FR3137153A3 - Installation de fourniture de fluide sous pression. - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une installation de fourniture de fluide sous pression, en particulier d’hydrogène comprenant un source (2) de fluide cryogénique, par exemple de l’hydrogène liquéfié, un circuit (3) de soutirage reliée à la source (2) et comprenant une pompe (4) cryogénique, un organe (5) électronique de contrôle du débit de la pompe (4), ledit organe (5) électronique de contrôle étant configuré pour piloter la pompe à l’aide d’un variateur de fréquence qui ajuste la vitesse de la pompe pour ajuster le débit et via une vanne (6) située dans une ligne (7) de dérivation du circuit (3), la ligne (7) de dérivation comprenant une extrémité amont reliée à la sortie de la pompe (4) et une extrémité aval reliée à l’entrée de la pompe (4) pour permettre de ré-injecteur au moins une partie du flux pompé à l’admission de la pompe. Figure d’abrégé [fig. 1]

Description

Installation de fourniture de fluide sous pression.
L’invention concerne une installation de fourniture de fluide sous pression.
L’invention concerne plus particulièrement une installation de fourniture de fluide sous pression, en particulier d’hydrogène comprenant un source de fluide cryogénique, par exemple de l’hydrogène liquéfié, un circuit de soutirage relié à la source et comprenant une pompe cryogénique, un organe électronique de contrôle du débit de la pompe.
Des acteurs du transport utilisent le stockage d’hydrogène sous forme liquide. En effet, comparé aux autres formes de stockages (gaz ou solide), les avantages du stockage liquide résident dans la densité d’énergie stockée à basse pression.
Des applications nécessitent le pompage d’hydrogène liquide. Comme toutes les pompes hydrauliques, les pompes cryogéniques sont soumises à une étendue de débit/pression limitée. Dans la littérature technique, le ratio de débit minimal sur le débit maximal est généralement de 1 pour 6.
Dans certaines applications, des débits de 5% à 100% du débit maximal sont cependant demandés.
Plusieurs solutions existent pour augmenter l’étendue de débit délivré depuis un réservoir cryogénique. Une solution consiste à prévoir plusieurs pompes en parallèles de débit volumiques plus faibles. Une autre solution consiste à installer des pompes volumétriques encaissant plus facilement des variations de débit mais celles-ci génèrent des fortes variations de pression, typiquement plusieurs bar ou dizaines de bar.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, l’installation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que l’organe électronique de contrôle étant configuré pour piloter la pompe à l’aide d’un variateur de fréquence qui ajuste la vitesse de la pompe pour ajuster le débit fourni, l’organe électronique étant également configuré pour piloter une vanne située dans une ligne de dérivation du circuit, la ligne de dérivation comprenant une extrémité amont reliée à la sortie de la pompe et une extrémité aval reliée à l’entrée de la pompe pour permettre de ré-injecter au moins une partie du flux pompé à l’admission de la pompe.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le circuit de soutirage comprend, en aval de la pompe, un évaporateur configuré pour vaporiser le flux pompé.
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Brève description des figures
est une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un exemple de réalisation de l’invention.
L’installation 1 de fourniture de fluide sous pression, en particulier d’hydrogène illustrée comprend une source de fluide cryogénique, par exemple de l’hydrogène liquéfié, un circuit 3 de soutirage reliée à la source 2 et comprenant une pompe 4 cryogénique. En aval de la pompe 4, un évaporateur peut être prévu pour vaporiser le flux pompé et fournir du gaz sous pression pour remplir des réservoirs. La pression et/ou la température du fluide peut être mesurée par des capteurs appropriés dans le circuit 3.
L’installation 1 comprend en outre un organe 5 électronique de contrôle du débit de la pompe 4 (par exemple comprenant un microprocesseur).
L’organe 5 électronique de contrôle est configuré pour piloter la pompe à l’aide d’un variateur de fréquence qui ajuste la vitesse de la pompe pour ajuster le débit délivré (du type, par exemple « VFD »).
L’organe 5 électronique de contrôle pilote également une vanne 6 située dans une ligne 7 de dérivation du circuit 3. Cette ligne 7 de dérivation comprend une extrémité amont reliée à la sortie de la pompe 4 et une extrémité aval reliée à l’entrée de la pompe (admission) pour permettre de ré-injecteur au moins une partie du flux pompé à l’admission de la pompe.
C’est-à-dire que l’installation 1 comprend un circuit de réinjection post-pompe 4. Ce circuit 7 de réinjection renvoie l'excédent de débit sortant de la pompe 4 directement à l’admission de la pompe 4.
Ainsi, il y a deux actionneurs (variateur de fréquence et vanne 6 de bypass) pour contrôler deux variables du procédé (le débit que traite la pompe 4) et l'augmentation de pression qu'elle engendre en aval. Le bypass 7 ne fonctionne de préférence que si le fluide est suffisamment sous-refroidi à l'entrée de la pompe 4 (pas de génération de bulles) ou pendant de très courts instants.
Le contrôle par variation de fréquence (VFD) fonctionne quant à lui de préférence tout le temps.
En variante ce débit peut être renvoyé dans le réservoir 2 source. La circulation de fluide est permise grâce à la pression motrice de sortie pompe. Le débit utile Q2 (fourni en aval de la pompe 4) et le débit réinjecté Q3 peuvent être pilotés grâce à des dispositifs de contrôle de débit (type vannes de régulation) sur les circuits respectifs, en complément du pilotage de la pompe 4 lui-même pour ajuster le débit total Q1 prélevé de la source. Ceci permet de contrôler également les pressions P1, P2, P3 correspondantes.
Une particularité des liquides cryogéniques réside également dans leur forte tendance à flasher lors des transferts (création de bulles dans l’écoulement lorsque la pression de l’écoulement est en dessous du point de saturation à une température donnée). Si la pompe 4 est by-passée avec des débits importants, un entretien de bulles dû à l’inefficacité thermique de la pompe serait problématique (baisse des performances).
L’utilisation d’un pot séparateur de phase en sortie de la vanne de by-pass, ou un bain de fluide cryogénique pour la pompe 4 peut être bénéfique en complément de la stratégie de régulation précitée.
La solution améliore le débit minimal opérable en toute stabilité pour la pompe 4 par rapport à son point de fonctionnement nominal. Ce débit minimum opérable est théoriquement égal au seul débit nécessaire pour lutter contre les entrées thermiques statiques naturelles du système de pompage.
La solution procure une simplification du système global (pas de pompes en parallèles).
De plus, l’intégration est simplifiée dans une enceinte isolée (sous vide ou non) grâce à une intégration locale.
Ceci permet en outre de réduire les coûts avec une plage de réglage de près de quelques pourcents à 100%.
Ceci permet d’opérer tout le temps au point de rendement maximum de la pompe 4, à la bonne vitesse.
Le contrôle de la pompe 4 peut prévoir des boucles de contrôle en cascade dans un champ de compression connu, le variateur de fréquence (VFD) contrôlant le rendement en visant un débit cible.
Selon une autre stratégie de contrôle possible le bypass 7, 6 contrôle le débit, et le contrôle de fréquence (VFD) contrôle la vitesse et donc le taux de compression.

Claims (2)

  1. Installation de fourniture de fluide sous pression, en particulier d’hydrogène comprenant un source (2) de fluide cryogénique, par exemple de l’hydrogène liquéfié, un circuit (3) de soutirage relié à la source (2) et comprenant une pompe (4) cryogénique, un organe (5) électronique de contrôle du débit de la pompe (4), ledit organe (5) électronique de contrôle étant configuré pour piloter la pompe (4) à l’aide d’un variateur de fréquence qui ajuste la vitesse de la pompe pour ajuster le débit fourni, l’organe (5) électronique étant également configuré pour piloter une vanne (6) située dans une ligne (7) de dérivation du circuit (3), la ligne (7) de dérivation comprenant une extrémité amont reliée à la sortie de la pompe (4) et une extrémité aval reliée à l’entrée de la pompe (4) pour permettre de ré-injecter au moins une partie du flux pompé à l’admission de la pompe (4).
  2. Installation selon la revendication 1, caractérisée le circuit (3) de soutirage comprend, en aval de la pompe (4), un évaporateur configuré pour vaporiser le flux pompé.
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