WO2015118261A1 - Procede d'approvisionnement d'une station de distribution d'hydrogene gazeux a pression constante - station associee - Google Patents

Procede d'approvisionnement d'une station de distribution d'hydrogene gazeux a pression constante - station associee Download PDF

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    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/45—Hydrogen technologies in production processes

Definitions

  • the present invention relates to a method for supplying a hydrogen distribution station with hydrogen gas.
  • Hydrogen powered cars are an alternative to petroleum-based vehicles. This type of vehicle is therefore likely to develop due to the need to make greater use of renewable energy sources.
  • Hydrogen gas distribution stations comprise a tank connected to a buffer tank.
  • the hydrogen gas supply of the vehicles is effected by connecting the vehicle tank with the buffer tank; the hydrogen gas enters the vehicle tank by pressure difference.
  • the filling of the buffer tank is also carried out by pressure difference, the hydrogen gas contained in the tank is thus spread in the buffer tank.
  • the refueling of the tank is also implemented by pressure difference.
  • the hydrogen gas contained in the refueling tank (which is usually a refueling tanker truck) spreads into the tank by differential pressure.
  • US 5 454 408 A discloses a storage and delivery facility for natural gas.
  • This installation comprises a cistern which comprises a movable wall which defines a pressurizing compartment and a compartment containing the natural gas.
  • the tank is connected to a natural gas distribution station that allows the tank of a vehicle to be filled with natural gas.
  • the problem of gas delivery is to easily determine the amount of gas actually delivered to bill it.
  • the tank having a movable wall, it is possible to maintain for a certain time the pressure of natural gas at a given value by compressing natural gas. It is thus possible to measure the quantity delivered by changing the volume of the compartment containing the natural gas. This document therefore describes a process which allows a vehicle tank filling by pressure difference.
  • WO 2008/074075 discloses a method of filling a vehicle tank with natural gas which implements the displacement of natural gas due to the injection of a working liquid into a tank which contains natural gas .
  • the liquid is in contact with the natural gas and can chemically treat the latter. This process can not be implemented with hydrogen, which must remain pure and therefore remain without contact with its environment, in particular the working liquid.
  • the document FR 2 897 140 A1 describes a method of filling a gas cylinder.
  • the liquid bottle is filled in contact with the gas until the latter reaches a pressure equal to a given value.
  • the larger gas reserve also contains gas in contact with a liquid.
  • gas is transferred from the reserve to the bottle while maintaining the pressure in the reservoir. bottle substantially equal to the value given above.
  • the transfer of gas is therefore effected by pressure difference, the liquid in the reserve serving to maintain this pressure difference constant.
  • the constant gas pressure in the bottle avoids the risk of temperature rise due to gas compression.
  • the processes used for natural gas in particular can not always be used with hydrogen gas.
  • the hydrogen gas must maintain a certain purity.
  • the pressures of natural gas in the sourcing plants are lower (of the order of 250 10 5 Pa maximum) than those of hydrogen in the corresponding installations (of the order of 900 10 5 Pa) .
  • the present invention therefore aims, in particular to provide a new method of supplying a hydrogen gas tank with hydrogen gas from a refueling tank.
  • Another object of the invention is to provide a method of filling the buffer tank of a hydrogen distribution station.
  • An object of the present invention is to provide a method as mentioned above which is reliable and inexpensive.
  • Another object of the present invention is to provide a hydrogen gas distribution station which allows the implementation of the method of the invention.
  • the present invention relates to a method for supplying hydrogen to a hydrogen dispensing station comprising a first reservoir containing hydrogen gas at a pressure P1 below a given target pressure P with gaseous hydrogen contained in a second tank at a refueling pressure substantially less than or equal to said pressure Pcible.
  • said first and second reservoirs each comprise two compartments of variable volume separated by a movable wall: a transfer compartment which is adapted to contain hydrogen gas and to be placed in communication with said compartment transferring the other reservoir and a pressurizing chamber which has an inlet opening of a working fluid and an outlet opening of said working fluid;
  • the volume of working fluid contained in the pressurizing compartment of said first tank is transferred into the pressurizing compartment of said second tank, whereby the hydrogen gas contained in said transfer compartments placed in communication is moved to said transfer compartment of said first tank, at constant pressure;
  • the method of the invention thus allows not to lose pressure when filling the first tank.
  • the method of the invention makes it possible to use refueling vehicles which transport the hydrogen gas at a pressure lower than that required for refueling by pressure difference. It also allows to ensure a refueling rate of the refueling vehicle greater than that achieved with refueling pressure difference.
  • the pressurizing compartments of said first tank and of said second tank are put in communication so as to maintain the same pressure in said compartments and the working fluid contained in the pressurizing compartment of said first tank is transferred to the pressurizing compartment of said second tank.
  • the transfer of fluid between the two pressurizing compartments is thus particularly easy to implement and allows to ensure uncontrolled constant pressure equalization between the transfer compartments of the tanks.
  • the energy required to perform the transfer then corresponds to the only loss of charge in the two circuits.
  • a volume V of working fluid is introduced into the pressurizing compartment of said first reservoir so as to displace the moving partition and to compress the hydrogen gas contained in said compartment. transfer to a pressure substantially equal to or greater than said refueling pressure;
  • the hydrogen gas contained in said transfer compartment is compressed to a pressure substantially equal to said target pressure P target.
  • the working fluid is not limited according to the invention. It can be a gas or a liquid. It is advantageously a liquid.
  • said first reservoir is chosen from the hydrogen tank of a hydrogen gas distribution station and the buffer tank of a hydrogen gas supply station. and said second reservoir is selected from the refueling tank of a refueling vehicle and the cistern of a hydrogen dispensing station.
  • target P1 is not limited according to the invention; it may be, for example, substantially greater than or equal to 200 10 5 Pa and substantially less than or equal to 700 10 5 Pa and the temperature of hydrogen throughout the implementation of the process is between -15 ° C and 35 ° C. ° C.
  • the present invention also relates to a hydrogen gas distribution station for motor vehicles operating at least partially with hydrogen gas, said station being of the type comprising a hydrogen gas tank capable of supplying the tank of a motor vehicle.
  • said dispensing station further comprises a refueling tank, mounted on a movable frame and separated into two compartments by an internal movable wall, a transfer compartment which is adapted to communicate with said compartment of said tank and a pressurizing compartment which has an inlet opening of a working fluid and an outlet opening of said working fluid
  • said tank is itself also separated into two compartments by an internal movable wall, a transfer compartment which is able to communicate with said transfer compartment of said refueling tank and a pressurizing compartment which has an inlet opening of a working fluid and an outlet opening of said working fluid
  • said dispensing station further comprises a working fluid reservoir adapted to be connected to said inlet opening and optionally to said outlet opening of said working fluid of said tank, said station also comprises pump means shaped to inject working fluid into said dispensing compartment. n pressure of said tank and first means for transferring the working fluid contained in said pressurizing compartment of said tank to the pressurizing compartment of said refueling tank.
  • the hydrogen gas distribution station further comprises a buffer tank disposed downstream of said tank and separated into two compartments by an internal movable wall, a transfer compartment which is adapted to communicate with said tank of a motor vehicle and a pressurizing compartment which has an inlet opening of a working fluid and an outlet opening of said working fluid, said transfer compartment of said buffer tank is suitable to be placed in communication with said transfer compartment of said tank and / or said refueling tank, said inlet opening and possibly said working fluid outlet opening of said pressurizing compartment of said buffer tank is / are fit ( s) to be in communication with a second reservoir of working fluid via second pump means and the said dispensing station further comprises second transfer means shaped to transfer the working fluid contained in said buffer tank to said pressurizing compartment of said tank and / or said refueling tank.
  • a station distribution allows the method of the invention to be used to fill the tank from the refueling tank, to fill the buffer tank from the refueling tank and to fill the buffer tank from the
  • said transfer compartment of said buffer tank and / or of said tank and / or of the refueling tank is formed by a flexible envelope which has a single opening serving both at the inlet and at the outlet of the hydrogen.
  • a flexible envelope which has a single opening serving both at the inlet and at the outlet of the hydrogen.
  • the station further comprises means for injecting a working fluid into said pressurizing compartment of said refueling tank which are adapted to compress the hydrogen gas contained in the transfer compartment of the refueling tank. .
  • Such means make it possible to obtain the target pressure in the transfer compartment of the tank without the hydrogen contained in the refueling tank being at a pressure equal to or greater than the target P.
  • connection means, when referring to reservoirs, that the fluid contained may flow in the desired direction from one tank to another, including when this requires that the pressure difference be greater than a certain threshold due to the presence between the two tanks of a non-return valve preventing the gas to circulate in the unwanted direction.
  • porting further mean that the fluid flow is free until the pressure is the same in both tanks, or until the check valve closes in the case where the two tanks are separated by such a valve.
  • motor vehicle refers to any vehicle that can move by itself; it can be a car, a truck, a boat, a construction machine or any other device comprising an engine operating directly or indirectly with hydrogen gas.
  • FIG. 1f schematically shows a particular embodiment of a hydrogen gas distribution station according to the invention, the refueling tank and the means for transferring the working liquid from the tanks to the refueling tank not being represented. for the sake of simplification and clarity;
  • FIG. 2a to 2d show a partial view of the embodiment of FIG. 1, only the tank and the tank of supply being represented, at different stages of the refueling of the tank.
  • the hydrogen gas distribution station comprises three tanks of hydrogen gas 1 which represent, as an indication, each a volume of 10,000L, and four buffer tanks 3 which represent, by way of indication, each a volume of 500L.
  • the tanks 1 are connected together in parallel and form a battery of tanks 1.
  • the buffer tanks 3 are connected to each other in parallel and the assembly thus formed is connected to the battery of tanks 1.
  • Each tank 1 comprises a flexible envelope 1 1, also called bladder 1 1 in the remainder of this application.
  • Each bladder 11 comprises an inlet opening for hydrogen gas 11 which can be connected to the refueling tank (see Fig. 2a to 2d).
  • Each bladder 11 also has an exit opening of the hydrogen gas 13 which is connected to the bladders 31 of the buffer tanks 3.
  • the interior of each bladder 11 forms a compartment for transferring hydrogen gas while the volume of each of the tanks 1 which is outside the bladder 1 1 constitutes the pressurizing compartment 13.
  • each buffer tank 3 comprises a flexible envelope 31, also called bladder in the rest of the present application.
  • Each bladder 31 has an opening inlet of the hydrogen gas 31 1 which is connected to the bladders 1 1 of the battery of hydrogen gas tanks.
  • the interior of each bladder 31 forms a hydrogen gas transfer compartment while the volume of each of the buffer tanks 3 which is outside the bladder 31 constitutes the pressurizing compartment 33.
  • the compartment pressure 33 of each buffer tank 3 is connected to a working liquid reservoir 7 at a single opening which allows the entry and exit of the working fluid.
  • a pump 71 simultaneously feeds the three pressurizing compartments 33 of the buffer tanks 3.
  • the pump 71 controls the volume of working fluid located in the pressurizing compartments 33.
  • the refueling station also comprises a refueling vehicle 9 which has three refueling tanks 90.
  • Each reservoir 90 comprises a bladder 91 which contains hydrogen gas.
  • Each bladder 91 has an inlet and outlet opening 91 1 of the hydrogen gas it contains.
  • the volume of each reservoir 90 located outside bladder 91 forms a pressurizing compartment 93 for bladder 91.
  • the station also comprises a pump 710 connected to a working fluid reservoir 70.
  • the pump 710 is connected to the pressurizing compartments 13 of the tanks 1 and thus makes it possible to inject or withdraw working fluid coming from the tank 70 into the tank.
  • the station also comprises a refueling line 100 which connects the openings 91 1 of the bladders 91 to the inlet openings 1 1 1 of the hydrogen gas of the bladders 11.
  • the refueling line 100 is equipped with two valves V21 and V22. This supply line is in fact formed of two pipe sections, one from the tanks 1 to the valve V21. The other portion extends from the bladders 91 to the valve V22. This makes it possible to assemble and dissociate the refueling vehicle 9 from the rest of the dispensing station. By connecting the valves V21 and V22, the bladders 91 are placed in communication with the bladders 11.
  • the station also includes a transfer line 101 which connects the pressurizing compartments 13 with the pressurizing compartments 93 of the pressure reservoir. refueling 9.
  • the working liquid is contained in the tank 70, the valve V21 is closed.
  • Tanks 1 1 must be refueled with hydrogen.
  • the bladders 11 are inflated and contain hydrogen gas under low pressure.
  • the hydrogen pressure P1 1 (initial) in the bladders 1 1 is low, of the order of 50 10 5 Pa.
  • the refueling vehicle 90 is full.
  • the hydrogen pressure P91 (initial) in the bladders 91 is of the order of 500 10 5 Pa; it is greater than P1 1 (initial).
  • Fig.2b working liquid is introduced by the pump 710 into the pressurizing compartments 13 so as to compress the bladders January 1.
  • the bladders 11 are compressed until the pressure of the hydrogen gas they contain is equal to the pressure P91 (initial). No working liquid is present in the pressurizing compartments 93 of the refueling tanks 90.
  • the valves V21 and V22 are closed.
  • the working fluid contained in the pressurizing compartments 93 is discharged via the pump 770 and the pump 71 into the tank 70.
  • the bladders 11 are filled with hydrogen gas at the pressure P91 (initial); the bladders 91 are swollen and contain a small residual amount of hydrogen gas at a low pressure of 10 5 Pa.
  • the method of the invention makes it possible not to lose pressure during the filling of the tank and to ensure a rate of emptying the refueling tank higher than that achieved with a transfer by pressure difference.
  • the above example refers to the filling of the tank by the refueling vehicle but the same procedure can be applied for refueling the buffer tank by the refueling vehicle and for filling the buffer tank with the hydrogen contained in the tanks 1 .
  • the dispensing station comprises means for injecting a working fluid into the pressurizing compartment 93 of the refueling tank 90 which are adapted to compress the hydrogen gas contained in the transfer compartment 91 of the refueling tank 90.
  • These aforementioned means may use specific pump means or pump means already used for another function.
  • Such a station makes it possible to compress the hydrogen gas contained in the transfer compartments 11 and 91 which communicate.
  • the hydrogen gas is first displaced into the transfer compartment 11 of the tank 1.
  • Vsup of working liquid By injecting an additional volume Vsup of working liquid into the pressurizing compartment 93 of the refueling tank, the hydrogen contained in the two transfer compartments which communicate is compressed. In particular, the hydrogen contained in the transfer compartment 11 of the tank 1 is compressed.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'approvisionnement en hydrogène d'une station de distribution d'hydrogène comprenant un premier réservoir (1;3) contenant de l'hydrogène gazeux à une pression P1 inférieure à une pression cible Pcible donnée avec de l'hydrogène gazeux contenu dans un deuxième réservoir (90) à une pression de ravitaillement. Selon l'invention, ledit premier réservoir et ledit deuxième réservoir comprennent chacun deux compartiments de volume variable séparés par une paroi mobile: un compartiment de transfert (11; 91) et un compartiment de mise en pression (13; 93); -on met en communication lesdits compartiments de transfert (11; 91); -on transfert le volume de fluide de travail contenu dans le compartiment de mise en pression (13) dudit premier réservoir (1) dans le compartiment de mise en pression (93) dudit deuxième réservoir, moyennant quoi l'hydrogène gazeux contenu dans lesdits compartiments de transfert (11; 91) mis en communication est déplacé vers ledit compartiment de transfert (11) dudit premier réservoir (1), à pressionconstante. -si la pression d'hydrogène gazeux contenu dans les compartiments de transferts (11; 91) est supérieure ou sensiblement égale à Pcible, on isole ledit premier réservoir (1); -si la pression de l'hydrogène gazeux dans les deux compartiments de transferts mis en communication (11; 91) est inférieure à Pcible, on introduit un volume supplémentaire Vsup de fluide de travail dans le compartiment de mise en pression (93) dudit deuxième réservoir (90).

Description

PROCEDE D'APPROVISIONNEMENT D'UNE STATION DE DISTRIBUTION D'HYDROGENE GAZEUX A PRESSION CONSTANTE - STATION
ASSOCIEE La présente invention concerne un procédé d'approvisionnement d'une station de distribution d'hydrogène avec de l'hydrogène gazeux.
Les véhicules automobiles fonctionnant à l'hydrogène sont une alternative aux véhicules dont le moteur fonctionne aux dérivés du pétrole. Ce type de véhicule est donc amené à se développer du fait de la nécessité de recourir d'avantage à des sources d'énergie renouvelables.
Les stations de distribution d'hydrogène gazeux comportent une citerne raccordée à un réservoir tampon. L'approvisionnement en hydrogène gazeux des véhicules s'effectue par le raccordement du réservoir du véhicule avec le réservoir tampon ; l'hydrogène gazeux pénètre dans le réservoir du véhicule par différence de pression. Le remplissage du réservoir tampon est mis en oeuvre également par différence de pression, l'hydrogène gazeux contenu dans la citerne se répand ainsi dans le réservoir tampon.
Le ravitaillement de la citerne est lui aussi mis en oeuvre par différence de pression. L'hydrogène gazeux contenu dans le réservoir de ravitaillement (qui est en général un camion citerne de ravitaillement) se répand dans la citerne par différence de pression.
Ces transferts successifs par différence de pression imposent de transporter l'hydrogène gazeux sous une pression importante et de recomprimer, dans le cas du réservoir tampon, afin de pouvoir remplir le réservoir du véhicule par différence de pression.
Le document US 5 454 408 A décrit une installation de stockage et de livraison de gaz naturel. Cette installation comporte une citerne qui comprend une paroi mobile qui définit une compartiment de mise en pression et un compartiment contenant le gaz naturel. La citerne est reliée à une station de distribution de gaz naturel qui permet de remplir le réservoir d'un véhicule en gaz naturel. Le problème de la livraison de gaz est de déterminer facilement la quantité de gaz effectivement délivrée pour la facturer. La citerne ayant une paroi mobile, il est possible de maintenir pendant un certain temps la pression de gaz naturel à une valeur donnée en comprimant le gaz naturel. On peut ainsi mesurer la quantité délivrée par la modification du volume du compartiment contenant le gaz naturel. Ce document décrit donc un procédé qui permet un remplissage de réservoir de véhicule par différence de pression.
Le document WO 2008/074075 décrit un procédé de remplissage d'un réservoir de véhicule avec du gaz naturel qui met en œuvre le déplacement du gaz naturel du fait de l'injection d'un liquide de travail dans un réservoir qui contient le gaz naturel. Le liquide est en contact avec le gaz naturel et permet de traiter chimiquement ce dernier. Ce procédé ne peut être mis en œuvre avec de l'hydrogène qui doit impérativement rester pur et donc rester sans contact avec son environnement, en particulier le liquide de travail.
Par ailleurs, le document FR 2 897 140 A1 décrit un procédé de remplissage d'un bouteille de gaz. Selon ce procédé, on remplit la bouteille de liquide en contact avec le gaz jusqu'à ce que ce dernier atteigne une pression égale à une valeur donnée. La réserve de gaz, de plus grand volume contient elle-aussi du gaz en contact avec un liquide. En vidant progressivement le liquide de la bouteille vers un réservoir de liquide et en introduisant du liquide depuis ce même réservoir ou depuis un circuit de liquide dans la réserve de gaz, on transfert du gaz de la réserve vers le bouteille en conservant la pression dans la bouteille sensiblement égale à la valeur donnée précédemment. Le transfert de gaz s'effectue donc par différence de pression, le liquide dans la réserve servant à maintenir cette différence de pression constante. La pression de gaz constante dans la bouteille évite les risques de montée en température du fait de la compression du gaz.
Les procédés utilisés pour le gaz naturel notamment, ne peuvent pas toujours être utilisés avec l'hydrogène gazeux. Comme précédement décrit, l'hydrogène gazeux doit conserver une certaine pureté. De plus, les pressions du gaz naturel dans les installations d'approvisonnement sont plus faibles (de l'ordre de 250 105 Pa maximum) que celles de l'hydrogène dans les installations correspondantes (de l'odre de 900 105 Pa).
De plus, dans le cadre du ravitaillement d'une citerne, celle-ci étant généralement constituée de métal, le problème d'échauffement dû à la compression du gaz n'apparait pas. Les échanges thermiques sont suffisament rapides pour que la chaleur évnetuellement générée soit évacuée sans poser de problème.
Enfin, la compression étant coûteuse, il est important dans un procédé mettant en œuvre des transferts de gaz successifs dans divers récipient de taille différente, de conserver au maximum la pression initialement conférée au gaz.
La présente invention a donc pour but, notamment de proposer un nouveau procédé d'approvisionnement d'une citerne d'hydrogène gazeux avec de l'hydrogène gazeux provenant d'un réservoir de ravitaillement.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de remplissage du réservoir tampon d'une station de distribution d'hydrogène.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé tel que précité qui soit fiable et peu coûteux.
Un autre but de la présente invention est de proposer une station de distribution d'hydrogène gazeux qui permet la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
La présente invention concerne un procédé d'approvisionnement en hydrogène d'une station de distribution d'hydrogène comprenant un premier réservoir contenant de l'hydrogène gazeux à une pression P1 inférieure à une pression cible Pcible donnée avec de l'hydrogène gazeux contenu dans un deuxième réservoir à une pression de ravitaillement Pravitaillement sensiblement inférieure ou égale à ladite pression Pcible.
Selon l'invention, de manière caractéristique, lesdits premier et deuxième réservoirs comprennent chacun deux compartiments de volume variable séparés par une paroi mobile : un compartiment de transfert qui est adapté pour contenir de l'hydrogène gazeux et pour être mis en communication avec ledit compartiment de transfert de l'autre réservoir et un compartiment de mise en pression qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail ;
- on met en communication lesdits compartiments de transfert ;
- on transfert le volume de fluide de travail contenu dans le compartiment de mise en pression dudit premier réservoir dans le compartiment de mise en pression dudit deuxième réservoir, moyennant quoi l'hydrogène gazeux contenu dans lesdits compartiments de transfert mis en communication est déplacé vers ledit compartiment de transfert dudit premier réservoir, à pression constante ;
- si la pression d'hydrogène gazeux contenu dans les deux compartiments de transferts mis en communication est supérieure ou sensiblement égale à Pcible, on isole ledit premier réservoir ;
- si la pression de l'hydrogène gazeux dans les deux compartiments de transferts mis en communication est inférieure à Pcible, on introduit un volume supplémentaire Vsup de fluide de travail dans le compartiment de mise en pression dudit deuxième réservoir de manière à comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans lesdits compartiments de transfert mis en communication jusqu'à ladite pression cible Pcible, puis on isole ledit premier réservoir.
Le procédé de l'invention permet ainsi de ne pas perdre en pression lors du remplissage du premier réservoir. Dans le cadre du ravitaillement d'une station d'approvisionnement en hydrogène, pour une pression de stockage donnée, le procédé de l'invention permet d'utiliser des véhicules de ravitaillement qui transportent l'hydrogène gazeux à une pression inférieure à celle requise pour un ravitaillement par différence de pression. Il permet de plus d'assurer un taux de vidange du véhicule de ravitaillement supérieur à celui atteint avec un ravitaillement par différence de pression.
Avantageusement, on met en communication les compartiments de mise en pression dudit premier réservoir et dudit deuxième réservoir de manière à maintenir la même pression dans lesdits compartiments et l'on transfère le fluide de travail contenu dans le compartiment de mise en pression dudit premier réservoir vers le compartiment de mise en pression dudit deuxième réservoir. Le transfert de fluide entre les deux compartiments de mise en pression est ainsi particulièrement facile à mettre en œuvre et permet d'assurer sans contrôle une constante égalité de pression entre les compartiments de transfert des réservoirs. Par ailleurs l'énergie requise pour réaliser le transfert correspond alors aux seules pertes de charges dans les deux circuits. Avantageusement, avant la mise en communication desdits compartiments de transfert, on introduit un volume V de fluide de travail dans le compartiment de mise en pression dudit premier réservoir de manière à déplacer la cloison mobile et à comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ledit compartiment de transfert jusqu'à une pression sensiblement égale ou supérieure à ladite pression de ravitaillement Pravitaillement ;
Avantageusement, on comprime l'hydrogène gazeux contenu dans ledit compartiment de transfert jusqu'à une pression sensiblement égale à ladite pression cible Pcible.
Le fluide de travail n'est pas limité selon l'invention. Il peut être un gaz ou un liquide. Il est avantageusement un liquide.
Selon un mode de mise en œuvre particulier du procédé de l'invention, ledit premier réservoir est choisi parmi la citerne d'hydrogène d'une station de distribution d'hydrogène gazeux et le réservoir tampon d'une station d'approvisionnement en hydrogène gazeux et ledit deuxième réservoir est choisi parmi le réservoir de ravitaillement d'un véhicule de ravitaillement et la citerne d'une station de distribution d'hydrogène.
Ainsi, le procédé de l'invention peut être mis en œuvre pour le remplissage de la citerne d'une station de distribution d'hydrogène gazeux par un véhicule de ravitaillement et pour le remplissage du réservoir tampon à partir de la citerne. Dans tous les cas, P1 cible n'est pas limitée selon l'invention ; elle peut être, par exemple, sensiblement supérieure ou égale à 200 105 Pa et sensiblement inférieure ou égale à 700 105 Pa et la température de l'hydrogène durant toute la mise en œuvre du procédé est comprise entre -15°C et 35°C.
La présente invention concerne également une station de distribution d'hydrogène gazeux pour des véhicules automobiles fonctionnant au moins partiellement à l'hydrogène gazeux, ladite station étant du type comprenant une citerne d'hydrogène gazeux apte à alimenter le réservoir d'un véhicule automobile.
Selon l'invention, de manière caractéristique, ladite station de distribution comporte en outre, un réservoir de ravitaillement, monté sur un châssis mobile et séparé en deux compartiments par une paroi mobile interne, un compartiment de transfert qui est apte à communiquer avec ledit compartiment de ladite citerne et un compartiment de mise en pression qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail, ladite citerne est elle-aussi séparée en deux compartiments par une paroi mobile interne, un compartiment de transfert qui est apte à communiquer avec ledit compartiment de transfert dudit réservoir de ravitaillement et un compartiment de mise en pression qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail, ladite station de distribution comporte, en outre, un réservoir de fluide de travail adapté pour être connecté à ladite ouverture d'entrée et éventuellement à ladite ouverture de sortie dudit fluide de travail de ladite citerne, ladite station comporte également des moyens formant pompe conformés pour injecter du fluide de travail dans ledit compartiment de mise en pression de ladite citerne et des premiers moyens de transfert du fluide de travail contenu dans ledit compartiment de mise en pression de ladite citerne vers le compartiment de mise en pression dudit réservoir de ravitaillement.
Selon un mode de réalisation particulier, la station de distribution d'hydrogène gazeux selon l'invention comporte, en outre, un réservoir tampon disposé en aval de ladite citerne et séparé en deux compartiments par une paroi mobile interne, un compartiment de transfert qui est apte à communiquer avec ledit réservoir d'un véhicule automobile et un compartiment de mise en pression qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail, ledit compartiment de transfert dudit réservoir tampon est apte à être mis en communication avec ledit compartiment de transfert de ladite citerne et/ou dudit réservoir de ravitaillement, ladite ouverture d'entrée et éventuellement ladite ouverture de sortie du fluide de travail dudit compartiment de mise en pression dudit réservoir tampon est/sont apte(s) à être mise(s) en communication avec un deuxième réservoir de fluide de travail via des deuxièmes moyens formant pompe et ladite station de distribution comporte, en outre, des deuxièmes moyens de transfert conformés pour transférer le fluide de travail contenu dans ledit réservoir tampon vers ledit compartiment de mise en pression de ladite citerne et/ou dudit réservoir de ravitaillement. Une telle station de distribution permet d'utiliser le procédé de l'invention pour remplir la citerne à partir du réservoir de ravitaillement, pour remplir le réservoir tampon à partir du réservoir de ravitaillement et pour remplir le réservoir tampon à partir de la citerne.
Avantageusement, ledit compartiment de transfert dudit réservoir tampon et/ou de ladite citerne et/ou du réservoir de ravitaillement est formé par une enveloppe souple qui possède une seule ouverture servant à la fois à l'entrée et à la sortie de l'hydrogène. Une telle installation permet de conserver la pureté de l'hydrogène en l'isolant du fluide de travail. Elle est de plus peu onéreuse.
Avantageusement, la station comporte, en outre, des moyens d'injection d'un fluide de travail dans ledit compartiment de mise en pression dudit réservoir de ravitaillement qui sont adaptés pour comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans le compartiment de transfert du réservoir de ravitaillement. De tels moyens permettent d'obtenir la pression cible dans le compartiment de transfert de la citerne sans que l'hydrogène contenu dans le réservoir de ravitaillement soit à une pression égale ou supérieure à P cible. Définitions
Dans toute la présente demande, les termes «mise en communication», «connexion», «liaison», « connecté », « relié » et tous les autres termes affiliés signifient, lorsqu'ils font référence à des réservoirs, que le fluide contenu peut circuler dans le sens voulu d'un réservoir à l'autre, y compris lorsque cela nécessite que la différence de pression soit supérieure à un certain seuil en raison de la présence entre les deux réservoirs d'un clapet anti-retour empêchant le gaz de circuler dans le sens non-voulu.
Les termes « mise en communication » signifient en outre que la circulation du fluide s'effectue librement jusqu'à ce que la pression soit la même dans les deux réservoirs, ou jusqu'à ce que le clapet anti-retour se referme dans le cas où les deux réservoirs sont séparés par un tel clapet.
Les termes « véhicule automobile » font référence à tout véhicule susceptible de se mouvoir par lui-même ; ce peut être une voiture, un camion, un bateau, un engin de chantier ou tout autre dispositif comportant un moteur fonctionnant directement ou indirectement avec de l'hydrogène gazeux. DESCRIPTION
La présente invention, ses caractéristiques et les divers avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de la présente invention, présenté à titre d'exemple indicatif et non limitatif et qui fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
-la Fig. 1f représente de manière schématique un mode de réalisation particulier d'une station de distribution d'hydrogène gazeux selon l'invention, le réservoir de ravitaillement et les moyens de transfert du liquide de travail des citernes vers le réservoir de ravitaillement n'étant pas représentés par souci de simplification et de clarté; et
- les Fig. 2a à 2d représentent une vue partielle du mode de réalisation de la Fig. 1 , seuls la citerne et le réservoir de ravitaillement étant représentés, à différentes étapes du ravitaillement de la citerne.
En référence à la Fig. 1f, la station de distribution d'hydrogène gazeux comporte trois citernes d'hydrogène gazeux 1 qui représentent, à titre indicatif, chacune un volume de 10 000L, et quatre réservoirs tampons 3 qui représentent, à titre indicatif, chacun un volume de 500L. Les citernes 1 sont connectées entre-elles en parallèle et forment une batterie de citernes 1 . Les réservoirs tampon 3 sont connectés entre eux en parallèle et l'ensemble ainsi formé est connecté à la batterie de citernes 1 . Chaque citerne 1 comporte une enveloppe souple 1 1 , encore appelée vessie 1 1 dans le reste de la présente demande. Chaque vessie 1 1 comporte une ouverture d'entrée de l'hydrogène gazeux 1 1 1 qui peut être reliée au réservoir de ravitaillement (voir Fig. 2a à 2d). Chaque vessie 1 1 comporte également une ouverture de sortie de l'hydrogène gazeux 1 13 qui est connectée aux vessies 31 des réservoirs tampons 3. L'intérieur de chaque vessie 1 1 forme un compartiment de transfert de l'hydrogène gazeux tandis que le volume de chacune des citernes 1 qui est à l'extérieur de la vessie 1 1 constitue le compartiment de mise en pression 13.
Dans le mode de réalisation particulier ici représenté, chaque réservoir tampon 3 comporte une enveloppe souple 31 , encore appelée vessie dans le reste de la présente demande. Chaque vessie 31 comporte une ouverture d'entrée de l'hydrogène gazeux 31 1 qui est reliée aux vessies 1 1 de la batterie de citernes d'hydrogène gazeux. L'intérieur de chaque vessie 31 forme un compartiment de transfert de l'hydrogène gazeux tandis que le volume de chacun des réservoirs tampon 3 qui est à l'extérieur de la vessie 31 constitue le compartiment de mise en pression 33. Le compartiment de mise en pression 33 de chaque réservoir tampon 3 est relié à un réservoir de liquide de travail 7 au niveau d'une ouverture unique qui permet l'entrée et la sortie du fluide de travail. Une pompe 71 alimente simultanément les trois compartiments de mise en pression 33 des réservoirs tampon 3. La pompe 71 contrôle le volume de liquide de travail situé dans les compartiments de mise en pression 33.
Comme représenté sur la Fig. 2a, la station de ravitaillement comporte également un véhicule de ravitaillement 9 qui comporte trois réservoirs de ravitaillement 90. Chaque réservoir 90 comporte une vessie 91 qui renferme de l'hydrogène gazeux. Chaque vessie 91 présente une ouverture d'entrée et de sortie 91 1 de l'hydrogène gazeux qu'elle contient. Le volume de chaque réservoir 90 situé à l'extérieur de la vessie 91 forme un compartiment de mise en pression 93 pour la vessie 91 . La station comprend également une pompe 710 reliée à un réservoir de fluide de travail 70. La pompe 710 est reliée aux compartiments de mise en pression 13 des citernes 1 et permet donc d'injecter ou de retirer du fluide de travail provenant du réservoir 70 dans ces compartiments 13. La station comporte également une conduite de ravitaillement 100 qui relie les ouvertures 91 1 des vessies 91 aux ouvertures d'entrée 1 1 1 de l'hydrogène gazeux des vessies 1 1 . La conduite de ravitaillement 100 est équipée de deux vannes V21 et V22. Cette conduite de ravitaillement est en fait formée de deux tronçons de conduite, l'un allant des citernes 1 jusqu'à la vanne V21 . L'autre tronçon part des vessies 91 jusqu'à la vanne V22. Ceci permet d'assembler et de dissocier le véhicule de ravitaillement 9 du reste de la station de distribution. En raccordant les vannes V21 et V22, on met en communication les vessies 91 avec les vessies 1 1 .
Comme représenté sur les Fig. 2a à 2d, la station comporte également une conduite de transfert 101 qui relie les compartiments de mise en pression 13 avec les compartiments de mise en pression 93 du réservoir de ravitaillement 9. Une pompe de transfert 770 placée sur cette conduite de transfert 101 et des vannes (non représentées) permettent de transférer le liquide de travail contenu dans les compartiments de mise en pression 13 vers les compartiments de mise en pression 93, comme expliqué ultérieurement.
Un exemple de mise en œuvre du précédé de l'invention va maintenant être décrit en référence aux Fig. 2a à 2d.
Sur la Fig. 2a, le liquide de travail est contenu dans le réservoir 70, la vanne V21 est fermée. Les citernes 1 1 doivent être ravitaillées en hydrogène. Les vessies 1 1 sont gonflées et contiennent de l'hydrogène gazeux sous faible pression. La pression d'hydrogène P1 1 (initiale) dans les vessies 1 1 est faible, de l'ordre de 50 105 Pa. Le véhicule de ravitaillement 90 est plein. La pression d'hydrogène P91 (initiale) dans les vessies 91 est de l'ordre de 500 105 Pa ; elle est supérieure à P1 1 (initiale).
Sur la Fig.2b, du liquide de travail est introduit par la pompe 710 dans les compartiments de mise en pression 13 de manière à comprimer les vessies 1 1 . On comprime les vessies 1 1 jusqu'à ce que la pression de l'hydrogène gazeux qu'elles contiennent soit égale à la pression P91 (initiale). Aucun liquide de travail n'est présent dans les compartiments de mise en pression 93 des réservoirs de ravitaillement 90.
Comme représenté sur la Fig. 2c, lorsque la pression d'hydrogène dans les vessies 1 1 atteint la même valeur que celle régnant dans les vessies 93, on ouvre les vannes V21 et V22. On injecte au moyen de la pompe de transfert 770 le liquide de travail contenu dans les compartiments de mise en pression 13 des citernes 1 dans les compartiments de mise en pression 93 des réservoirs de ravitaillement 90. On déplace ainsi le volume d'hydrogène contenu dans les vessies 91 , la conduite 100 et les vessies 1 1 vers les vessies 1 1 .
Comme représenté sur la Fig. 2d, lorsque les vessies 91 sont vidées dans les vessies 1 1 , on ferme les vannes V21 et V22. On rejette via la pompe 770 et la pompe 71 le fluide de travail contenu dans les compartiments de mise en pression 93 dans le réservoir 70. Les vessies 1 1 sont remplies d'hydrogène gazeux à la pression P91 (initiale) ; les vessies 91 sont gonflées et contiennent une faible quantité résiduelle d'hydrogène gazeux à faible pression 30 105 Pa.
Le procédé de l'invention permet de ne pas perdre de pression pendant le remplissage de la citerne et d'assurer un taux de vidange du réservoir de ravitaillement supérieur à celui atteint avec un transfert par différence de pression.
L'exemple précité fait référence au remplissage de la citerne par le véhicule de ravitaillement mais le même procédé peut être appliqué pour le ravitaillement du réservoir tampon par le véhicule de ravitaillement et pour le remplissage du réservoir tampon par l'hydrogène contenu dans les citernes 1 .
Selon un autre mode de réalisation non représenté, la station de distribution comporte des moyens d'injection d'un fluide de travail dans le compartiment de mise en pression 93 du réservoir de ravitaillement 90 qui sont adaptés pour comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans le compartiment de transfert 91 du réservoir de ravitaillement 90. Ces moyens précités peuvent utiliser des moyens formant pompe spécifiques ou des moyens formant pompe déjà utilisés pour une autre fonction. Une telle station permet de comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans les compartiments de transfert 1 1 et 91 qui communiquent. L'hydrogène gazeux est d'abord déplacé dans le compartiment de transfert 1 1 de la citerne 1 . En injectant un volume supplémentaire Vsup de liquide de travail dans le compartiment de mise en pression 93 du réservoir de ravitaillement, on comprime l'hydrogène contenu dans les deux compartiments de transfert qui communiquent. On comprime notamment l'hydrogène contenu dans le compartiment de transfert 1 1 de la citerne 1 .
Lorsque la pression régnant dans les deux compartiments de transfert mis en communication est inférieure à la pression cible, on comprime l'hydrogène restant dans le compartiment de transfert 91 du réservoir de ravitaillement 90 en injectant un volume supplémentaire de fluide de travail dans le compartiment de mise en pression 93 du réservoir de ravitaillement. Cette augmentation de pression se transmet à l'hydrogène contenu dans le compartiment de transfert 1 1 de la citerne 1 puisque les deux compartiments de transfert communiquent. On isole la citerne 1 quand la pression d'hydrogène gazeux y régnant est sensiblement égale à la pression cible.

Claims

REVENDICATIONS :
1 . Procédé d'approvisionnement en hydrogène d'une station de distribution d'hydrogène comprenant un premier réservoir (1 ;3) contenant de l'hydrogène gazeux à une pression P1 inférieure à une pression cible Pcible donnée avec de l'hydrogène gazeux contenu dans un deuxième réservoir (90) à une pression de ravitaillement Pravitaillement sensiblement inférieure ou égale à ladite pression Pcible, caractérisé en ce que ledit premier réservoir et ledit deuxième réservoir comprennent chacun deux compartiments de volume variable séparés par une paroi mobile : un compartiment de transfert (1 1 ; 91 ) qui est adapté pour contenir de l'hydrogène gazeux et pour être mis en communication avec ledit compartiment de transfert (1 1 ; 91 ) de l'autre réservoir et un compartiment de mise en pression (13 ; 93) qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail ;
en ce que
- on met en communication lesdits compartiments de transfert (1 1 ; 91 );
- on transfert le volume de fluide de travail contenu dans le compartiment de mise en pression (13) dudit premier réservoir (1 ) dans le compartiment de mise en pression (93) dudit deuxième réservoir (90), moyennant quoi l'hydrogène gazeux contenu dans lesdits compartiments de transfert (1 1 ; 91 ) mis en communication est déplacé vers ledit compartiment de transfert (1 1 ) dudit premier réservoir (1 ), à pression constante.
- si la pression d'hydrogène gazeux contenu dans les deux compartiments de transferts (1 1 ; 91 ) mis en communication est supérieure ou sensiblement égale à Pcible, on isole ledit premier réservoir (1 ) ;
- si la pression de l'hydrogène gazeux dans les deux compartiments de transferts mis en communication (1 1 ; 91 ) est inférieure à Pcible, on introduit un volume supplémentaire Vsup de fluide de travail dans le compartiment de mise en pression (93) dudit deuxième réservoir (90) de manière à comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans lesdits compartiments de transfert (1 1 ; 91 ) mis en communication jusqu'à ladite pression cible Pcible, puis on isole ledit premier réservoir (1 ).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'avant la mise en communication desdits compartiments de transfert (1 1 ; 91 ), on introduit un volume V de fluide de travail dans le compartiment de mise en pression (13) de dudit premier réservoir (1 ) de manière à déplacer la cloison mobile et à comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ledit compartiment de transfert (13) jusqu'à une pression sensiblement égale ou supérieure à ladite pression de ravitaillement Pravitaillement.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on met en communication les compartiments de mise en pression (13 ; 93) dudit premier réservoir et dudit deuxième réservoir (90) de manière à maintenir la même pression dans lesdits compartiments et que l'on transfère le fluide de travail contenu dans le compartiment de mise en pression (13) dudit premier réservoir (1 ) vers le compartiment de mise en pression (93) dudit deuxième réservoir (90).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fluide de travail est un liquide.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que P1 cible est sensiblement supérieure ou égale à 200 105 Pa et sensiblement inférieure ou égale à 700 105 Pa et en ce que la température de l'hydrogène durant toute la mise en œuvre du procédé est comprise entre -15°C et 35°C.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier réservoir est choisi parmi la citerne d'hydrogène (1 ) d'une station de distribution d'hydrogène gazeux et le réservoir tampon (3) d'une station d'approvisionnement en hydrogène gazeux et ledit deuxième réservoir est choisi parmi le réservoir de ravitaillement d'un véhicule de ravitaillement (90) et la citerne d'une station de distribution d'hydrogène (1 ).
7. Station de distribution d'hydrogène gazeux pour des véhicules automobiles fonctionnant au moins partiellement à l'hydrogène gazeux, ladite station étant du type comprenant une citerne d'hydrogène gazeux (1 ) apte à alimenter le réservoir (51 ) d'un véhicule automobile (5), un réservoir de ravitaillement (90), monté sur un châssis mobile et séparé en deux compartiments par une paroi mobile interne, un compartiment de transfert (91 ) qui est apte à communiquer avec ladite citerne (1 ) et un compartiment de mise en pression (93) qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail, en ce que ladite citerne (1 ) est séparée en deux compartiments par une paroi mobile interne, un compartiment de transfert (1 1 ) qui est apte à communiquer avec ledit réservoir (51 ) dudit véhicule (5) et un compartiment de mise en pression (13) qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail, ladite station de distribution comportant en outre, un premier réservoir de fluide de travail (70) adapté pour être connecté à ladite ouverture d'entrée et éventuellement à ladite ouverture de sortie dudit fluide de travail de ladite citerne (1 ), et des premiers moyens formant pompe (710) conformés pour injecter du fluide de travail dans ledit compartiment de mise en pression (13) de ladite citerne (1 ), caractérisée en ce que ladite station de distribution comporte des premiers moyens de transfert (770, 101 ) du fluide de travail contenu dans ledit compartiment de mise en pression (13) de ladite citerne (1 ) vers le compartiment de mise en pression (93) dudit réservoir de ravitaillement (90).
8. Station de distribution d'hydrogène gazeux selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un réservoir tampon (3) disposé en aval de ladite citerne et séparé en deux compartiments par une paroi mobile interne, un compartiment de transfert (31 ) qui est apte à communiquer avec ledit réservoir (51 ) d'un véhicule automobile (5) et un compartiment de mise en pression (33) qui présente une ouverture d'entrée d'un fluide de travail et une ouverture de sortie dudit fluide de travail, en ce que ledit compartiment de transfert (31 ) dudit réservoir tampon (3) est apte à être mis en communication avec ledit compartiment de transfert (1 1 ; 91 ) de ladite citerne (1 ) et/ou dudit réservoir de ravitaillement (90), en ce que ladite ouverture d'entrée et éventuellement ladite ouverture de sortie du fluide de travail dudit compartiment de mise en pression (33) dudit réservoir tampon (3) est/sont apte(s) à être mise(s) en communication avec un deuxième réservoir de fluide de travail (7) via des deuxièmes moyens formant pompe (71 ) et en ce que ladite station de distribution comporte, en outre, des deuxièmes moyens de transfert conformés pour transférer le fluide de travail contenu dans ledit réservoir tampon (3) vers ledit compartiment de mise en pression (13 ; 93) de ladite citerne (1 ) et/ou dudit réservoir de ravitaillement (90).
9. Station de distribution selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que ledit compartiment de transfert (31 ; 1 1 ) dudit réservoir tampon (3) et/ou de ladite citerne (1 ) est formé par une enveloppe souple.
10. Station de distribution selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, des moyens d'injection d'un fluide de travail dans ledit compartiment de mise en pression (93) dudit réservoir de ravitaillement (90) qui sont adaptés pour comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ledit compartiment de transfert (91 ) dudit réservoir de ravitaillement (90).
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