JP2024506989A - 極低温の液状で貯蔵される流体を圧縮するデバイス、及び関連する製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、二水素、二酸素、二窒素又はアルゴン等の流体を圧縮するデバイス（１１０）に関し、デバイス（１１０）は、－極低温容器（２２０）であって、極低温容器（２２０）は、極低温の液状流体、及び極低温容器内の液体の気化から生じたガス状流体を収容可能である、極低温容器（２２０）と、－内圧に耐えるように構成された、極低温容器を取り囲む圧力容器（２３０）と、－極低温容器の内部と圧力容器の内部との間の圧力を均等化するデバイス（２５０）とを備え、均等化デバイスは、圧力容器と極低温容器との間に含まれる空間内で過圧ガスを極低温容器に輸送するように構成された管を備え、管は、極低温容器から生じた過圧ガスを極低温より高い所定温度まで再加熱するデバイス（２７０）を備える。【選択図】図２

Description

本発明の分野は、ガス貯蔵の分野である。

より詳細には、本発明は、極低温の液状で貯蔵される流体を圧縮するデバイス、及び関連する製造方法に関する。

特に、本発明は、電気車両に給電するための二水素の貯蔵、又は二酸素、二窒素、アルゴン若しくはメタン等の他の流体の貯蔵の用途に供される。

ラック内に貯蔵されるシリンダの形態で加圧ガスを貯蔵する技法は、従来技術から公知である。ほとんどの場合は鉄鋼又はアルミニウムから作製される各シリンダは、概して、２００から３００バールの範囲内の最大圧力で所与の量のガスを貯蔵する。しかし、特に二水素の場合、最適な貯蔵圧力は、７００バールの範囲であることが一般に容認されている。この場合、炭素繊維構造を伴う複合物から作製されるシリンダが使用される。

したがって、そのような圧力レベルを得るため、特に、シリンダの圧力より高い圧力で車両のタンクを充填するため、複雑な圧縮機を使用する必要がある。

更に、ラック内のボトルの形態での貯蔵技法は、かさばるという欠点を有する。更に、一群のシリンダの複雑な管理は、一般に、取り替えるボトルを定期的に取り扱い、近接する車両のタンクに十分な圧力を供給するような貯蔵を可能にするように設置される。

ガスのかさ及び輸送を低減するため、概して極低温で、液状ガスの貯蔵を可能にする技法が開発されている。

一般に、そのような技法は、極低温タンクを備え、極低温タンクの断熱は、タンクの内側容器を取り囲む真空容器として実施される。

これらの技法の欠点は、あらゆる極低温デバイスに固有の熱入力の影響下、液状ガスが気化する性質があることである。したがって、圧力応力が、極低温を受ける材料の許容可能な機械応力を超えないようにするため、一般に、安全弁が設置され、筐体内側の圧力を制限する。そのような筐体で一般に許容可能な圧力は、１０バールより低い。

実際、極低温容器で使用される材料は、ほとんどの場合、低温、即ち、－２０℃より低い温度に適した機械特性を提供する金属材料であることを指摘すべきである。更に、炭素繊維を含むタンク等、複合材料から作製されるタンクは、必ずしも低温に適しているわけではない。というのは、これらのタンクは、概して、これらの温度では、圧力に関連する機械応力に耐えられないためである。

極低温流体貯蔵タンクに関連する従来技術の技法の一例は、特に、ＦＲ３０８９６００で公開されたフランス特許出願に記載されている。

要求されるニーズの全て、即ち、小型な形態で高密度のガスを貯蔵可能にする技法を提供すること、及び７００又は８００バールまでの範囲に及び得る著しいガスの圧縮を提供することを、複雑な機械的デバイスを使用せずに同時に達成可能にする現在のシステムはない。

ＦＲ３０８９６００

本発明は、従来技術の上述の欠点の全て又は一部の改善を目的とする。

この目的で、本発明は、二水素、二酸素、二窒素又はアルゴン等の流体を圧縮するデバイスに関し、デバイスは、
－極低温容器であって、極低温容器は、極低温の液状流体、及び極低温容器内の液体の気化から生じたガス状流体を収容可能である、極低温容器と、
－内圧に耐えるように構成された、極低温容器を取り囲む圧力容器と、
－極低温容器の内部と圧力容器の内部との間の圧力を均等化するデバイスと
を備え、均等化デバイスは、圧力容器と極低温容器との間に含まれる空間内で過圧ガスを極低温容器に輸送するように構成された管を備え、管は、極低温容器から生じた過圧ガスを極低温より高い所定温度まで再加熱するデバイスを備える。

したがって、流体は、複雑な機械的デバイスを使用せずに、極低温容器内に収容された極低温液体の気化から生じた過圧ガスを再注入することによって、高圧まで圧縮し得る。

更に、圧力の影響下、極低温容器の劣化を回避するため、極低温容器は、有利には、極低温容器の内部と外部との間で圧力が均等化される加圧環境内に浸漬される。したがって、圧力応力は、極低温容器を取り囲む圧力容器に伝達される。

更に、最大値が例えば１００から８００バールの範囲内にある高圧における加圧容器の機械的強度を保証するため、加圧容器は、好ましくは－２０℃より高い温度で働く。

圧縮デバイスは、長期間にわたる流体の貯蔵を意図するものではなく、液状流体を貯蔵する極低温タンクと最終貯蔵タンクとを備える貯蔵システムへの挿入を意図することを指摘すべきである。この貯蔵システムにおいて、圧縮デバイスは、中間段階に対応し、極低温タンク内に前もって貯蔵されていた極低温液体の一部の気化から生じた圧縮ガスを最終貯蔵タンクに供給可能にする。その後、圧縮ガスは、例えば、燃料電池を備えるタンクに供給し、車両の電気モータに給電する電気を発生させるために使用し得る。

本発明の特定の実施形態では、ガス再加熱デバイスは、圧力容器の外側に置かれる熱交換器である。

熱交換器は、極低温容器から抽出したガスを圧力容器に適した温度まで再加熱するように、ガス／ガス型又はガス／流体型のものとし得る。そのような適した温度は、選択された動作圧力で、圧力容器が容認できる応力に応じて決定し得る。

熱交換器の形状及び種類は、抽出すべき動力並びに交換器の入口及び出口の温度に応じて決定される。

熱交換器への代替又は補完として、再加熱デバイスは、管内に挿入される熱抵抗器を備える。熱抵抗器は、圧力容器の内側に置いても、外側に置いてもよい。

本発明の特定の実施形態では、圧縮デバイスは、液状流体を極低温容器に供給する導管を含み、導管は、圧力容器及び極低温容器の壁を通過し、均等化デバイスの管は、
－再加熱デバイスの入口の方向で圧力容器及び極低温容器を通過する過圧ガスを抽出する導管と、
－圧力容器を通過し、圧力容器と極低温容器との間に開口する均等化導管であって、均等化導管は、再加熱デバイスの出口に接続される、均等化導管と
を備える。

本発明の特定の実施形態では、圧縮デバイスは、極低温容器の内側に、所定のエネルギーの流れで液状流体を気化させるように構成された加熱デバイスを更に備える。

したがって、極低温容器から抽出されるガスの流量を増大させ、このガス量を制御することが可能である。容器から抽出されるガスの流量は、極低温容器の壁を通るエネルギー入力流の影響下、極低温液体の自然気化量より低くなることがないことを指摘すべきである。実際、極低温容器の断熱材は、加圧環境におけるこのエネルギー入力流を最小化するように構成され、これにより、極低温容器の内部に向かう熱橋の最小化によって、エネルギー入力流の更なる低減を可能にするであろう真空容器の使用を除外する。更に、圧縮デバイスが貯蔵システムの中間段階に対応する限り、圧縮デバイスの極低温容器に対する断熱の質は、圧縮デバイスの動作において必ずしも重要というわけではない。とはいえ、極低温容器の断熱材は、圧力容器内の過度の極低温を回避するように構成される。

本発明の特定の実施形態では、加熱デバイスは、電気抵抗器及び／又は熱伝達流体を循環させる導管を備える。

本発明の特定の実施形態では、圧力容器及び極低温容器は、同じ回転軸周囲でほぼ円筒形状である。

本発明の特定の実施形態では、圧力容器は、本質的に金属材料から形成され、１００から８００バールの間に含まれる最大内圧に耐えるように構成される。

本発明の特定の実施形態では、極低温容器は、極低温及び流体に耐える断熱中実材料層を備える。

本発明の特定の実施形態では、断熱中実材料は、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＴＣＦＥ）である。

本発明は、以前の実施形態のいずれか１つに記載の圧縮デバイスを製造する方法にも関し、製造方法は、
－圧力容器を一端が閉鎖された円筒形状に成形するステップと、
－極低温容器を圧力容器に挿入するステップと、
－圧力容器と極低温容器との間に液状の保護材料を挿入するステップであって、保護材料を硬化させる、ステップと、
－保護材料が硬化した後、圧力容器の開放端部にくびれを成形するステップと、
－保護材料を溶解させ、取り出すステップと、
－圧力容器を封止閉鎖するステップと
を含む。

したがって、保護材料の存在のために、概してより脆い極低温容器に損害を与えずに、圧縮デバイスの圧力容器を成形することが可能である。というのは、極低温容器は、本質的に、熱の影響下で劣化する性質がある材料から作製されるためである。

本発明の特定の実装形態では、極低温容器を熱放射から保護するため、くびれを成形するステップの前に反射材料が挿入される。

本発明の特定の実装形態では、くびれを成形するステップは、開放端部の変形によって実施される。

本発明の特定の実装形態では、変形は、鍛造によって実施される。

本発明の特定の実装形態では、くびれを成形するステップは、部品の固着によって実施される。

本発明の特定の実装形態では、製造方法は、くびれを成形するステップの前、栓を挿入するステップを含み、栓は、圧力容器の封止閉鎖を可能にする。

本発明の特定の実装形態では、製造方法は、圧力容器の開放端部のくびれをねじ切りするステップを含み、くびれのねじ部は、栓のねじ部と嵌合するように構成される。

本発明の特定の実装形態では、圧力容器の成形は、鍛造によって実施される。

本発明の特定の実装形態では、製造方法は、複合材料から作製される外部補強層を追加するステップを含む。

有利には、この追加ステップは、圧力容器の周囲に、少なくとも１つの繊維条片、好ましくは、樹脂で被覆された炭素繊維条片を巻くことによって、実施し得る。

本発明の特定の実装形態では、保護材料は、粒状材料と液体樹脂との混合物である。

本発明は、以前の実施形態のいずれか１つに記載の圧縮デバイスを製造する代替方法にも関し、代替方法は、
－圧力容器の骨組みを円筒形状に成形するステップと、
－極低温容器を圧力容器の骨組みの内側に挿入するステップと、
－樹脂で被覆された少なくとも１つの繊維条片を巻くことによって、圧力容器の骨組みを被覆するステップと、
－圧力容器を封止閉鎖するステップと
を含む。

本発明は、二水素、二酸素、二窒素又はアルゴン等の流体を貯蔵するシステムにも関し、システムは、
－１０バールより低い圧力及び－１５０℃より低い温度で液状流体を貯蔵する極低温タンクと、
－極低温タンクによって供給される、以前の実施形態のいずれか１つに記載のタンク・デバイスと、
－加圧ガスを貯蔵する槽と
を備え、槽は、１００から８００バールの間に含まれる最大内圧に耐えるように構成される。

最後に、本発明は、前記貯蔵システムの極低温タンク内で液状で貯蔵される流体を圧縮する方法にも関し、方法は、
－前記貯蔵システムの圧縮デバイスの極低温容器に、極低温の液状流体を充填するステップと、
－極低温タンクと圧縮デバイスとの間の回路を閉鎖するステップと、
－液状流体をガスに気化させるステップと、
－極低温容器内の過圧ガスを自然に、連続的に抽出するステップと、
－抽出されたガスを－２０℃より高い温度まで再加熱するステップと、
－再加熱したガスを圧力容器と極低温容器との間の空間に再注入することによって、圧縮デバイス内の圧力を増大させるステップと
を含む。

本発明の特定の実施形態では、圧縮方法は、圧縮デバイス内部の圧力が所定値より高い場合、過圧ガスの進路を変更するステップを含み、進路を変更されたガスは、貯蔵システムの加圧ガスの貯蔵タンクに輸送される。

本発明の特定の実施形態では、圧縮方法は、圧縮デバイスの内圧を極低温タンクの圧力より低い値まで低下させるため、圧縮デバイスの極低温容器に極低温タンクから生じた極低温の液状流体を新たに充填する前、圧縮デバイスからガスの一部を空にするステップを更に含む。

本発明の他の利点、目的及び特定の特徴は、図面を参照する、本発明の目的であるデバイス及び方法の少なくとも１つの特定の実施形態に対する以下の非限定的な説明から明らかになるであろう。

本発明による圧縮デバイスの一実施形態を備える貯蔵システムの斜視図である。 図１の圧縮デバイスの断面図である。 図１の圧縮デバイスを製造する方法の実装形態モードのブロック図である。 図３の製造方法を示す、５つの連続する図である。 図１のシステムを実装する圧縮方法の実装形態モードのブロック図である。 図１の貯蔵システム内に挿入し得る圧縮デバイスの別の実施形態の２つの断面図である。 図６の圧縮デバイスを製造する方法の実装形態モードのブロック図である。

本明細書は、非限定的な基準で与えられ、一実施形態の各特徴は、有利には、任意の他の実施形態の任意の他の特徴と組み合わせ得る。

現時点では、図面は一定の縮尺でないことに留意されたい。

特定の実施形態の例
図１は、本発明による圧縮デバイス１１０を備える貯蔵システム１００の斜視図である。

圧縮デバイス１１０は、例えば、車両タンク（図１には示されない）に供給するように、液状流体を貯蔵する極低温タンク１２０と、加圧ガス状流体を貯蔵する第２のタンク１３０との間の中間段階に対応する。

本発明の現在の非限定的実施形態では、流体は、駆動モータが電気である車両の燃料電池への供給に使用される二水素（Ｈ_２）である。本発明は、必要な場合、以下で説明する寸法及び動作条件を適応させることによって、二窒素（Ｎ_２）、二酸素（Ｏ_２）、アルゴン（Ａｒ）又はメタン（ＣＨ_４）等、他の流体種の貯蔵にも適用し得る。

好ましくは、本発明は、液体／ガス位相変化温度が１２０Ｋ（即ち、約－１５０℃）より低い流体に適用される。

明快にするため、以下、液状流体を極低温液体と呼び、ガス状流体をガスと呼ぶ。

圧縮デバイス１１０は、一方で、例えば、極低温液体が例えば１０バール及び３Ｋ（即ち－２７０℃）の温度で貯蔵される極低温タンク１２０から生じた極低温液体を気化し、もう一方で、複雑な機械部品を使用せずに、得られたガスを３００から８００バールの範囲内の圧力で圧縮可能にする。

この目的で、圧縮デバイス１１０の断面図である図２により詳細に示されるように、圧縮デバイス１１０は、主に、内側極低温容器２２０、及び極低温容器２２０を取り囲む外側圧力容器２３０によって形成される２つの容器２１０から構成される。極低温容器２２０及び圧力容器２３０は、同じ回転軸２３５の周囲にほぼ円筒形状を有する。

極低温容器２２０は、極低温槽１２０から導管２４０を通じて輸送された所定量の極低温液体２２５を収容することを意図する。導管２４０は、栓２３１及び２２１を通じて圧力容器２３０及び極低温容器２２０の壁を通過し、極低温容器２２０の下側部分に開口し、充填段階の間、極低温液体の気化を制限するようにする。

この充填段階の間、極低温液体２２５の一部は、まず、特に、極低温容器２２０の加熱段階で、高流量で気化し、次に、極低温容器２２０の温度が安定した際により低い流量で気化する。この場合、流量は、伝導によって極低温容器２２０を通過するエネルギー流Ｅ_ｐに対応し、極低温容器２２０の構造は、極低温液体の長期間貯蔵には最適化されていないが、極低温液体２２５を気化段階の間のみ収容するように構成される。

極低温液体２２５の気化によって得られたガス２２６は、極低温容器２２０の圧力を増大させる性質がある。極低温容器の変形を避け、圧縮デバイス１１０内の圧力の増大を可能にするため、圧縮デバイス１１０は、極低温容器２２０内部のチャンバ２１０_Ａと、圧力容器２３０と極低温容器２２０との間のチャンバ２１０_Ｂとの間の圧力を均等化するデバイス２５０を備える。

圧力均等化デバイス２５０は、管を備え、管は、圧力容器２３０と極低温容器２２０との間に含まれる空間、即ち、ここではチャンバ２１０_Ｂ内で、過圧ガスを極低温容器２２０に輸送するように構成され、チャンバ２１０_Ｂの体積は、極低温容器２２０の体積を引いた圧力容器２３０の内部体積に等しい。

有利には、圧力均等化デバイス２５０の管は、極低温容器２２０から生じたガスを極低温より高い所定温度まで再加熱するデバイス２７０を備える。例えば、所定温度は、２５０Ｋ（約－２０℃）に等しくても、室温であっても、２５０Ｋから室温の間に含まれる任意の他の温度であってもよい。

好ましくは、ガス再加熱デバイス２７０は、図２に示されるように、圧力容器２３０の外側に置かれる熱交換器である。熱交換器は、極低温容器２２０から生じたガスを平均して所定温度まで再加熱可能にするように構成される。熱交換器は、ガス／ガス型であっても、ガス／液体型であってもよく、高圧力に耐えるように構成される。熱交換器の利点は、圧縮デバイス１１０の動作のエネルギー平衡に対する影響がゼロであることであり、ガスは、熱交換器全体を通して、圧縮デバイス１１０の２つの容器の間を自然に移動する。

例えば、熱交換器は、管の周囲にフィンを突出させるか、又は管交換器等の圧力に耐え得るより複雑な形状と共に構成し得る。

代替的に又は補完的に、ガス再加熱デバイス２７０は、耐加熱性とし得る。

圧力均等化デバイス２５０の管は、ダクト２５１を備え、ダクト２５１は、過圧ガスを抽出し、ガス再加熱デバイス２７０の入口の方向で圧力容器２３０及び極低温容器２２０を通過する。

圧力均等化デバイス２５０の管は、極低温容器２２０から抽出されたガスがチャンバ２１０_Ｂに戻るのを可能にする均等化導管２５２も備える。この目的で、均等化導管２５２は、ガス再加熱デバイス２７０の出口に接続され、圧力容器２３０を通過し、圧力容器２３０と極低温容器２２０との間に開口する。

したがって、チャンバ２１０_Ｂは、圧力下、２５０Ｋの範囲内の温度でガスを貯蔵する一方で、チャンバ２１０Ａは、流体を極低温で貯蔵する。

極低温容器２２０内の極低温液体の気化流は、多くとも、壁を通過する熱エネルギー流Ｅ_ｐに対応する。気化流は、例えば、極低温容器２２０の内部に挿入された加熱デバイス２８０により実施されるエネルギー入力だけ増大し得る。自動的に又はオペレータによって手動で変更し得るこのエネルギーの入力は、極低温液体の気化流の調節を可能にする。

例えば、加熱デバイス２８０は、電気抵抗器及び／又は熱伝達流体を循環させる導管から構成し得る。

圧力容器２３０は、本質的に、金属材料から形成され、これにより、８００バールの範囲内の最大内圧に耐える容器の構成を可能にする。

この場合、極低温容器２２０は、本質的に、本発明の現在の非限定的な例では、極低温に耐える断熱中実材料で形成される。有利には、極低温容器２２０に使用される断熱中実材料は、収容される流体に不活性である。

ここで、使用される断熱中実材料は、極低温に対する材料の断熱及び耐性の点で良好な機械特性を与えるポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＴＣＦＥ）である。

とはいえ、そのような断熱材料で形成される極低温容器２２０は、内圧が外圧に対して５又は１０バール高い場合、劣化する性質があることを指摘すべきである。この場合、極低温容器２２０の主な役割は、極低温液体の気化から得られるガスの等容圧縮段階の間、極低温タンク１２０から生じた極低温液体の一時的貯蔵に適している入れ物を提供する一方で、熱の損失を最小化し、極低温液体の気化によって生成されるガス量を最良に調節することである。

圧縮デバイス１１０内で標的圧力に達すると、弁２９０は、加圧ガスを貯蔵タンク１３０に輸送するために開放される。

有利には、圧縮デバイス１１０を空にする弁２９５は、回路内に含まれ、極低温タンク１２０から生じた極低温液体を圧縮デバイス１１０の極低温容器２２０に新たに充填する前に、圧縮デバイス１１０の内圧を極低温槽１２０の圧力より低い値まで低下させ得る。

図３は、本発明による圧縮デバイス１１０を製造する方法３００の実装形態の一例のブロック図である。図４は、圧縮デバイス１１０の製造の進行を概略形態で示す。

製造方法３００は、圧力容器２３０を、一端４１０が閉鎖された長く線形の円筒体４００の全体形状に成形する第１のステップ３１０を含み、図４の副図ａ）によって示されるように、もう一方の開放端部４２０は、最初は、まっすぐのままであり、製造方法３００の第２のステップ３２０の間、極低温容器２２０の挿入を可能にする。第１のステップ３１０の成形は、例えば、プレスによる管又は円板の変形から開始される従来のボイラ製造技法によって実施し得る。

極低温容器２２０を維持、保護するため、保護材料４３０は、図４の副図ｂ）に示されるように、第３の製造ステップ３３０の間、圧力容器２３０と極低温容器２２０の間のチャンバ２１０_Ｂに液状で挿入される。例えば、樹脂と砂等の粒状材料との混合物である保護材料は、保護材料をチャンバ２１０_Ｂに挿入した後、硬化させる。

この目的で、保護材料は、保護材料を流動化させるために事前に加熱でき、これにより、チャンバ２１０_Ｂに保護材料を挿入可能にする。保護材料が冷却されると、保護材料は、チャンバ２１０_Ｂの形状と一致して硬化する。

図４の副図ｃ）によって示されるように、圧力容器２３０の開放端部４２０のくびれ４４０の成形は、保護材料が硬化した後、製造方法３００の第４のステップ３４０の間、後に実施される。

この成形は、例えば、鍛造技法、又は適した形状を有する相補部品の固着による開放端部４２０の変形によって実施し得る。相補部品の固着は、ろう付け又は溶接によって実施し得る。

どちらの場合も、圧力容器２３０は、極低温容器２２０を不可逆的に損傷を与える可能性がある十分に高い温度まで局所的に加熱される。とはいえ、ステップ３３０の間の保護材料の事前挿入により、加圧筐体２３０の開放端部のくびれを成形するステップ３４０の間、極低温容器２２０の温度上昇の最小化を可能にする。

圧力容器２３０の成形に使用される管の厚さは、厚さと直径との間の比率が、７００から８００バールの呼び圧力による機械応力に耐えるのに十分に高いように、概して、「スケジュール１６０」型によって規定される厚さに対応することを指摘すべきである。例えば、鍛造作業により適している「スケジュール８０」のような厚さがより小さい管の使用を可能にするため、任意のステップ３４５の間、複合材料の外層４６０の追加による補強を考慮し得る。図４の副図ｅ）に示されるように、複合材料の外層４６０は、例えば、樹脂で被覆された少なくとも１つの炭素繊維条片４６５を巻くことによって作製し得る。

保護材料に対する補完又は代替として、成形ステップ３４０の前に遮蔽物等の反射材料を挿入し、成形ステップの間に引き起こされる熱放射から極低温容器２２０を保護し得る。

その後、製造方法３００の第５のステップ３５０の間、保護材料４３０は、溶解され、圧縮デバイス１１０から取り出される。

図４の副図ｄ）に示されるように、圧縮デバイス１１０は、製造方法３００の第６のステップ３６０の間、加圧容器２３０の封止閉鎖によって完成する。

好ましくは、製造方法３００の任意のステップ３２５の間のくびれ４４０の成形ステップ３４０の前、例えば、極低温容器２２０の挿入直後、円錐台形状を有する栓４５０を挿入し、圧力容器の閉鎖を可能にする。栓４５０は、事前に形成された開放端部４２０のくびれ４４０のねじ部と相補形にねじ切りされる。

代替的に、円筒形状の栓をくびれ４４０に挿入し、溶接又はろう付け技法によってくびれに固着する。この場合、保護材料４３０は、有利に保持され、製造方法のステップ３５０及び３６０は、場合によっては逆にされる。

実際、どちらの場合も、栓は、様々な導管２４０、２５１及び２５２が、事前に設置されたケーブルグランドを通過するように、好ましくねじ切りされた開放貫通孔を有することを指摘すべきである。したがって、保護材料４３０は、均等化ダクト２５２のために設けられる開放貫通孔を通じてチャンバ２１０_Ｂから取り出し得る。

極低温容器２２０は、導管２４０及び２５１が各容器の栓２２１及び４５０を通過する際に、導管２４０及び２５１を封止締結するケーブルグランドを通じて圧力容器２３０の内側で所定の位置に保持される。

図５は、極低温タンク１２０内に極低温の液状で貯蔵される流体を圧縮する方法５００の実装形態のモードの概況図を示す。

圧縮方法５００は、供給導管２４０を通じて極低温液体を圧縮デバイス１１０の極低温容器２２０に充填する第１のステップ５１０を含む。

その後、極低温槽１２０と圧縮デバイス１１０との間の供給導管２４０は、圧縮方法５００の第２のステップ５２０の間、弁２９６の作動によって閉鎖される。

極低温液体は、圧縮方法５００の第３のステップ５３０の間、極低温容器の内側で気化する。この気化は、極低温液体に好ましく浸漬する加熱デバイス２８０を通じたエネルギー入力の追加によって増大し得る。

その後、極低温容器２２０内の極低温液体の上の過圧ガスは、圧縮方法５００の第４のステップ５４０の間、抽出導管２５１を介して極低温容器２２０から抽出される。

抽出されたガスは、圧縮方法５００の第６のステップ５６０の間、圧力容器２３０、より具体的には、圧力容器２３０と極低温容器２２０との間に含まれるチャンバ２１０_Ｂに再注入される前、第５のステップ５５０の間、２５０Ｋ（約－２０℃）に近い又は２５０Ｋ（約－２０℃）より高い温度まで再加熱される。

ガスの再注入は、圧縮デバイス１１０内の圧力の増大に寄与し、圧縮は、等容的に実施される。

過圧ガスの抽出及び圧力容器２３０へのガスの再注入は、自然に、連続的に実施され、ガスの圧力は、圧縮デバイス１１０内で均等化する性質があることを指摘すべきである。より詳細には、圧力の自然な均等化は、圧縮デバイス１１０の２つのチャンバ２１０の間で連続的に実施され、この均等化は、再注入前に再加熱されるガスの輸送をもたらす。

標的圧力に達すると、過圧ガスの一部は、圧縮方法５００の第７のステップ５７０の間、弁２９０の開放によって進路を変更され、使用のために過圧ガスを貯蔵タンク１３０に充填する。

この迂回は、有利には、ガスが再加熱デバイス２７０を通過した後、均等化デバイス２５０の回路内で実施し得ることを指摘すべきである。代替的に、ガスは、再加熱デバイス２７０の上流で進路を変更される。この場合、補助加熱デバイスは、好ましくは、均等化デバイス２５０の迂回路を貯蔵タンク１３０に接続する管上に設置される。

方法５００は、圧縮デバイス１１０の内圧を極低温槽１２０の圧力より低い値まで低下させるため、圧縮デバイス１１０からガスの一部を空にするステップ５８０も含み得る。次に、方法５００を再開し得る。

本発明の現在の非限定的な例では、極低温タンク１２０は、３，０００から１０，０００リットルの範囲内の体積を有する。この場合、極低温容器２２０の体積は、１００から３００リットルの範囲内である。概して、チャンバ２１０_Ｂの体積は、高い圧縮比をもたらすように、極低温容器２２０の体積より２から５倍の間、好ましくは、３倍大きい。実際、ガスの体積質量は、概して、液体の体積質量の１０００分の１であり、結果として、所与の体積での液体の気化は、圧力の自然な増加をもたらし、ここでは、一方で、圧力容器２３０の存在のために、もう一方で、均等化回路のために、圧縮デバイス１１０の２つの筐体２１０の間でガスを輸送する一方で、圧力容器２３０の機械的強度の劣化を回避するようにガスの再加熱を可能にすることを指摘すべきである。

概して、貯蔵槽１３０の体積は、例えば、チャンバ２１０_Ｂの体積と同じ体積を有する３つの副タンクから構成されるチャンバ２１０_Ｂの体積より３倍大きい。これら３つの副タンクは、副タンクを個々に充填する又は空にし得るように、異なる副回路内にあってよい。

別の例示的実施形態
図６は、本発明による圧縮デバイス６００の別の例を示し、圧縮デバイス６００は、図７のブロック図に示される代替製造方法７００に従って作製されている。

圧縮デバイス６００は、図６の副図ａ）に示されるように、圧力容器６３０が、ほぼ円筒形状を有する金属の骨組み６３１から構成され、製造方法３００の間に使用された管に代わるという点で、以前の実施形態の圧縮デバイス１００とは異なる。金属構造体６３１は、図６の副図ｂ）に示されるように、圧力を維持する複合材料から作製された外層６３２によって覆われる。

有利には、圧縮デバイス６００の極低温容器６２０は、圧縮デバイス６００の作製中、極低温容器６２０を保持可能にする複数の脚６２１を備え得る。

したがって、製造方法７００は、極低温容器６２０を取り囲む金属の骨組み６３１を作製する第１のステップ７１０を含み、極低温容器６２０は、金属の骨組み６３１を作製する際に上流に配置又は挿入し得る。

その後、圧力容器６３０の骨組み６３１は、少なくとも１つの炭素繊維条片によって巻かれ、少なくとも１つの炭素繊維条片は、後に、外層６３２を形成するように樹脂で被覆される。外層６３２の厚さは、７００から８００バールの定格圧力による機械応力に耐えるように構成される。当業者によって、機械応力に対処する任意の他の種類の複合材料を考慮し得ることを指摘すべきである。

その後、圧力容器６３０は、第３のステップ７３０の間、製造方法３００と同様に栓６５０によって閉鎖でき、栓６５０は、骨組み６３１の内側に事前に挿入されている。

以前の実施形態の他の要素は、同一である。

Claims (23)

1. 二水素、二酸素、二窒素又はアルゴン等の流体を圧縮するデバイス（１１０、６００）であって、前記デバイス（１１０、６００）は、
   ・極低温容器（２２０、６２０）であって、前記極低温容器（２２０、６２０）は、極低温の液状の前記流体、及び前記極低温容器内の前記液体の気化から生じたガス状の前記流体を収容可能である、極低温容器（２２０、６２０）と、
   ・内圧に耐えるように構成された、前記極低温容器を取り囲む圧力容器（２３０、６３０）と、
   ・前記極低温容器の内部と前記圧力容器の内部との間の圧力を均等化するデバイス（２５０）と
   を備え、前記均等化デバイスは、前記圧力容器と前記極低温容器との間に含まれる空間内で過圧ガスを前記極低温容器に輸送するように構成された管を備え、前記管は、前記極低温容器から生じた前記過圧ガスを前記極低温より高い所定温度まで再加熱するデバイス（２７０）を備えることを特徴とする、デバイス（１１０、６００）。
2. 前記ガス再加熱デバイスは、前記圧力容器の外側に置かれた熱交換器である、請求項１に記載の圧縮デバイス。
3. 前記液状流体を前記極低温容器に供給する導管（２４０）を備え、前記導管は、前記圧力容器及び前記極低温容器の壁を通過し、前記均等化デバイスの前記管は、
   ・前記再加熱デバイスの入口の方向で前記圧力容器及び前記極低温容器を通過する過圧ガスを抽出する導管（２５１）と、
   ・前記圧力容器を通過し、前記圧力容器と前記極低温容器との間に開口する均等化導管（２５２）であって、前記均等化導管は、前記再加熱デバイスの出口に接続される、均等化導管（２５２）と
   を備える、請求項１又は２に記載の圧縮デバイス。
4. 前記極低温容器の内側に、所定のエネルギー流で前記液状流体を気化させるように構成された加熱デバイス（２８０）を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮デバイス。
5. 前記加熱デバイスは、電気抵抗器及び／又は熱伝達流体を循環させる導管を備える、請求項４に記載の圧縮デバイス。
6. 前記圧力容器及び前記極低温容器は、同じ回転軸周囲でほぼ円筒形状である、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮デバイス。
7. 前記圧力容器は、本質的に金属材料から形成され、１００から８００バールの間に含まれる最大内圧に耐えるように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧縮デバイス。
8. 前記極低温容器は、前記極低温及び前記流体に耐える断熱中実材料層を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧縮デバイス。
9. 前記断熱中実材料は、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＴＣＦＥ）である、請求項８に記載の圧縮デバイス。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の圧縮デバイス（１１０）を製造する方法（３００）であって、前記方法（３００）は、
    ・前記圧力容器を一端が閉鎖された円筒形状に成形するステップ（３１０）と、
    ・前記極低温容器を前記圧力容器の内側に挿入するステップ（３２０）と、
    ・前記圧力容器と前記極低温容器との間に液状の保護材料（４３０）を挿入するステップ（３３０）であって、前記保護材料を硬化させる、ステップ（３３０）と、
    ・前記保護材料が硬化した後、前記圧力容器の開放端部（４２０）にくびれ（４４０）を成形するステップ（３４０）と、
    ・前記保護材料を溶解させ、取り出すステップと、
    ・前記圧力容器を封止閉鎖するステップと
    を含むことを特徴とする、方法（３００）。
11. 前記極低温容器を熱放射から保護するため、くびれを成形する前記ステップの前に反射材料を挿入する、請求項１０に記載の方法。
12. くびれを成形する前記ステップは、前記開放端部の変形によって実施される、請求項１０又は１１に記載の製造方法。
13. 前記変形は、鍛造によって実施される、請求項１２に記載の製造方法。
14. くびれを成形する前記ステップは、部品の固着によって実施される、請求項１０又は１１に記載の製造方法。
15. くびれを成形する前記ステップの前、栓を挿入するステップを更に含み、前記栓は、前記圧力容器の封止閉鎖を可能にする、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の製造方法。
16. 前記圧力容器の前記開放端部の前記くびれをねじ切りするステップを更に含み、ねじ部は、前記栓の前記ねじ部と嵌合するように構成される、請求項１５に記載の製造方法。
17. 複合材料から作製される外部補強層を追加するステップを含む、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
18. 前記保護材料は、粒状材料と液体樹脂との混合物である、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の製造方法。
19. 請求項１から９のいずれか一項に記載の圧縮デバイス（６００）を製造する方法（７００）であって、前記方法（７００）は、
    ・前記圧力容器の骨組み（６３１）を円筒形状に成形するステップ（７１０）と、
    ・前記極低温容器を前記圧力容器の前記骨組みの内側に挿入するステップと、
    ・樹脂で被覆した少なくとも１つの繊維条片（６４０）を巻くことによって、前記圧力容器の前記骨組みを被覆するステップ（７２０）と、
    ・前記圧力容器を封止閉鎖するステップ（７３０）と
    を含むことを特徴とする、方法（７００）。
20. 二水素、二酸素、二窒素又はアルゴン等の流体を貯蔵するシステム（１００）であって、前記システム（１００）は、
    ・１０バールより低い圧力及び－１５０℃より低い温度で前記流体を液状で貯蔵する極低温タンク（１２０）と、
    ・前記極低温タンクによって供給される、請求項１から９のいずれか一項に記載のタンク・デバイス（１１０）と、
    ・加圧ガスを貯蔵する槽（１３０）と
    を備え、前記槽（１３０）は、１００から８００バールの間に含まれる最大内圧に耐えるように構成されることを特徴とする、システム（１００）。
21. 請求項２０に記載の貯蔵システムの極低温タンクにおいて、液状で貯蔵された流体を圧縮する方法（５００）であって、前記方法（５００）は、
    ・前記貯蔵システムの前記圧縮デバイスの前記極低温容器に、極低温の前記液状流体を充填するステップ（５１０）と、
    ・前記極低温タンクと前記圧縮デバイスとの間の回路を閉鎖するステップ（５２０）と、
    ・前記液状流体をガスに気化させるステップ（５３０）と、
    ・前記極低温容器内の過圧ガスを抽出するステップ（５４０）と、
    ・抽出した前記ガスを－２０℃より高い温度まで再加熱するステップ（５５０）と、
    ・再加熱した前記ガスを前記圧力容器と前記極低温容器との間の空間に再注入することによって、前記圧縮デバイス内の圧力を増大させるステップ（５６０）と
    を含む、方法（５００）。
22. 前記圧縮デバイス内部の圧力が所定値より高い場合、前記過圧ガスの進路を変更するステップ（５７０）を更に含み、進路を変更した前記ガスは、前記貯蔵システムの加圧ガスの前記貯蔵タンクに輸送される、請求項２１に記載の圧縮方法。
23. 前記圧縮デバイスの内圧を前記極低温タンクの圧力より低い値まで低下させるため、前記圧縮デバイスの前記極低温容器に前記極低温タンクから生じた極低温の液状流体を新たに充填する前、前記圧縮デバイスからガスの一部を空にするステップ（５８０）を更に含む、請求項２１又は２２に記載の圧縮方法。

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