FR3138493A3 - Dispositif de remplissage d’un réservoir de gaz sous pression, notamment d’hydrogène - Google Patents

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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Dispositif (1) de remplissage d’un réservoir (2) de gaz sous pression, notamment d’hydrogène, comprenant une source (3) configurée pour stocker le gaz, une ligne (4) de transfert configurée pour acheminer le gaz depuis la source (3) vers le réservoir (2), la ligne (4) de transfert étant pourvue d’un module (5) de compression du gaz entre la source (3) et le réservoir (2), caractérisé en ce que le module (5) de compression comprend, disposés en série sur la ligne (4) de transfert en partant de la source (3) vers le réservoir (4), un premier ensemble (51) de compresseur(s) à pistons et un deuxième ensemble (52) de compresseur(s) à membrane. Figure de l’abrégé: 1

Description

Dispositif de remplissage d’un réservoir de gaz sous pression, notamment d’hydrogène
L’invention concerne un dispositif de remplissage d’un réservoir de gaz sous pression, notamment d’hydrogène.
Il s’agit en particulier d’un dispositif comprenant une source configurée pour stocker le gaz, une ligne de transfert configurée pour acheminer le gaz depuis la source vers le réservoir à remplir, la ligne de transfert étant pourvue d’un module de compression du gaz entre la source et le réservoir.
Sur un tel dispositif de remplissage, le module de compression du gaz comprend de façon connue un compresseur d’un type déterminé. Il peut s’agir d’un compresseur à membranes ou d’un compresseur à pistons.
Un compresseur à membranes est utilisé en général sur une ligne de transfert destinée à alimenter un réservoir à haute pression (en général supérieure à 200 bar). Afin de réguler la pression en sortie d’un tel compresseur, la ligne de transfert comporte une branche de dérivation (by-pass) permettant de recycler au moins une partie du gaz à travers ledit compresseur. Toutefois, cette solution de régulation de pression n’est pas efficiente dans la mesure où elle conduit à perdre une partie du travail de compression initialement opéré sur le gaz, c’est-à-dire avant sa réintroduction dans le compresseur à membranes.
Un compresseur à pistons est généralement utilisé pour alimenter un réservoir de grande capacité, ce qui reste compliqué à réaliser à partir d’un compresseur à membranes. Toutefois, à la différence d’un compresseur à membranes, le compresseur à pistons n’est pas adapté pour alimenter un réservoir à haute pression et se révèle très peu flexible pour contrôler le débit en aval d’une ligne de transfert. En effet, les paramètres de contrôle (notamment la pression et la température) du processus d'aspiration et de refoulement par un compresseur à pistons fluctuent très peu.
Ainsi, pour alimenter un réservoir à haute pression (>200 bar) et de grande capacité, les modules de compression tels que prévus à ce jour sur un dispositif de remplissage restent peu satisfaisants. Dès lors, il apparaît un besoin de développer un nouveau module de compression permettant de résoudre tout ou partie des limites de l’art antérieur.
A cet effet, l’invention par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule est caractérisé en ce que le module de compression comprend, disposés en série sur la ligne de transfert en partant de la source vers le réservoir, un premier ensemble de compresseur(s) à pistons et un deuxième ensemble de compresseur(s) à membrane.
Ainsi, en combinant en série sur une même ligne de transfert un premier ensemble de compresseur(s) à pistons et un deuxième ensemble de compresseur(s) à membranes, l’invention permet au dispositif de remplissage de fonctionner sur une large gamme de capacités tout en introduisant une plus grande flexibilité dans le contrôle de paramètres tels que la pression d’aspiration et/ou de refoulement, la température d’aspiration, la variation de débit, etc.
En outre, en positionnant le premier ensemble de compresseur(s) à pistons en amont du deuxième ensemble de compresseur(s) à membranes, l’invention permet de s’affranchir de la présence d’un by-pass au niveau du deuxième ensemble de compresseur(s) à membranes, ouvrant ainsi la voie à des économies d’énergie dans le fonctionnement du dispositif de remplissage.
De façon avantageuse, le dispositif de remplissage peut comprendre les caractéristiques suivantes prises isolément ou selon toute combinaison techniquement possible:
- le premier ensemble de compresseur(s) à pistons est configuré pour délivrer une pression intermédiaire correspondant à une pression d’admission en entrée du deuxième ensemble de compresseur(s) à membranes;
- la ligne de transfert comprend une branche de dérivation configurée pour contourner ou réalimenter le premier ensemble de compresseur(s) à pistons, et une deuxième branche de dérivation configurée pour contourner ou réalimenter le deuxième ensemble de compresseur(s) à membranes;
- le premier ensemble de compresseur(s) à pistons comprend une pluralité de compresseur(s) à pistons disposés en parallèle;
- le deuxième ensemble de compresseur(s) à membranes comprend une pluralité de compresseur(s) à membranes disposés en parallèle.
D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple possible de structure et de fonctionnement de l’invention.
Comme illustré à la , l’invention concerne un dispositif 1 de remplissage d’un réservoir 2 de gaz sous pression, et notamment d’hydrogène. Le dispositif 1 comprend une source 3 configurée pour stocker le fluide, une ligne 4 de transfert configurée pour acheminer le fluide depuis la source 3 vers le réservoir 2 à remplir.
En particulier, la ligne 4 de transfert comprend une extrémité amont 4a reliée à la source 3 et une extrémité aval 4b reliée au réservoir 2 à remplir. En outre, la ligne 4 de transfert est pourvue d’un module 5 de compression de gaz, disposé entre la source 3 et le réservoir 2 à remplir.
Selon l’invention, le module 5 de compression comprend un premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons et un deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes. Le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons et le deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes sont disposés en série sur la ligne 4 de transfert. Plus spécifiquement, le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons est disposé en amont du deuxième ensemble 52 de compresseurs à membranes, c’est-à-dire en sortie de la source 3.
De façon avantageuse le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons comprend au moins un compresseur à pistons multi-étagé. Le deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes comprend au moins un compresseur à membranes mono-étagé.
De façon avantageuse, la ligne 4 de transfert peut comporter une première branche 6 de dérivation configurée pour permettre au gaz de contourner le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons ou de recycler le gaz à travers le premier ensemble 51 de compresseur(s). En outre, la ligne 4 de transfert peut comporter une deuxième branche 7 de dérivation configurée pour permettre au gaz de contourner le deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membrane ou de recycler le gaz à travers le deuxième ensemble 52 de compresseur(s). Chaque branche 6, 7 de dérivation peut être équipée d’une vanne 61, 71.
Grâce à ces branches 6, 7 de dérivation, la ligne 4 de transfert peut fonctionner séquentiellement avec le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons ou le deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membrane ou encore avec aucun de ces ensembles 51, 52.
Dans l’exemple illustré, le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons comprend une pluralité de compresseurs à pistons disposés en parallèle. A chaque compresseur à pistons est associée une première branche 6 de dérivation pourvue d’une vanne 61 de dérivation. De même, le deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes comprend une pluralité de compresseurs à membrane disposés en parallèle. A chaque compresseur à membranes est associée une deuxième branche 7 de dérivation pourvue d’une vanne 71 de dérivation.
En combinant sur la même ligne 4 de transfert un premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons et un deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes, l’invention permet de tirer profit des avantages propres à chacun de deux types de compresseurs en minimisant leurs inconvénients respectifs.
En particulier, l’invention introduit une plus grande flexibilité dans le contrôle des paramètres de fonctionnement du dispositif de remplissage, et notamment dans le contrôle de la pression en aval de la ligne 4 de transfert, et ce sans besoin de recourir à une branche de dérivation (by-pass) destinée à recycler le gaz à travers le deuxième ensemble de compresseur(s) à membranes. Ainsi, il devient possible d’alimenter successivement à travers une même ligne 4 de transfert des réservoirs ayant des pressions nominales de service différentes.
Il est à noter que la flexibilité dans le contrôle des paramètres de fonctionnement du dispositif de remplissage est rendue possible notamment grâce à au moins une technologie associée au premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons et qui permet d’obtenir en sortie de celui-ci une pression intermédiaire Pint réglée en fonction de la pression souhaitée en sortie du deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes.
En d’autres termes, le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons est configuré pour délivrer en sortie une pression intermédiaire Pint qui correspond à une pression d’aspiration en entrée du deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes. Cette pression d’aspiration est déterminée en fonction de la pression de refoulement souhaitée en sortie du deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes.
La technologie de régulation associée au premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons peut être choisie parmi :
  • une vanne de régulation configurée pour être positionnée en entrée du premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons afin de réduire la pression du gaz aspiré et le débit massique du gaz délivré par ledit premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons;
  • une ou des chambres mortes à volume fixe ou variable, prévues à la surface des pistons et configurées pour varier la capacité du premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons.
  • un ou des déchargeurs configurés pour empêcher physiquement un piston de comprimer le gaz en maintenant l’ouverture d’une soupape d’aspiration pendant une partie seulement de la course du piston.
Par ailleurs, en positionnant le premier ensemble 51 de compresseur(s) en amont du deuxième ensemble 52 de compresseur(s), l’invention améliore la fiabilité et la disponibilité de chacun de ces deux ensembles 51, 52 de compresseur(s), et limite les besoins en énergie nécessaire au fonctionnement du module 5 de compression.
En effet, le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons étant situé du côté “basse pression” de la ligne 4 de transfert, il peut fonctionner sur une large gamme de pressions d’aspiration et de refoulement. Par ailleurs, dans la mesure où le premier ensemble 51 de compresseur(s) à pistons permet de réguler la pression d’aspiration en entrée du deuxième ensemble 52 de compresseur(s) à membranes, ce dernier peut délivrer en sortie une pression de refoulement plus stable, limitant ainsi la différence de pression à travers le deuxième 52 ensemble de compresseur(s).

Claims (4)

  1. Dispositif (1) de remplissage d’un réservoir (2) de gaz sous pression, notamment d’hydrogène, comprenant une source (3) configurée pour stocker le gaz, une ligne (4) de transfert configurée pour acheminer le fluide depuis la source (3) vers le réservoir (2), la ligne (4) de transfert étant pourvue d’un module (5) de compression du gaz entre la source (3) et le réservoir (2), caractérisé en ce que le module (5) de compression comprend, disposés en série sur la ligne (4) de transfert en partant de la source (3) vers le réservoir (4), un premier ensemble (51) de compresseur(s) à pistons et un deuxième ensemble (52) de compresseur(s) à membranes.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ensemble (51) de compresseur(s) à pistons est configuré pour délivrer une pression intermédiaire (Pint) correspondant à une pression d’admission en entrée du deuxième ensemble (52) de compresseur(s) à membranes.
  3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la ligne (4) de transfert comprend une branche (6) de dérivation configurée pour contourner ou réalimenter le premier ensemble (51) de compresseur(s) à pistons, et une deuxième branche (7) de dérivation configurée pour contourner ou réalimenter le deuxième ensemble (52) de compresseur(s) à membranes.
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier ensemble (51) de compresseur(s) à pistons comprend une pluralité de compresseur(s) à pistons disposés en parallèle, et en ce que le deuxième ensemble (52) de compresseur(s) à membranes comprend une pluralité de compresseur(s) à membranes disposés en parallèle.
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