FR3140927A3 - Dispositif mobile de remplissage de réservoirs de fluide cryogénique - Google Patents

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Wassim OUAKRIM
Thomas FAYER
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

L’invention concerne un dispositif mobile de remplissage de réservoirs de fluide cryogénique, en particulier de réservoirs d’hydrogène liquéfié, comprenant, disposés sur un support (2) mobile, une première conduite (3) de transfert de liquide, une seconde (7) conduite de transfert de gaz et une conduite (8) de liaison des première et seconde conduites de transfert, la première conduite (3) de transfert ayant une extrémité (4) amont destinée à être accordée à une source de fluide cryogénique, une extrémité (6) aval destinée à être reliée à un réservoir de fluide cryogénique à remplir et une pompe (12) disposée entre ses extrémités amont et aval, la seconde (7) conduite de transfert comprenant une extrémité (10) amont destinée à être accordée à une sortie de gaz d’un réservoir de fluide cryogénique à remplir et une extrémité (9) aval destinée à être reliée à récepteur du gaz récupéré, la conduite (8) de liaison comprenant une vanne (11) configurée pour autoriser ou empêcher la circulation de fluide entre les première (3) et seconde (7) conduites de transfert. Figure d’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif mobile de remplissage de réservoirs de fluide cryogénique
L’invention concerne un dispositif mobile de remplissage de réservoirs de fluide cryogénique, en particulier de réservoir d’hydrogène liquéfié.
L’invention concerne plus particulièrement un dispositif mobile de remplissage de réservoirs de fluide cryogénique, en particulier de réservoirs d’hydrogène liquéfié.
L’invention peut concerner en particulier le remplissage de réservoirs de carburant cryogénique (hydrogène liquide) d’avions.
Ce type de dispositif doit être en mesure de transférer du liquide dans des réservoirs de véhicules variés, récupérer des gaz de vaporisation, assurer une mise en froid de l’ensemble quelle que soit la source de fluide cryogénique.
Une solution connue de transfert est décrite dans le document CN101968160A. Cette solution est cependant inadaptée à assurer les remplissages dans les conditions variées précitées.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu’il comprend, disposés sur un support mobile, une première conduite de transfert de liquide, une seconde conduite de transfert de gaz et une conduite de liaison des première et seconde conduites de transfert, la première conduite de transfert ayant une extrémité amont destinée à être accordée à une source de fluide cryogénique, une extrémité aval destinée à être reliée à un réservoir de fluide cryogénique à remplir et une pompe disposée entre ses extrémités amont et aval, la seconde conduite de transfert comprenant une extrémité amont destinée à être accordée à une sortie de gaz d’un réservoir de fluide cryogénique à remplir et une extrémité aval destinée à être reliée à récepteur du gaz récupéré, la conduite de liaison comprenant une vanne configurée pour autoriser ou empêcher la circulation de fluide entre les première et seconde conduites de transfert.
Le dispositif mobile permet ainsi la connexion entre une source de liquide cryogénique et un réservoir à remplir. Il permet le raccord d’au moins une conduite de transfert de liquide et d’une conduite de retour gaz. Il comporte de préférence des parties flexibles et des raccords de type « raccords rapides » au moins du côté du réservoir à remplir. Ceci réduit les temps de conditionnement et de mise en froid avant et après transfert. La pompe de transfert cryogénique permet un transfert avec des débits relativement importants.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • le dispositif comporte une conduite de dérivation de la pompe et un ensemble de vanne(s) configuré pour permettre un renvoi du fluide pompé à l’admission de la pompe,
  • la première conduite de transfert et/ou la seconde conduite de transfert comporte au moins une vanne, par exemple une vanne d’isolation,
  • l’une au moins des extrémités de la première conduite de transfert et/ou de la seconde conduite de transfert est munie d’un organe de connexion fluidique de type à connexion rapide,
  • l’une au moins des extrémités de la première conduite de transfert et/ou de la seconde conduite de transfert est munie d’un organe de connexion fluidique de type à connexion rapide,
  • l’une au moins des extrémités de la première conduite de transfert et/ou de la seconde conduite de transfert est située au niveau d’une portion flexible de conduite,
  • la portion flexible est raccordée de façon démontable, par exemple via une connexion rapide, au reste de la conduite de transfert concernée,
  • le support mobile comprend un véhicule.
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.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
Brève description des figures
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 :
la est une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un dispositif de remplissage selon l’invention.
 Description détaillée
Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations dans le cadre des revendications.
Le dispositif 1 mobile de remplissage illustré concerne le remplissage de réservoirs de fluide cryogénique, en particulier de réservoirs d’hydrogène liquéfié.
Ce dispositif 1 comprend, disposés sur un support 2 mobile tel qu’un véhicule, une première conduite 3 de transfert de liquide, une seconde 7 conduite de transfert de gaz et une conduite 8 de liaison reliant les première 3 et seconde 7 conduites de transfert.
La première conduite 3 de transfert possède une extrémité 4 amont, par exemple munie d’un raccord rapide, destinée à être accordée à une source de fluide cryogénique. Cette source peut être un stockage fixe ou mobile, un tuyau d’approvisionnement ou tout autre source.
La première conduite 3 de transfert possède une extrémité 6 aval destinée à être reliée à un réservoir 17 de fluide cryogénique à remplir pour lui transférer du liquide cryogénique au niveau d’une entrée de liquide.
A noter que les qualificatifs « amont » et « aval » font référence au sens d’écoulement des fluides en configuration d’utilisation (transfert de liquide et récupération de gaz).
Dans l’exemple illustré, l’extrémité aval 6 de la première 3 conduite de transfert comporte un raccord rapide et est située au niveau d’une portion flexible 18 de conduite. Cette portion flexible 18 de conduite est par exemple raccordée à la partie plus en amont (et par exemple rigide) de la première conduite 3 de transfert. Cette portion flexible 18 peut faire partie du dispositif 1 de remplissage mobile mais pourrait éventuellement faire partie du réservoir 17 à remplir. Dans ce dernier cas, le réservoir 17 à remplir peut être relié à la première conduite 3 de transfert via une portion 18 de conduite flexible faisant partie de l’installation receveuse de liquide cryogénique livré par le dispositif 1.
Le première conduite 3 de transfert possède une pompe 12 disposée entre ses extrémités amont et aval, par exemple une pompe cryogénique de type centrifuge. Cette pompe 12 permet de transmettre le fluide entre la source et le réservoir 17 avec un débit déterminé. La pompe 12 peut être installée dans un bain de liquide cryogénique provenant de la source et à partir duquel elle pompe le liquide à transférer au réservoir 17. Ce bain isolé peut assurer le maintien en froid de la pompe 12.
La première conduite 3 de transfert comprend de préférence au moins une vanne 15, par exemple une vanne d’isolation disposée par exemple en aval de la pompe 12 et en amont de la portion 18 flexible. Cette vanne 15 peut être une vanne de purge (« bleed valve ») et peut remplacer ou suppléer une vanne du même type qui est traditionnellement située du côté du réservoir 17 receveur.
Comme mentionné ci-dessus, les raccords de type rapide permettre la connexion et la déconnection à froid entre les différents éléments de l’installation que sont 1) la source (un réservoir hydrogène liquide mobile ou statique ou un réseau de distribution LH2), 2) le dispositif 1 mobile de remplissage et 3) le réservoir 17. La présence de ce type de raccord rapide n’est pas nécessaire du côté de la source mais est plus importante pour la connexion avec le réservoir 17. Ce type de raccord rapide peut permettre d’éviter des purges. Selon la qualité de l’étanchéité du raccord, il restera potentiellement des petits volumes de gaz à purger, négligeable devant les volumes des conduites et flexibles.
Le dispositif 1 peut comporter également une conduite 13 de dérivation de la pompe 12 et un ensemble de vanne(s) 14 configuré pour permettre un bypass de la pompe 12 ou un renvoi entre la sortie et l’admission de la pompe 12. Cette dérivation peut en particulier servir à refroidir la pompe par recirculation via la dérivation lors d’une opération de mise en froid. Cette dérivation peut également servir à la pressurisation du circuit et en particulier de la première conduite 3 de transfert via le démarrage de la pompe 12 lorsque cette première de conduite 3 de transfert est isolée du réservoir 17 (fermeture de la vanne 15 de la première conduite de transfert et fermeture de la vanne 11 de dérivation et/ou de la vanne 16 de la seconde conduite 7 de transfert).
La seconde 7 conduite de transfert comprend une extrémité 10 amont destinée à être accordée à une sortie de gaz d’un réservoir 17 de fluide cryogénique et une extrémité 9 aval destinée à être reliée à un receveur de gaz récupéré.
Comme pour la première conduite 3 de transfert (de liquide), l’extrémité amont 10 de la seconde 7 conduite de transfert peut comporter un raccord rapide et qui peut être située au niveau d’une portion flexible 19 de conduite. Cette portion flexible 19 de conduite est par exemple raccordée par un raccord rapide à une portion rigide de la seconde conduite 7 de transfert. Cette portion flexible 19 peut faire partie du dispositif 1 de remplissage mobile mais pourrait faire partie du réservoir 17 à remplir.
Comme illustré, la seconde conduite 7 de transfert comprend de préférence au moins une vanne 16, par exemple une vanne d’isolation disposée par exemple en aval la portion 19 flexible (selon le sens d’écoulement du gaz du réservoir vers le dispositif 1 de transfert).
La conduite 8 de liaison assura une liaison entre les première 3 et seconde 7 conduites de transfert. Par exemple, la conduite 8 de liaison possède une première extrémité raccordée entre la sortie de la pompe 12 et la vanne 15 de la première conduite 7 de transfert. La seconde extrémité la conduite 8 de liaison est par exemple raccordée en aval de la vanne 16 de la seconde conduite 19 de transfert.
La conduite 8 de liaison comprend une vanne 11, par exemple une vanne d’isolation, configurée pour autoriser ou empêcher la circulation de fluide entre les première 3 et seconde 7 conduites de transfert.
Le dispositif 1 peut ainsi être un camion avitailleur pour assurer le remplissage des réservoirs d’hydrogène liquide dans des avions.
Le dispositif peut comporter plusieurs premières conduites 3 de transfert de liquide, ou une première conduite 3 de transfert comprenant plusieurs extrémités aval pour permettre, par exemple un remplissage de plusieurs réservoirs en même temps.
Le dispositif 1 a une structure qui permet de démarrer une mise en froid des conduites 3, 7 et flexibles 18, 19 raccordés à la source avant la connexion avec le réservoir 17 à remplir. Ceci permet la mise en route de la pompe 12, puis sa mise en froid et la mise en froid des lignes.
Lorsque les conduites et flexibles 18, 19 sont chaudes, dès que le dispositif 1 est raccordé à la source (non représentée), la mise en froid peut être démarrée. Les deux vannes d’isolation 10, 11 des deux conduites 3, 7 sont maintenues fermées et la vanne 11 de la conduite 8 de liaison est ouverte pendant quelques minutes pour la mise en froid des lignes et flexibles du côté de la source reliée au dispositif 1.
Cette vanne 11 permet ainsi de conditionner les conduites 3, 7 du dispositif et les portions de circuit (flexibles par exemple) reliées à la source indépendamment de la connexion avec le réservoir 17 (qui est isolé du dispositif 1 via la fermeture des vannes 15, 16).
La vanne14 de la conduite 13 de dérivation permet de mettre en route la pompe 12 en faisant circuler du fluide en boucle entre la sortie et l’entrée de la pompe 12. Ceci peut également être réalisé en faisant circuler le flux fourni par la pompe 12 via la conduite 8 de dérivation (vanne 11 ouverte) via la seconde conduite 7 de transfert. Ceci peut assurer la pressurisation du circuit et de la première conduite 3 de transfert via le démarrage de la pompe 12 pour atteindre la pression de livraison.
Après la connexion avec le réservoir 17, le gaz contenu dans la portion flexible 18 et la première conduite 3 peut être envoyé vers le réservoir 17. C’est-à-dire que le gaz situé dans les parties du circuit proche du réservoir 17 peut être « poussé » vers le réservoir 17 au début du remplissage.
Lors du remplissage du réservoir 17 avec du liquide la vanne 11 de la conduite 8 de liaison et la vanne 14 de la conduite 13 de dérivation sont de préférence fermées et les vannes 15, 16 des première et deuxième conduites sont ouvertes pour transférer le liquide et récupérer le gaz le cas échéant.
C’est-à-dire qu’il y a circulation de gaz liquéfié depuis la source vers le réservoir 17 et, simultanément ou non, circulation de gaz depuis le réservoir 17 vers un système de récupération de ce gaz (dans la source ou un réseau ou autre).
A la fin du remplissage, les portions flexibles 18, 19 peuvent être déconnectés à froid grâce aux raccords rapides isolée et sont maintenus froides passivement via leur isolation thermique pour les prochaines livraisons.
Les vannes 16, 15 permettent d’isoler les conduites 7, 3 de transfert du réservoir à remplir. Ceci permet une mise en froid du dispositif avant la connexion avec le réservoir 17 à remplir.

Claims (7)

  1. Dispositif mobile de remplissage de réservoirs de fluide cryogénique, en particulier de réservoirs d’hydrogène liquéfié, comprenant, disposés sur un support (2) mobile, une première conduite (3) de transfert de liquide, une seconde (7) conduite de transfert de gaz et une conduite (8) de liaison des première et seconde conduites de transfert, la première conduite (3) de transfert ayant une extrémité (4) amont destinée à être accordée à une source de fluide cryogénique, une extrémité (6) aval destinée à être reliée à un réservoir de fluide cryogénique à remplir et une pompe (12) disposée entre ses extrémités amont et aval, la seconde (7) conduite de transfert comprenant une extrémité (10) amont destinée à être accordée à une sortie de gaz d’un réservoir de fluide cryogénique à remplir et une extrémité (9) aval destinée à être reliée à récepteur du gaz récupéré, la conduite (8) de liaison comprenant une vanne (11) configurée pour autoriser ou empêcher la circulation de fluide entre les première (3) et seconde (7) conduites de transfert.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une conduite de dérivation de la pompe (12) et un ensemble de vanne(s) (14) configuré pour permettre un renvoi du fluide pompé à l’admission de la pompe (12).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première (3) conduite de transfert et/ou la seconde (7) conduite de transfert comporte au moins une vanne (15, 16), par exemple une vanne d’isolation.
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’une au moins des extrémités de la première (3) conduite de transfert et/ou de la seconde (7) conduite de transfert est munie d’un organe de connexion fluidique de type à connexion rapide.
  5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’une au moins des extrémités de la première (3) conduite de transfert et/ou de la seconde (7) conduite de transfert est située au niveau d’une portion flexible de conduite.
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la portion flexible est raccordée de façon démontable, par exemple via une connexion rapide, au reste de la conduite de transfert concernée.
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support (2) mobile comprend un véhicule.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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