FR3140867A1 - Installation comprenant un dispositif de regulation d’une concentration en dihydrogene - Google Patents

Installation comprenant un dispositif de regulation d’une concentration en dihydrogene Download PDF

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Abstract

Une installation, tel qu’un aéronef (100), contient un réservoir de dihydrogène et/ou un circuit de dihydrogène. L’installation comprend une surface située à l’extérieur du réservoir de dihydrogène et du circuit de dihydrogène, la surface en question étant recouverte d’un dispositif (1) de régulation d’une concentration en dihydrogène comprenant un matériau catalyseur d’une réaction d’oxydation du dihydrogène avec l’air ambiant pour oxyder du dihydrogène émanant potentiellement du réservoir et/ou du circuit. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

INSTALLATION COMPRENANT UN DISPOSITIF DE REGULATION D’UNE CONCENTRATION EN DIHYDROGENE
L’invention concerne le domaine des installations contenant un réservoir de dihydrogène et/ou un circuit de dihydrogène. Ces installations correspondent par exemple à des véhicules, en particulier des aéronefs, des véhicules automobiles, des véhicules ferroviaires ou des bateaux, ou encore des installations fixes au sol.
 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
D’une manière connue, le dihydrogène peut constituer une alternative au pétrole dans la propulsion des véhicules, en particulier des aéronefs. En effet, d’une manière particulièrement avantageuse, la réaction d’oxydation du dihydrogène produit de l’eau, ce qui fait du dihydrogène une énergie plus propre que le pétrole. Le dihydrogène peut notamment être utilisé pour alimenter un ensemble de piles à combustible alimentant électriquement un ou plusieurs moteurs électriques de propulsion du véhicule, tel qu’aéronef, ou encore comme carburant, tel que pour un turbopropulseur d’aéronef.
Dans un véhicule comprenant un réservoir de dihydrogène ou un circuit de distribution de dihydrogène, il est souhaitable d’éviter que du dihydrogène puisse s’accumuler dans des endroits non désirés, en particulier dans des espaces fermés ou semi-fermés, par exemple sous un carénage d’un aéronef.
Ainsi, il est souhaitable de fournir une solution qui permette de contrôler la concentration en dihydrogène dans une installation comprenant un réservoir de dihydrogène et/ ou un circuit de dihydrogène.
Il existe des capteurs permettant de mesurer une concentration en dihydrogène. Toutefois, ces capteurs ne permettent de mesurer la concentration en dihydrogène que de façon très locale, à leur emplacement, et de plus ils utilisent une membrane chimique dont le temps de réaction est relativement long. D’autre part, étant donné qu’il s’agit de capteurs, ils permettent de mesurer localement la concentration en dihydrogène, mais ils ne permettent pas de contrôler la concentration en dihydrogène en la faisant diminuer.
A cet effet, selon un premier aspect, il est proposé une installation contenant un réservoir de dihydrogène et/ou un circuit de dihydrogène. L’installation comprend une surface située à l’extérieur du réservoir de dihydrogène et du circuit de dihydrogène, la surface en question étant recouverte d’un dispositif de régulation d’une concentration en dihydrogène comprenant un matériau catalyseur d’une réaction d’oxydation du dihydrogène avec l’air ambiant pour oxyder du dihydrogène émanant potentiellement du réservoir et/ou du circuit.
Selon une disposition particulière, le matériau catalyseur comprend de l’alumine et/ou de l’oxyde de cérium et/ou un platinoïde.
Selon une disposition particulière, le dispositif comprend une pluralité de fils recouverts du matériau catalyseur.
Selon une disposition particulière, les fils sont séparés par plusieurs entretoises isolantes, espacées.
Selon une disposition particulière, les entretoises isolantes sont en forme de billes ou d’ovoïdes.
Selon une disposition particulière, l’installation comprend un organe de détection d’une réaction d’oxydation du dihydrogène, l’organe de détection comprenant de la circuiterie électronique et/ou opto-électronique connectée à chaque fil, de sorte à détecter une réaction d’oxydation du dihydrogène par le matériau oxydant et transmettre une information de détection de dihydrogène à au moins un système de signalisation de l’installation.
Selon une disposition particulière, les fils sont en matériau électriquement conducteur et l’organe de détection comprend un capteur d’impédance de chaque fil adapté pour détecter une variation d’impédance d’au moins l’un des fils correspondant à une réaction d’oxydation à la surface du fil correspondant.
Selon une autre disposition particulière, les fils sont des fibres optiques et l’organe de détection comprend un capteur de température de chaque fibre optique adapté pour détecter une variation de température d’au moins l’une des fibres optiques correspondant à une réaction d’oxydation à la surface de la fibre optique correspondante.
Selon une disposition particulière, les fils sont agencés selon deux directions distinctes, pour former des mailles, et l’organe de détection est adapté pour détecter et localiser la présence de dihydrogène dans une maille.
Selon une disposition particulière, l’installation est un aéronef.
Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d’autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
illustre schématiquement un aéronef comprenant un dispositif de régulation d’une concentration en dihydrogène ;
illustre schématiquement une réaction d’oxydation de dihydrogène au contact d’un matériau catalyseur ;
illustre schématiquement un mode de réalisation du dispositif de régulation d’une concentration en dihydrogène ; et
illustre schématiquement un agencement matériel d’un organe de détection du dispositif de régulation d’une concentration en dihydrogène.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION
Aéronef
En référence à la , il est proposé une installation correspondant à un aéronef 100 contenant un réservoir de dihydrogène et/ou un circuit de dihydrogène et comprenant un dispositif 1 de régulation d’une concentration en dihydrogène.
Il convient de noter que le dispositif 1 de régulation d’une concentration en dihydrogène n’est pas spécifique à un aéronef et peut aussi s’appliquer à tout autre type d’installation sans sortir du cadre de l’invention.
Le dispositif 1 de régulation d’une concentration en dihydrogène est situé dans l’aéronef 100 (ou plus généralement, dans l’installation) à l’extérieur du réservoir de dihydrogène et du circuit de dihydrogène, dans des endroits où il est désiré que le dihydrogène ne puisse pas s’accumuler.
L’aéronef 100 comprend une surface située à l’extérieur du réservoir de dihydrogène et du circuit de dihydrogène, la surface en question étant recouverte du dispositif (1) de régulation d’une concentration en dihydrogène.
Par exemple, l’aéronef 100 contient un réservoir de dihydrogène et un circuit de dihydrogène pour alimenter une ou plusieurs piles à combustible alimentant un ou plusieurs moteurs électriques propulsant l’aéronef 100. Selon un autre exemple, l’aéronef 100 contient un réservoir de dihydrogène et un circuit de dihydrogène pour alimenter en dihydrogène un turbopropulseur fonctionnant par combustion de dihydrogène.
Dispositif de régulation d’une concentration en dihydrogène
Le dispositif 1 comprend un matériau catalyseur d’une réaction d’oxydation du dihydrogène avec l’air ambiant pour oxyder du dihydrogène émanant potentiellement du réservoir et/ou du circuit. Le matériau catalyseur est donc en contact avec l’air ambiant. Le matériau catalyseur comprend de l’alumine et/ou de l’oxyde de cérium et/ou un platinoïde. Selon une disposition particulièrement avantageuse, le platinoïde choisi est du platine et/ou du palladium. Selon le mode de réalisation schématisé sur la , le platinoïde choisi est un dioxyde de platine, aussi connu sous le nom de catalyseur d’Adams. La illustre schématiquement la réaction d’oxydation du dihydrogène pour former de l’eau. Schématiquement, il est résumé comment le dihydrogène et le dioxygène de l’air réagissent avec le dioxyde de platine. Le dihydrogène s’associe à l’oxygène du matériau catalyseur pour former de l’eau. En parallèle, le dioxygène de l’air réagit avec le platine du matériau catalyseur pour reformer du dioxyde de platine.
Agencement du dispositif de régulation d’une concentration en dihydrogène
Le dispositif 1 comprend un matériau catalyseur présent sur une surface interne de l’aéronef 100, à un endroit où il est désiré que le dihydrogène ne puisse pas s’accumuler.
Selon une disposition particulière, toute une surface d’une pièce (comme par exemple la surface extérieure d’une canalisation de dihydrogène, ou le carter d’un réservoir de dihydrogène) de l’aéronef 100, en contact avec l’air ambiant, peut être recouverte avec le matériau catalyseur. La surface peut aussi correspondre à une surface d’un espace fermé ou semi-fermé de l’aéronef 100 dans lequel il convient d’éviter l’accumulation de dihydrogène.
Selon un autre mode de réalisation, illustré sur la , le dispositif 1 comprend une pluralité de fils 4 recouverts du matériau catalyseur. Il est précisé que par fils 4, il est entendu des fils, des bandes ou des cordons.
Selon le mode de réalisation illustré en , les fils 4 peuvent être agencés selon deux directions différentes pour former des mailles, un filet. Lesdites directions sont par exemple perpendiculaires l’une par rapport à l’autre.
En sus, des entretoises 12 isolantes peuvent être disposées, de manière espacée, entre les fils 4. Selon le mode de réalisation représenté , les entretoises 12 isolantes peuvent être en forme de billes ou d’ovoïdes.
Selon un mode de réalisation, les fils 4 peuvent être des fils électriquement conducteurs, recouverts du matériau catalyseur.
Selon un autre mode de réalisation, les fils 4 peuvent être des fibres optiques recouvertes du matériau catalyseur.
Organe de détection
D’une manière particulièrement avantageuse, le dispositif 1 comprend un organe de détection 200 schématisé en . L’organe de détection 200 permet de détecter une réaction d’oxydation du dihydrogène. L’organe de détection 200 comprend de la circuiterie électronique, par exemple opto-électronique, connectée à chaque fil 4, de sorte à détecter une réaction d’oxydation du dihydrogène par le matériau oxydant et transmettre une information de détection de dihydrogène. L’information de détection de dihydrogène peut être transmise à un organe de gestion de la circulation du dihydrogène, ou peut être transmise à un système de signalisation de l’installation, tel qu’à un système d’affichage de l’aéronef 100 pour informer un pilote de l’aéronef 100.
Tel que schématisé sur la , l’organe de détection 200 peut comporter, reliés par un bus de communication 210 : un processeur 201 ; une mémoire vive 202 ; une mémoire morte 203, par exemple de type ROM (« Read Only Memory » en langue anglo-saxonne) ou EEPROM (« Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory » en langue anglo-saxonne) et un gestionnaire d’interfaces d’entrées-sorties 205. D’une manière avantageuse, le gestionnaire d’interfaces d’entrées-sorties 205 permet de piloter un ou plusieurs capteurs 220 reliés aux fils 4.
Le processeur 201 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la mémoire vive 202 à partir de la mémoire morte 203, d’une mémoire externe, d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque le système informatique 200 est mis sous tension, le processeur 201 est capable de lire de la mémoire vive 202 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant la détection, par le processeur 201, d’une réaction d’oxydation du dihydrogène à la surface d’un ou plusieurs fils 4.
Tout ou partie de la détection d’une réaction d’oxydation du dihydrogène à la surface d’un ou plusieurs fils 4 peut ainsi être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un processeur de type DSP (« Digital Signal Processor » en langue anglo-saxonne) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un composant FPGA (« Field Programmable Gate Array » en langue anglo-saxonne) ou ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en langue anglo-saxonne). D’une manière générale, l’organe de détection 200 comporte de la circuiterie électronique adaptée et configurée pour implémenter, sous forme logicielle et/ou matérielle, la détection d’une réaction d’oxydation du dihydrogène à la surface d’un ou plusieurs fils 4.
Selon un mode de réalisation, si les fils 4 sont des conducteurs électriques, alors l’organe de détection 200 comprend des capteurs 220 d’impédance (typiquement des bobines) positionnés sur chaque fil 4. Lorsque du dihydrogène rencontre le matériau catalyseur à la surface d’un dit fil 4, la réaction d’oxydation du dihydrogène produit de la chaleur qui est transmise dans le fil 4 en question, ce qui en modifie l’impédance. Ainsi, les capteurs 220 d’impédance permettent à l’organe de détection 200 de détecter une variation d’impédance sur un ou plusieurs fils 4, et donc d’en déduire la présence de dihydrogène au contact de ce ou ces fils 4.
Selon un autre mode de réalisation, si les fils 4 sont des fibres optiques, alors l’organe de détection 200 comprend des capteurs de température positionnés sur chaque fil. Lorsque du dihydrogène rencontre le matériau catalyseur à la surface d’un fil 4 en fibre optique, la réaction d’oxydation du dihydrogène produit de la chaleur qui est transmise à la fibre optique, ce qui en modifie la température. Ainsi, les capteurs 220 de température permettent de détecter une variation de température d’une ou plusieurs fibres optiques, et donc d’en déduire la présence de dihydrogène au contact de ces fibres optiques.
Selon une disposition technique particulièrement avantageuse, lorsque les fils 4 sont disposés en mailles, en filet, tel que schématisé sur la , les différents capteurs 220 de l’organe de détection 200 permettent de localiser une ou plusieurs mailles sur lesquelles ont eu lieu des réactions d’oxydation du dihydrogène. Schématiquement, la localisation peut être effectuée en assimilant le filet à une matrice bidimensionnelle. La détection d’une réaction d’oxydation sur deux fils 4 formant une maille permet de localiser la réaction d’oxydation sur la maille.
Combinaison avec un dispositif complémentaire de régulation d’une concentration en dihydrogène utilisant des arcs électriques
Selon une disposition particulière, l’aéronef 100 peut aussi comprendre un dispositif complémentaire de régulation d’une concentration en dihydrogène utilisant des arcs électriques.
Le dispositif complémentaire comprend notamment au moins une paire de conducteurs électriques, ainsi qu’au moins un contrôleur sous forme de circuiterie électronique.
Les conducteurs électriques peuvent être des fils métalliques (tels que des fils de cuivre) ou des bandes métalliques.
La paire de conducteurs électriques comprend un premier conducteur électrique et un deuxième conducteur électrique espacés d’une distance prédéterminée. Le contrôleur est configuré pour commander de façon répétitive l’application d’une différence prédéterminée de tension électrique entre le premier conducteur électrique et le deuxième conducteur électrique de façon à ce qu’un arc électrique de puissance contrôlée se forme entre le premier conducteur électrique et le deuxième conducteur électrique, au vu de ladite distance prédéterminée.
Ainsi, étant donné que le dispositif complémentaire produit des arcs électriques de façon répétitive entre les premier et deuxième conducteurs, si du dihydrogène est présent dans l’air ambiant, ces arcs électriques permettent de brûler du dihydrogène et donc d’en réduire la concentration. Cela évite notamment que du dihydrogène puisse s’accumuler dans des endroits non désirés de l’installation. Cela permet de réduire ou de retarder l’accroissement de la concentration en dihydrogène dans l’air. Le fait que les arcs électriques soient produits avec une puissance contrôlée de faible valeur permet une intégration sans impacts sur les éléments environnants, tels que des pièces mécaniques ou d’autres systèmes. Par conséquent, le fait de combiner le dispositif 1 et le dispositif complémentaire permet de réduire davantage et plus rapidement la concentration en dihydrogène dans l’air.
De façon particulière, le contrôleur et l’organe de détection 200 correspondent à un même dispositif.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, le dispositif 1 et le dispositif complémentaire peuvent être combinés lorsque les fils 4 du dispositif 1 sont des fils 4 électriquement conducteurs.
Fixation
Selon une disposition particulièrement avantageuse, les entretoises 12 isolantes peuvent maintenir les fils 4 reliés les uns aux autres.
Selon une autre disposition, les fils 4 peuvent être reliés par une nappe ou un lien. Il est précisé que selon ce mode de réalisation, les fils 4 sont maintenus espacés pour permettre notamment la détection de variation d’impédance susmentionnée.
Selon un mode de réalisation, les fils 4, ainsi que des liens, peuvent être entrelacés pour former un tissage. Il est précisé que, selon ce mode de réalisation, les fils 4 sont maintenus espacés pour permettre notamment la détection de variation d’impédance susmentionnée.
Selon une autre disposition, les fils 4 peuvent être collés sur une surface, comme par exemple une surface externe d’une canalisation de circuit d’hydrogène ou de réservoir d’hydrogène, tout en étant maintenus espacés.

Claims (10)

  1. Installation contenant un réservoir de dihydrogène et/ou un circuit de dihydrogène, caractérisé en ce que l’installation comprend une surface située à l’extérieur du réservoir de dihydrogène et du circuit de dihydrogène, la surface en question étant recouverte d’un dispositif (1) de régulation d’une concentration en dihydrogène comprenant un matériau catalyseur d’une réaction d’oxydation du dihydrogène avec l’air ambiant pour oxyder du dihydrogène émanant potentiellement du réservoir et/ou du circuit.
  2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le matériau catalyseur comprend de l’alumine et/ou de l’oxyde de cérium et/ou un platinoïde.
  3. Installation selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif (1) comprend une pluralité de fils (4) recouverts du matériau catalyseur.
  4. Installation selon la revendication 3, dans laquelle les fils (4) sont séparés par plusieurs entretoises (12) isolantes, espacées.
  5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle les entretoises (12) isolantes sont en forme de billes ou d’ovoïdes.
  6. Installation selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant un organe de détection (200) d’une réaction d’oxydation du dihydrogène, l’organe de détection (200) comprenant de la circuiterie électronique et/ou opto-électronique connectée à chaque fil (4), de sorte à détecter une réaction d’oxydation du dihydrogène par le matériau oxydant et transmettre une information de détection de dihydrogène à au moins un système de signalisation de l’installation.
  7. Installation selon la revendication 6, dans laquelle les fils (4) sont en matériau électriquement conducteur et dans lequel l’organe de détection (200) comprend un capteur (220) d’impédance de chaque fil (4) adapté pour détecter une variation d’impédance d’au moins l’un des fils (4) correspondant à une réaction d’oxydation à la surface du fil (4) correspondant.
  8. Installation selon la revendication 6, dans laquelle les fils (4) sont des fibres optiques et dans laquelle l’organe de détection (200) comprend un capteur (220) de température de chaque fibre optique adapté pour détecter une variation de température d’au moins l’une des fibres optiques correspondant à une réaction d’oxydation à la surface de la fibre optique correspondante.
  9. Installation selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle les fils (4) sont agencés selon deux directions distinctes, pour former des mailles, et dans laquelle l’organe de détection (200) est adapté pour détecter et localiser la présence de dihydrogène dans une maille.
  10. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’installation est un aéronef (100).
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