des secondes zones 63 plaquées contre le réservoir interne 3, circonférentiellement de part et d’autre dudit réservoir additionnel 27.
Circonférentiellement est ici entendu comme signifiant suivant la direction circonférentielle autour de l’axe central.
L’isolation thermique 15 délimite ainsi des poches 65, agencées circonférentiellement de part et d’autre du ou de chaque réservoir additionnel 27 et jouxtant ledit ou chaque réservoir additionnel 27.
Typiquement, et comme décrit ci-dessus, l’unité de stockage 1 comprend plusieurs réservoirs additionnels 27, répartis circonférentiellement autour de l’axe central.
Dans ce cas, l’isolation thermique 15 présente, pour chaque réservoir additionnel 27, une première zone 61 plaquée contre le sommet dudit réservoir additionnel 27.
L’isolation thermique 15 comprend également plusieurs secondes zones 63, chaque seconde zone 63 s’étendant entre deux réservoirs additionnels 27 voisins. Comme visible sur la , la seconde zone 63 est située entre deux poches 65 jouxtant chacune l’un des deux réservoirs additionnels 27 voisins.
La seconde zone 63 délimite ainsi les deux poches 65.
Chaque poche 65 est délimitée vers l’axe central par la surface externe du réservoir interne 3. Elle est délimitée latéralement d’un côté par le réservoir additionnel 27, et d’un autre côté par l’isolation thermique 15.
Chaque poche 65 présente donc, considérée en section perpendiculairement à l’axe central, une forme générale triangulaire.
Chaque poche 65 s’étend axialement sur toute la longueur du réservoir additionnel 27 qu’elle jouxte.
Avantageusement, il est prévu, dans l’unité de stockage 1, des passages permettant de mettre en communication fluidiquement les différentes poches 65 avec l’espace intermédiaire 13. Ceci permet d’accélérer la mise au vide de l’espace intermédiaire 13, au moment de la mise en service de l’unité de stockage 1.
Plus précisément, l’unité de stockage 1 comporte au moins un passage circonférentiel 67, ménagé sous le ou chaque réservoir additionnel 27, et mettant en communication fluidique les poches 65 agencées circonférentiellement de part et d’autre dudit réservoir additionnel 27.
Typiquement, plusieurs passages circonférentiels 67 sont prévus sous le ou chaque réservoir additionnel 27, comme illustré sur la . Ces passages circonférentiels 67 sont répartis axialement sur la plus grande partie de la longueur du réservoir additionnel 27, et sont typiquement régulièrement espacés axialement les uns des autres.
Quand le réservoir additionnel 27 est un tube à section fermée, comme illustré sur les figures 2, 5 et 7 à 11, chaque passage circonférentiel 67 est par exemple constitué d’une rainure en creux, ménagée dans la face interne 69 du tube.
La face interne 69 du tube est tournée vers le réservoir interne 3 et est en contact au moins partiellement avec celui-ci. Elle est tournée à l’opposé du sommet du réservoir additionnel 27.
Quand le réservoir additionnel 27 est une coque du type illustré sur les figures 1 et 6, le ou chaque passage circonférentiel 67 est par exemple un tube traversant le réservoir additionnel 27, et débouchant à ses deux extrémités dans les poches 65 situées de part et d’autre du réservoir additionnel 27.
Avantageusement, l’unité de stockage 1 comporte encore au moins un autre passage circonférentiel 71 ménagé sous la ou chaque seconde zone 63 et mettant en communication fluidiquement les poches 65 situées de part et d’autre de ladite seconde zone 63.
Comme illustré sur la , l’unité de stockage 1 comporte, pour chaque seconde zone 63, plusieurs autres passages circonférentiels 71, répartis axialement le long de la seconde zone 63. Typiquement, ces autres passages circonférentiels 71 sont régulièrement répartis axialement.
Par exemple, chaque autre passage circonférentiel 71 est délimité par un relief en saillie 73 formé par le réservoir interne 3. Comme visible sur les figures 3 et 11, les reliefs en saillie 73 sont formés dans la partie tubulaire interne 7 du réservoir interne 3, et font saillie vers l’extérieur du réservoir interne 3 par rapport au reste de la partie tubulaire 7. Chaque relief en saillie 73 comporte deux nervures circonférentielles 75, parallèle l’une à l’autre, et décalées axialement l’une par rapport à l’autre. Ces nervures circonférentielles 75 délimitent entre elles l’autre passage circonférentiel 71.
L’isolation thermique 15 est plaquée sur le sommet des nervures circonférentielles 75, l’autre passage circonférentiel 71 formant un creux entre les deux nervures circonférentielles 75 et n’étant pas obturé par l’isolation thermique 15.
Comme visible sur la , l’isolation thermique 15 comporte plusieurs nappes 79, 81, 83 enroulées autour du réservoir interne 3 et du ou de chaque réservoir additionnel 27.
Chaque nappe 79, 81, 83 est une feuille 77 de matériau isolant thermiquement, qui comprend elle-même une pluralité de fines couches métalliques superposées les unes sur les autres, et de couches de fibres intercalées entre les couches métalliques.
Les nappes 79, 81, 83 sont décalées axialement les unes par rapport aux autres et ont des bords respectifs qui se recouvrent mutuellement. Les bords qui se recouvrent définissent des zones de recouvrement.
Par exemple, les nappes 79, 81, 83 sont enroulées perpendiculairement autour du réservoir interne 3 et du ou de chaque réservoir additionnel 27.
Dans l’exemple représenté sur la , l’isolation thermique 15 comporte trois nappes, une première nappe 79 enroulée autour d’une extrémité axiale du réservoir interne 3, une seconde nappe 81 enroulée autour de la partie centrale du réservoir interne 3, avec une zone 85 de recouvrement de la première nappe 79, et une troisième nappe 83 enroulée autour de l’autre extrémité axiale du réservoir interne 3, avec une zone 87 de recouvrement de la seconde nappe 81.
En variante, l’isolation thermique 15 comporte un nombre de nappes différent de trois, par exemple seulement deux nappes, ou quatre nappes, ou plus de quatre nappes.
Comme visible sur les figures 4 et 11, au moins un tube 89 est glissé entre les bords des tours qui se recouvrent, et met en communication fluidique l’une des poches 65 avec l’espace intermédiaire 13.
Dans l’exemple représenté dans la , un tube 89 est glissé entre les bords de la première nappe 79 et de la seconde nappe 81 qui se recouvrent, dans la zone de recouvrement 85. Un tube 91 est glissé entre les bords de la seconde nappe 81 et de la troisième nappe 83 qui se recouvrent, dans la zone de recouvrement 87.
Chaque tube 89, 91 présente une extrémité débouchant dans une poche 65, et une extrémité opposée débouchant dans l’espace intermédiaire 13.
En variante, plusieurs tubes sont glissés dans la zone de recouvrement de deux nappes données. Ces tubes sont répartis circonférentiellement autour de l’axe central, et débouchent dans différentes poches.
Par exemple, seule la zone de recouvrement de deux nappes données est équipée de tubes. Les autres zones de recouvrement ne sont pas équipées de tubes.
En variante, les zones de recouvrement de plusieurs nappes sont équipées de tube, voire même toutes les zones de recouvrement sont équipées de tubes.
Comme visible sur la , l’isolation thermique 15 couvre non seulement la partie tubulaire 7 du réservoir interne 3, mais également les fonds internes 9.
Avantageusement, au moins un autre tube 93 est glissé entre chaque fond interne 9 et l’isolation thermique 15.
Dans l’exemple représenté sur la , l’unité de stockage 1 comporte trois autres tubes 93 pour chaque fond interne 9.
Chaque autre tube 93 présente une première extrémité ouverte 95 débouchant à proximité du centre du fond interne 9, et une seconde extrémité ouverte 97 débouchant dans l’une des poches 65.
Typiquement, la première extrémité 95 du ou de chaque tube 93 débouche à proximité de l’extrémité 19 du tirant central solidarisant les fonds internes 9 l’un à l’autre.
Par exemple, les trois autres tubes 93, s’étendant suivant des directions radiales par rapport à l’axe central, sont sensiblement perpendiculaires entre eux. Ils sont agencés en croix, la suspension 21 constituant l’une des branches de la croix.
L’unité de stockage décrit ci-dessus présente de multiples avantages.
Quand le réservoir externe est formé de deux demi-coques assemblées l’une à l’autre, les demi-coques peuvent être obtenues par emboutissage. Il est ainsi facile de leur conférer une forme appropriée pour loger les réservoirs additionnels. Notamment, il est facile de leurs conférer une section en écran de télévision du type représenté sur les figures.
Le fait de loger le ou les réservoirs additionnels entre le réservoir interne et les parties d’angle du réservoir externe permet de loger à l’intérieur de l’espace intermédiaire des réservoirs additionnels de volumes significatifs, tout en restant dans un gabarit rectangulaire, typiquement dans le gabarit alloué par le constructeur du véhicule automobile pour loger l’unité de stockage.
Quand l’unité de stockage comporte un premier réservoir additionnel communiquant fluidiquement avec le réservoir interne par l’intermédiaire d’un ajutage calibré, et un second réservoir additionnel ne communiquant pas directement avec le réservoir interne mais communiquant fluidiquement avec le premier réservoir additionnel par un conduit de liaison, il est possible de retarder le transfert de fluide cryogénique du volume de réception vers les réservoirs additionnels. Le premier et le second réservoirs additionnels se remplissent plus lentement tant que le niveau de fluide cryogénique à l’intérieur du volume de réception ne recouvre pas l’ajutage calibré. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux quand le premier réservoir additionnel est situé au-dessus de l’axe central et le second réservoir additionnel est situé au-dessous de l’axe central.
Quand l’unité de stockage comprend un orifice de sortie de fluide cryogénique et un conduit d’évacuation raccordant fluidiquement la sortie de fluide cryogénique au volume de réception de fluide cryogénique, au moins un réservoir additionnel étant raccordé fluidiquement au conduit d’évacuation par un conduit de sortie présentant une extrémité distale s’étendant à l’intérieur du conduit d’évacuation et sensiblement parallèle au conduit d’évacuation, le vidage du réservoir additionnel est accéléré. Au moment où le remplissage du réservoir interne débute, le réservoir additionnel stocke une faible quantité de gaz cryogénique. Ceci contribue à allonger le temps de dormance.
Le fait qu’un passage circonférentiel soit ménagé sous le ou chaque réservoir additionnel, et mette en communication fluidique les poches agencées circonférentiellement de part et d’autre dudit réservoir additionnel, permet d’accélérer la mise sous vide de l’espace intermédiaire au moment de la mise en service de l’unité de stockage de fluide cryogénique. La circulation des molécules de fluide piégées dans les poches est facilitée.
Les autres passages circonférentiels, ménagés sous les zones de contact entre l’isolation thermique et le réservoir interne, contribuent au même résultat. Ils permettent aux molécules de fluide piégées dans différentes poches de circuler d’une poche à l’autre et accélèrent l’évacuation de ces molécules de fluide au moment de la mise sous vide.
Le fait de glisser des tubes entre les bords des différentes nappes de l’isolation thermique, enroulées autour du réservoir interne et du ou des réservoirs additionnels, contribue au même résultat. Ces tubes constituent une communication entre les poches et l’espace intermédiaire, c’est-à-dire l’espace situé entre l’isolation thermique et le réservoir externe. Ces tubes permettent aux molécules de fluide piégées dans les poches de sortir des poches.
Le fait de disposer d’autres tubes entre chaque fond interne du réservoir interne et l’isolation thermique permet d’évacuer les molécules de fluide piégés entre l’isolation thermique et chaque fond interne, et de les conduire dans les poches, les molécules de fluide étant évacuées ensuite à partir des poches par les tubes glissés entre les différents tours de la feuille. Ceci contribue à accélérer la mise au vide de l’espace intermédiaire au moment de la mise en service de l’unité de stockage de fluide cryogénique.
L’unité de stockage peut présenter de multiples variantes.
Le réservoir interne n’est pas nécessairement circulaire. Il peut avoir toute autre section pouvant résister à la pression.
De même, le réservoir externe n’a pas nécessairement une section qui s’inscrit dans un rectangle.
L’unité de stockage peut comporter un unique réservoir additionnel, de grand volume, ou au contraire, comme illustré sur les figures, plusieurs réservoirs additionnels de plus petits volumes. La forme du réservoir additionnel, ou des réservoirs additionnels, est fonction de l’espace disponible dans l’espace intermédiaire.
Le réservoir externe pourrait ne pas être constitué de deux demi-coques assemblées l’une à l’autre
Le réservoir externe en variante comporte une virole tubulaire fermée à ses extrémités par des fonds rapportés sur la virole tubulaire. La virole tubulaire présente avantageusement une section en écran de télévision
Claims (11)
- Unité de stockage de fluide cryogénique, l’unité de stockage (1) comprenant :
- un réservoir interne (3), délimitant intérieurement un volume (5) de réception de fluide cryogénique ;
- un réservoir externe (11) ayant un axe central, le réservoir interne (3) étant logé dans le réservoir externe (11), un espace intermédiaire (13) étant ménagé entre le réservoir interne (3) et le réservoir externe (11) ;
- au moins un réservoir additionnel (27) étant agencé dans l’espace intermédiaire (13) et communiquant fluidiquement avec le volume de réception (5) par l’intermédiaire d’un ajutage calibré (29). - Unité de stockage selon la revendication 1, dans lequel le réservoir externe (11) est formé de deux demi-coques (23) assemblées l’une à l’autre.
- Unité de stockage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le réservoir externe (11) présente, perpendiculairement audit axe central, une section s’inscrivant dans un rectangle, ladite section ayant des parties d’angle (33) en vis-à-vis d’angles dudit rectangle, l’unité de stockage (1) ayant au moins un réservoir additionnel (27) agencé entre le réservoir interne (3) et lesdites parties d’angle (33), l’unité de stockage ayant de préférence quatre réservoirs additionnels (27) agencés entre le réservoir interne (3) et lesdites parties d’angle (33).
- Unité de stockage selon la revendication 1, dans lequel l’unité de stockage (1) comprend au moins deux réservoirs additionnels (27) agencés entre le réservoir interne (3) et une même desdites parties d’angle (33).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins un réservoir additionnel (27) comporte un premier réservoir additionnel communiquant fluidiquement avec le réservoir interne (3) par l’intermédiaire d’un ajutage calibré (29), et au moins un second réservoir additionnel (27) communiquant fluidiquement avec le premier réservoir additionnel (27) par un conduit de liaison (59).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’unité de stockage (1) comprend un orifice de sortie de fluide cryogénique (45) et un conduit d’évacuation (47), le conduit d’évacuation (47) raccordant fluidiquement la sortie de fluide cryogénique (45) au volume de réception (5), l’au moins un réservoir additionnel (27) étant raccordé fluidiquement au conduit d’évacuation (47) par un conduit de sortie (49) présentant une extrémité distale (51) s’étendant à l’intérieur du conduit d’évacuation (47) et sensiblement parallèle au conduit d’évacuation (47).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’unité de stockage (1) comprend une isolation thermique (15) placée dans l’espace intermédiaire (13), l’isolation thermique (15) ayant une première zone (61) plaquée contre un sommet du ou de chaque réservoir additionnel (27) et deux secondes zones (63) plaquées contre le réservoir interne (3), circonférentiellement de part et d’autre dudit réservoir additionnel (27), l’isolation thermique (15) délimitant ainsi des poches (65) agencées circonférentiellement de part et d’autre du ou de chaque réservoir additionnel (27) et jouxtant ledit réservoir additionnel (27).
- Unité de stockage selon la revendication 6, dans lequel au moins un passage circonférentiel (67) est ménagé sous le ou chaque réservoir additionnel (27) et met en communication fluidique les poches (65) agencées circonférentiellement de part et d’autre dudit réservoir additionnel (27).
- Unité de stockage selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l’unité de stockage comprend au moins deux réservoirs additionnels (27), une des secondes zones (63) étant située entre deux poches (65) jouxtant chacune l’un des deux réservoirs additionnels (27), au moins un autre passage circonférentiel (71) étant ménagé sous ladite seconde zone (63) et mettant en communication fluidique lesdites poches (65) situées de part et d’autre de ladite seconde zone (63).
- Unité de stockage selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel l’isolation thermique (15) comprend plusieurs nappes (79, 81, 83) enroulées autour du réservoir interne (3) et de l’au moins un réservoir additionnel (27), les nappes (79, 81, 83) étant décalées axialement les unes par rapport aux autres et ayant des bords qui se recouvrent, au moins un tube (89, 91) étant glissé entre lesdits bords qui se recouvrent et mettant en communication fluidique au moins l’une des poches (65) avec l’espace intermédiaire (13).
- Unité de stockage selon l’une des revendications 6 à 9, dans lequel le réservoir interne (3) comprend une partie tubulaire interne (7) et deux fonds internes (9) fermant la partie tubulaire interne (7) à des extrémités opposées, le ou chaque réservoir additionnel (27) étant agencé contre la partie tubulaire interne (7), l’isolation thermique (15) couvrant la partie tubulaire interne (7) et les fonds internes (9), au moins un autre tube (93) étant glissé entre chaque fond interne (9) et l’isolation thermique (15) et présentant une première extrémité ouverte (95) débouchant à proximité d’un centre dudit fond interne (9) et une seconde extrémité ouverte (97) débouchant dans l’une des poches (65).
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE395656A (fr) * | 1932-04-19 | 1933-05-31 | Procede et appareil pour la distribution de gaz | |
| DE644147C (de) * | 1934-05-15 | 1937-04-24 | Naamlooze Vennootschap Machine | Behaelter fuer unter Druck stehende Gase, Daempfe und Fluessigkeiten |
| FR1254987A (fr) * | 1960-01-19 | 1961-03-03 | Gaz De France | Réservoir perfectionné pour le stockage du méthane liquide, notamment sur les méthaniers |
| US3659742A (en) * | 1969-12-30 | 1972-05-02 | Nissan Motor | Liquefied fuel gas container |
| JPH06213397A (ja) * | 1993-01-18 | 1994-08-02 | Nippon Steel Corp | 圧力容器 |
| US20080209915A1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-04 | Gregory Charles Harper | Storage tank for a cryogenic fluid with a partitioned cryogen space |
| WO2018212647A1 (fr) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | Advanced Lightweight Engineering B.V. | Récipient sous pression pour le stockage de fluides sous pression et véhicule comprenant un tel récipient sous pression |
| US11137112B2 (en) * | 2015-11-25 | 2021-10-05 | Raytheon Technologies Corporation | Composite pressure vessel assembly with an integrated nozzle assembly |
Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
| FR2114209A5 (fr) | 1970-11-19 | 1972-06-30 | Graphic Engineers Inc | |
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| FR2114229A5 (en) | 1970-11-20 | 1972-06-30 | Schlumberger Cie N | Fluidic stop-motion - for detecting breakage of rovings |
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-
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-
2022
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE395656A (fr) * | 1932-04-19 | 1933-05-31 | Procede et appareil pour la distribution de gaz | |
| DE644147C (de) * | 1934-05-15 | 1937-04-24 | Naamlooze Vennootschap Machine | Behaelter fuer unter Druck stehende Gase, Daempfe und Fluessigkeiten |
| FR1254987A (fr) * | 1960-01-19 | 1961-03-03 | Gaz De France | Réservoir perfectionné pour le stockage du méthane liquide, notamment sur les méthaniers |
| US3659742A (en) * | 1969-12-30 | 1972-05-02 | Nissan Motor | Liquefied fuel gas container |
| JPH06213397A (ja) * | 1993-01-18 | 1994-08-02 | Nippon Steel Corp | 圧力容器 |
| US20080209915A1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-04 | Gregory Charles Harper | Storage tank for a cryogenic fluid with a partitioned cryogen space |
| US11137112B2 (en) * | 2015-11-25 | 2021-10-05 | Raytheon Technologies Corporation | Composite pressure vessel assembly with an integrated nozzle assembly |
| WO2018212647A1 (fr) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | Advanced Lightweight Engineering B.V. | Récipient sous pression pour le stockage de fluides sous pression et véhicule comprenant un tel récipient sous pression |
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