WO2018154040A1 - Systeme d'utilisation/production d'hydrogene comprenant un materiau adsorbant stabilisant la pression - Google Patents

Systeme d'utilisation/production d'hydrogene comprenant un materiau adsorbant stabilisant la pression Download PDF

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WO2018154040A1
WO2018154040A1 PCT/EP2018/054477 EP2018054477W WO2018154040A1 WO 2018154040 A1 WO2018154040 A1 WO 2018154040A1 EP 2018054477 W EP2018054477 W EP 2018054477W WO 2018154040 A1 WO2018154040 A1 WO 2018154040A1
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WO
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chamber
hydrogen
pressure
unit
return valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054477
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English (en)
Inventor
Michael Francis Levy
Jorn OUBRAHAM
Carsten Pohlmann
Jean-Baptiste Dementhon
Original Assignee
Aaqius & Aaqius Sa
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Publication date
Application filed by Aaqius & Aaqius Sa filed Critical Aaqius & Aaqius Sa
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a system for using hydrogen.
  • the invention also relates to an associated method.
  • An object of the invention is to provide a system for using hydrogen which solves at least one of the disadvantages of the prior art.
  • An object of the invention is in particular to provide an efficient and secure system.
  • a system for using hydrogen comprising:
  • a unit comprising a first chamber adapted to contain hydrogen
  • means for controlling the hydrogen pressure of the first chamber comprising a second chamber adapted to store hydrogen, in which is disposed a reversible storage material of hydrogen by sorption, the first chamber and the second chamber; chamber being arranged so that the material captures and / or releases hydrogen by sorption, so as to limit and / or stabilize the hydrogen pressure within the first chamber.
  • the first chamber and the second chamber are maintained in fluid communication
  • At least one opening and / or channel for example a plurality of openings and / or pipes, now in fluidic communication the first chamber and the second chamber,
  • a first nonreturn valve adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the first chamber to the second chamber
  • the first non-return valve is adapted to allow a flow of hydrogen to flow from the first chamber to the second chamber when the pressure in the first chamber exceeds an opening pressure
  • the fluidic communication means further comprising a second non-return valve adapted to allow the flow of hydrogen flow from the second chamber to the first chamber when the pressure in the second chamber exceeds the pressure in the first chamber, the material is adapted to form a metal hydride,
  • the invention further relates to a method of operating such a system.
  • FIG. 1 represents a system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents a system according to another exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 4 diagrammatically shows the pressure in bar as a function of time in a first chamber and a second chamber of the system of FIG. 1,
  • FIG. 5 represents in the form of an isothermal pressure diagram in bar as a function of the hydrogen concentration of the system of FIG. 2,
  • FIG. 6 diagrammatically shows the pressure in bar as a function of time between a single-chamber configuration according to the prior art and the system of FIG. 2.
  • the system includes a unit.
  • the unit is for example a unit for using hydrogen and / or for producing hydrogen, for example for producing hydrogen by electrolysis.
  • the unit comprises for example a first chamber 1 10 adapted to contain hydrogen.
  • Hydrogen is for example contained at least in gaseous form.
  • Hydrogen is, for example, additionally contained in liquid form or by sorption.
  • the first chamber 1 10 is for example adapted to store hydrogen.
  • the first chamber is for example adapted to contain a stream of hydrogen, the first chamber forming for example and a pipe.
  • the system 100 includes a second hydrogen storage chamber 120.
  • the system 100 comprises a hydrogen storage material 121.
  • the material 121 is disposed within the second chamber 120.
  • the material 121 is for example a reversible storage material of hydrogen, for example by sorption.
  • the material 121 may be a solid material or gel form.
  • the material 121 may be a storage material by adsorption and / or absorption.
  • the material 121 may be a storage material by hydriding and / or dehydriding.
  • an initially loaded material which has been at least partially discharged may be at least partially recharged in the medium in which the material is placed, for example a medium consisting of gaseous dihydrogen.
  • the partial reloading as being a reloading at a pressure less than or equal to 200 bar, in a temperature range suitable for reloading the material, for example at an optimum temperature for reloading the material at the pressure in question, for example so as to achieve a given load rate, for example 50%, for example so as to increase the load ratio by a given percentage for example by at least 10%.
  • Sorption is the process by which a substance is adsorbed or absorbed on or in another substance.
  • absorption is meant the ability of a material to retain molecules in its volume.
  • adsorption is meant the ability of a material to retain molecules on its surface.
  • the system includes hydrogen pressure control means of the first chamber.
  • the control means form for example a control device.
  • the hydrogen pressure is equal to the pressure within the first chamber.
  • the hydrogen pressure is the hydrogen partial pressure within the first chamber.
  • the hydrogen pressure control means comprise a second chamber 120 adapted to store hydrogen, in which is disposed a material 121 for the reversible storage of hydrogen by sorption.
  • the first chamber 1 10 and the second chamber 120 are for example arranged so that the material 121 captures and / or releases hydrogen by sorption, so as to limit and / or stabilize the hydrogen pressure within the first chamber 1 10.
  • the first chamber 1 10 and the second chamber 120 are for example arranged so that the material 121 can limit the hydrogen pressure within the first chamber 1 10 when the first chamber 1 10 is subjected to a rise in pressure, in especially in hydrogen pressure. It is thus possible, by capturing hydrogen gas by means of the material, to limit an increase in pressure, in particular undesired hydrogen pressure.
  • the system is configured so that the material 121 makes it possible to stabilize the hydrogen pressure within the first chamber 1 10.
  • the system is for example configured so that the material 121 makes it possible to stabilize the pressure of hydrogen in the first chamber 1 10 when the first chamber 1 10 is subjected to pressure variations, in particular hydrogen pressure.
  • Stabilization is understood to mean reducing variations, increases, decreases or oscillations which form deviations from a desired pressure. It is thus possible by capturing and / or releasing hydrogen gas by means of the material, to avoid large and undesired changes in pressure and thus to stabilize the pressure.
  • Such a system also makes it possible to dispense with a safety valve, or at least to limit its use to extreme cases. This makes it possible to avoid or limit the disadvantages associated with such a valve, such as losses of hydrogen as soon as the pressure increases, the safety risks involved in such releases of hydrogen, and the risks associated with the lack of operation of such valves, and the maintenance operations on such valves that would be necessary, as well as the risk of malfunction of such valves related to the discharge of solids upon the rejection of hydrogen. Such a system also makes it possible to dispense with binding conditions of storage and transport, particularly in terms of temperature.
  • Such a system is also more advantageous than making a system with additional volume not occupied. It is thus possible to propose a more advantageous solution, the additional volume offering only a limited advantage in terms of pressure reduction due to the low density of gaseous hydrogen. In addition, it is thus possible to avoid the increase in mass and volume associated with a system having a larger internal volume and the disadvantages it presents for the user.
  • the system 100 is for example adapted to supply hydrogen to a unit for using hydrogen as described below, and / or to receive hydrogen from a hydrogen production unit as described herein. -after.
  • the system 100 is for example configured to be part of or further form a hydrogen storage and supply system.
  • the system 100 is for example configured so that the hydrogen pressure control means form an exchangeable and / or removable device as described below.
  • the hydrogen pressure control means form, for example, a cartridge.
  • the system 100 is for example configured so that the second chamber 120 and / or the material 121 makes it possible to limit the hydrogen pressure within the first chamber 1 10, for example when the first chamber 1 10 is subjected to a rise in hydrogen pressure, so that the pressure within the first chamber remains less than or equal to a so-called critical pressure or does not exceed by a certain threshold a so-called critical pressure, for example for a temperature less than or equal to so-called critical temperature and / or for a quantity of hydrogen contained by the first chamber less than or equal to a so-called critical amount.
  • the critical pressure corresponds to a predefined value and determined as critical for the system, for example for the critical quantity and for the critical temperature.
  • the hydrogen pressure control means so that the pressure of the first chamber and / or the hydrogen pressure of the first chamber remains below a predetermined pressure.
  • the choice of material thus makes it possible to control in advance the pressures to which the first chamber will be subjected, which makes it possible to size the hydrogen pressure control means accordingly.
  • the material 121 comprises or is a hydrogen storage material, for example adapted to form a hydride, for example a metal hydride.
  • the material 121 comprises or is for example a metal alloy, for example adapted to form a hydride, for example at room temperature.
  • the material 121 comprises for example a powder.
  • the material 121 may comprise or consist of a metal alloy, for example an intermetallic compound, of type A n B m , where A and B are metallic chemical elements, and n and m of natural numbers greater than or equal to 1, for example of type AB m , for example AB2 or AB5, for example of type A n B, for example A2B, for example AB.
  • a metal alloy for example an intermetallic compound, of type A n B m , where A and B are metallic chemical elements, and n and m of natural numbers greater than or equal to 1, for example of type AB m , for example AB2 or AB5, for example of type A n B, for example A2B, for example AB.
  • the material 121 may comprise or consist of a metal alloy, for example an intermetallic compound, comprising iron and / or vanadium and / or titanium and / or zirconium and / or magnesium.
  • the material 121 may comprise or consist of at least one alloy of LaNis and / or FeTi and / or TiCr and / or TiV and / or TiZr and / or TiMn2 and / or Mg type, and / or the hydride or hydrides ( s) corresponding.
  • the material 121 may also comprise or consist of at least one hydride of NaAIH and / or LiNH 2 and / or LiBH and / or MgH 2 type , or the corresponding dehydrogenated form (s).
  • the material 121 may comprise or consist of a Ti type alloy (i -y) Zry (MnVFe) 2 with y greater than or equal to 0 and y less than or equal to 1. Heating means
  • the system 100 may comprise heating means 1 13 of the material 121.
  • the heating means 1 13 are for example adapted to heat the material 121 at an operating temperature of the material
  • the system may include one or more materials that improve heat transfer and / or performance retention during cycles and / or permeability and / or other functions relevant to the intended application.
  • the system 100 may comprise a first pressure relief valve adapted to allow the escape of gas, for example hydrogen gas, for example from the device 100, for example from the first chamber 1 January 10, for example so as to limit the pressure of the system and / or to avoid overpressure of the system 100, for example of the storage unit, for example above a maximum pressure of the system 100, for example a maximum pressure of the first chamber 1 10 .
  • gas for example hydrogen gas
  • the system 100 may comprise a first pressure relief valve adapted to allow the escape of gas, for example hydrogen gas, for example from the device 100, for example from the first chamber 1 January 10, for example so as to limit the pressure of the system and / or to avoid overpressure of the system 100, for example of the storage unit, for example above a maximum pressure of the system 100, for example a maximum pressure of the first chamber 1 10 .
  • maximum pressure of the device for example means a pressure to which the device is not damaged when it is placed in operation.
  • the maximum pressure of the device is, for example, less than or equal to 300 bars, for example equal to 300 bars, for example less than or equal to 100 bars, for example equal to 100 bars, for example greater than or equal to 20 bars, for example equal to at 20 bars.
  • the second chamber 120 has for example a volume strictly smaller than that of the first chamber 1 10, for example less than or equal to 80%, for example less than or equal to 50%, for example greater than or equal to 10% of the volume from the first bedroom 1 10.
  • the second chamber 120 is for example a buffer chamber. Speakers
  • the unit comprises for example a first chamber 1 14.
  • the first chamber 1 10 extends for example inside the first chamber 1 14.
  • the first chamber 1 14 extends for example around the first chamber 1 10
  • the first chamber 1 14 delimits and / or defines, for example, the first chamber 1 10.
  • the hydrogen pressure control means comprise, for example, a second chamber 124.
  • the second chamber 120 extends for example inside the second chamber 124.
  • the second chamber 124 extends for example around the second chamber 120.
  • the second chamber 124 delimits and / or defines for example the second chamber 120.
  • the second enclosure 124 extends for example out of the first enclosure 1 14. Alternatively, the second enclosure 124 extends for example within the first enclosure 1 14.
  • At least one wall of the first enclosure 1 14 is for example contiguous with at least one wall of the second enclosure 124.
  • the second enclosure 124 is for example disposed at a distance from the walls of the first enclosure 1 14.
  • the second enclosure is for example disposed within the first chamber 1 10.
  • the second chamber 120 and / or the second chamber 124 is for example adapted to dissipate heat.
  • the system 100 may comprise a first non-return valve 140.
  • the first non-return valve 140 is example adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the first chamber 1 10 to the second chamber 120.
  • the first non-return valve 140 is for example adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the first chamber 1 10 to the second chamber 120 when the pressure in the first chamber 1 10 becomes greater than a first opening pressure.
  • the opening pressure is suitable for the intended application.
  • the first non-return valve 140 is for example a differential pressure valve.
  • the device 100 may comprise a second non-return valve
  • the second non-return valve 150 is for example adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the second chamber 120 to the first chamber 1 10 when the pressure in the second chamber 120 exceeds the pressure in the first chamber 1 10 .
  • the second non-return valve 150 is for example a non-return valve.
  • the device 100 may comprise a second pressure relief valve adapted to allow the escape of gas, for example hydrogen gas, for example from the second chamber 120, by example so as to limit the hydrogen pressure of the device and / or to avoid an overpressure of the device 100, for example beyond a maximum pressure of the device 100.
  • gas for example hydrogen gas
  • thermodynamic properties of the material 121 for example its equilibrium pressure, for example of sorption or desorption, for example at a given temperature or temperature range, correspond, for example, to the operating conditions of the unit. .
  • desorption equilibrium pressure of a material at a given temperature and at a given charge rate is meant the minimum gas pressure exerted on the material for which there is no release of hydrogen. At an infinitesimally lower pressure, hydrogen is released.
  • equilibrium pressure of absorption or adsorption of a material at a given temperature and at a given charge rate is meant the maximum gas pressure exerted on the material for which there is no pressure. absorption or adsorption of hydrogen. At an infinitesimally higher pressure, hydrogen is absorbed or adsorbed.
  • the same charge rate is for example between 40% and 60%, for example substantially equal to 50%.
  • the charge rate is for example expressed as a percentage.
  • the charge rate can be defined as the ratio of the mass of hydrogen introduced into the system to the maximum mass of hydrogen that the system can hold, at the given temperature.
  • the maximum mass, and therefore the charge rate is calculated at a reference pressure, for example 200 bar.
  • the equilibrium pressure at an operating temperature of the second chamber 120 is strictly less than the maximum pressure at which one wishes to submit the unit.
  • This operating temperature of the second chamber 120 may be the same temperature as the operating temperature of the first chamber 1 10.
  • the second chamber 120 may also be thermally insulated from the first chamber 1 10 so as to have a temperature independent of the first room.
  • the material 121 of the second chamber is for example chosen so that the system can absorb excess hydrogen from the first chamber 1 under given conditions, in particular at a given temperature or temperature range.
  • FIG. 4 an example of the evolution of the pressure 501 of the first chamber 1 10 (solid line) and the pressure 502 of the second chamber 120 (in broken line) as a function of time is shown.
  • the second chamber 120 makes it possible to limit the pressure of the first chamber 1 10 while maintaining it at a critical pressure.
  • hydrogen is transferred from the first chamber 1 10 to the second chamber 120.
  • the material 121 then begins to absorb hydrogen according to the equilibrium sorption pressure of said material.
  • the transfer of hydrogen to the second chamber 120 stops.
  • the pressure of the first chamber 1 10 passes under the pressure of the second chamber 120 the hydrogen is transferred to the first chamber 1 10.
  • the hydrogen in the second chamber 120 can thus be transferred back into the first chamber which prevents losses.
  • such a configuration is implemented using as material 121 a material based on TiMn 2 with an equilibrium pressure adapted to absorb hydrogen when the pressure in the first chamber 1 10 exceeds 30 bar, allowing a compact and safe system vis-à-vis increases in pressure due for example to increases in temperature or malfunctions.
  • the system 100 can comprise fluid communication means 122 to allow the passage of a stream of hydrogen from the first chamber 1 to the second chamber 120 and / or from the second chamber chamber 120 to the first chamber 1 10.
  • the system for example the fluid communication means 122 are for example configured so that the first chamber 1 10 and the second chamber 120 are held in fluid communication.
  • the fluid communication means 122 may comprise or be a fluid communication device.
  • the second chamber 120 in the same circuit as the first chamber, the system being configured to operate under conditions, for example a pressure, of operation of the first chamber, this pressure being for example between the pressure absorption or adsorption equilibrium and the desorption equilibrium pressure at a loading rate of about 50% of the material 121 and at a temperature chosen for the second chamber, for example 50 ° C.
  • This operating temperature of the second chamber 120 may be the same operating temperature as the first chamber 1 10.
  • the second chamber 120 may be thermally insulated from the first chamber 1 10 to have an independent temperature.
  • the material of the second chamber 120 is for example chosen to implement a system that can absorb and / or adsorb and / or desorb from hydrogen to or from the first chamber 1 under conditions, including temperature, data.
  • the system can thus maintain a more stable pressure by absorbing peaks and valleys of pressure variations by storage or supply of hydrogen by the material 121.
  • the fluidic communication means 122 comprise for example at least one opening and / or ducting, for example a plurality of openings and / or ducts, connecting the first chamber 1 10 and the second chamber 120.
  • the opening is for example a orifice.
  • the at least one opening and / or channel, for example each opening and / or channel is for example provided with at least one filter element 123, comprising for example one or more filters.
  • the filter element is for example adapted to allow the passage of hydrogen gas and / or to prevent the passage of hydrogen storage material.
  • the filter element 123 is for example adapted to prevent the passage of solid state material, for example particles of the second material 121.
  • the filter element 123 may comprise a porous material, for example one or more porous section pipe (s), and / or a fabric or nonwoven, fibers, and / or a corrugated sheet, for example a sheet metal corrugated, and / or one or more foam (s) and / or one or more structure (s) wire.
  • a porous material for example one or more porous section pipe (s), and / or a fabric or nonwoven, fibers, and / or a corrugated sheet, for example a sheet metal corrugated, and / or one or more foam (s) and / or one or more structure (s) wire.
  • the system does not require a valve system or other passive or active flow control mechanisms between the first material and the second material, which allows for simple design and greater ease of manufacture.
  • the fluidic communication means 122 for example the opening and / or channel 122, are for example arranged at the level of the second chamber 124.
  • the second chamber 124 comprises, for example, the fluidic communication means 122.
  • the first chamber comprises for example a mixture of hydrogen gas and at least one other gas.
  • the at least one other gas comprises for example a combustible gas, for example a fossil fuel, for example one or more hydrocarbon gases, for example natural gas and / or non-fossil fuel, for example biogas, and / or methane.
  • the control means can be adapted to limit the hydrogen partial pressure within the first chamber. This is particularly interesting in installations where another gas, for example a combustible gas, and hydrogen circulate together because it is then possible, when this is necessary to manage the amount of hydrogen relative to the amount of the other gas. , for example combustible gas, in the first chamber, in order to modify the combustion value of the mixture.
  • a provider of such a network may allow a provider of such a network to ensure that the network complies with the possible regulations on the maximum tolerated hydrogen (eg partial pressure or concentration).
  • the equilibrium sorption pressure for example of desorption and / or absorption and / or adsorption, is chosen to allow the pressure control means to operate with the first chamber 1 10. That is to say that the material 121 is charged at about 50% at an operating pressure of the first chamber.
  • the amount of material 121 is chosen to allow the expected hydrogen to be absorbed with the expected pressure variations of the system.
  • the material 121 can absorb / adsorb or desorb hydrogen if the system pressure increases or decreases.
  • the pressure 701 for a single-chamber configuration according to the prior art (dashed line) and the pressure 702 for a system example are described in bar graph form as a function of time. according to the second embodiment (solid line). If the system pressure varies, for example due to a change in hydrogen production rate or for example if there is a change in hydrogen consumption or for example if there is a combination of both the pressure in the prior art varies as illustrated with 701. In the presence of the pressure control means it is possible to reduce this fluctuation drastically. If the system pressure becomes greater than the material absorption or adsorption equilibrium pressure, the material 121 absorbs or adsorbs hydrogen and the system pressure is stabilized in a smaller range than in the absence of hydrogen. the second chamber 120.
  • the material 121 can further deal with pressure reduction cases.
  • the material can thus react to desorption. This drastically reduces the variation of the system pressure.
  • such a configuration is used to provide a flow of hydrogen with low variance when establishing the steady state and a rapidly stabilized pressure.
  • the system is for example a system for storing and / or supplying hydrogen.
  • the system is for example a system for storing and / or supplying hydrogen for a vehicle.
  • the vehicle is for example a motor vehicle.
  • the motor vehicle is a vehicle electric motor, for example powered by a fuel cell.
  • the motor vehicle is for example a vehicle with a heat engine.
  • the system is for example a system for storing and / or supplying hydrogen for a stationary system.
  • the stationary system is, for example, an electricity supply unit, for example a generator, for example a standby and / or emergency electricity supply unit, for example a lighting unit, for example a lighting unit. lighting of a building.
  • the electricity supply unit is for example portable.
  • the system is for example a mobile system, that is to say a device adapted to be moved, in particular because of its mass and its volume, for example a portable device, for example by an individual.
  • the mobile system is for example adapted to recharge or supply energy to a device such as a mobile phone
  • the system comprises for example the at least one unit, for example a plurality of such units.
  • the at least one unit is or includes, for example, a hydrogen consumption unit.
  • the at least one unit is or comprises, for example, a system for treating gases from an engine, for example at an exhaust line.
  • the at least one unit is or includes, for example, a fuel cell, for example a proton exchange membrane fuel cell.
  • the at least one unit may comprise the fuel cell and / or an electric motor adapted to be powered by the fuel cell.
  • the at least one unit is or includes, for example, a motor hydrogen, for example a heat engine adapted to be fed with hydrogen, for example an internal combustion engine and / or a mixed engine.
  • the system is for example configured so that the at least one system 100 can supply the unit with hydrogen.
  • the unit has an inlet pressure greater than or equal to
  • 1.5 bar for example 2.5 bar, for example 5 bar, for example 10 bar.
  • the at least one unit is or comprises for example a hydrogen production unit.
  • the at least one unit is or comprises, for example, a system for producing hydrogen by electrolysis and / or by catalytic reforming and / or photocatalysis.
  • the system is for example configured so that it can be powered by the hydrogen unit.
  • the system may comprise control means 270.
  • the control means may comprise at least one processor and / or a random access memory and / or a read-only memory and / or display means, for example a terminal.
  • the control means 270 may comprise one or more sensors adapted to measure and provide one or more measurements of the system state, for example in real time.
  • the control means 270 may comprise a first temperature sensor 214 of the first chamber, and / or a second temperature sensor 224 of the second chamber.
  • the control means 270 may comprise a first pressure sensor 214 of the first chamber, and / or a second pressure sensor 224 of the second chamber.
  • the control means 270 may, for example, control the system 100, for example the heating means 1 13 of the system 100.
  • the control means are for example configured to implement a method as described below.
  • the method may comprise a step 1300 of manufacturing or supplying the system 100.
  • the method may include a step 1302 of using the system 100 and / or the unit.
  • Step 1302 may comprise a hydrogen pressure control step 13020 of the first chamber as described above.
  • the method may include a step 1304 of increasing the hydrogen pressure of the first chamber. This increase in hydrogen pressure can have multiple causes, for example an increase in temperature.
  • the method may comprise a subsequent step 1306 for transferring hydrogen to the second chamber to limit the hydrogen pressure within the first chamber, and / or to capture hydrogen by the material 121.
  • This second step 1306 is for example implemented by means of the first non-return valve 140 and for example in addition by means of the second non-return valve 150.
  • the method may include a step 1308 of reducing the hydrogen pressure within the first chamber.
  • the method may comprise a subsequent step 1310 of hydrogen transfer from the second chamber 120 to the first chamber 1 10 and / or hydrogen release by the material 121.
  • Step 1310 is for example implemented when the pressure in the second chamber 120 is higher than the pressure in the first chamber 1 10.
  • the steps 1308 and 1310 may be consecutive or not steps such as steps 1304 and 1306.
  • the method may comprise a step 1312 of variation of the hydrogen pressure within the first chamber, for example of oscillation of the hydrogen pressure within the first chamber.
  • the method may comprise a subsequent step 1314 of capture and / or release, for example capture (s) and subsequent release (s), in this order or in the reverse order, of hydrogen from the first chamber by the second chamber, in particular by the material 121, for stabilizing the hydrogen pressure within the first chamber. This is for example allowed because the two chambers are in fluid communication, with or without valves.
  • Steps 1312 and 1314 may be consecutive or not steps such as steps 1304, 1306, 1308 and 1310.
  • Steps 1304, 1306, 1308, 1310, 1312 and / or 1314 can be repeated one or more times.

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Abstract

Système (100) d'utilisation et/ou de production d'hydrogène, comprenant: -une unité comprenant une première chambre (110) adaptée pour contenir de l'hydrogène, -des moyens de contrôle de pression d'hydrogène de la première chambre, comprenantune deuxième chambre (120) adaptée pour stocker de l'hydrogène, au sein de laquelle est disposé un matériau (121) de stockage réversible d'hydrogène par sorption, la première chambre et la deuxième chambre étant agencées pour que le matériau (121) capte et/ou libère de l'hydrogène par sorption, de sorte à limiter et/ou stabiliser la pression d'hydrogène au sein de la première chambre (110).

Description

SYSTEME D'UTILISATION/PRODUCTION D'HYDROGENE COMPRENANT UN MATERIAU
ADSORBANT STABILISANT LA PRESSION
Domaine de l'invention L'invention concerne un système d'utilisation d'hydrogène.
L'invention concerne également un procédé associé.
Etat de l'art II existe des systèmes d'utilisation d'hydrogène. Ces systèmes peuvent utiliser de l'hydrogène pour créer de l'électricité, pour participer à un procédé chimique, pour stocker de l'hydrogène, pour mouvoir un véhicule et/ou pour alimenter un système mobile, c'est-à-dire un dispositif adapté pour être déplacé, notamment en raison de sa masse et de son volume, par exemple un dispositif portable, par exemple pour recharger ou fournir de l'énergie à un dispositif tel qu'un téléphone mobile.
Ces systèmes doivent obéir à de multiples contraintes, liées à l'utilisation à laquelle ils sont destinés, par exemple des conditions de stockage ou d'utilisation particulières, par exemple une utilisation dans un véhicule à moteur et/ou pour alimenter une pile à combustible, à des températures ambiantes variables, par exemple relativement basses.
Une pression acceptable et un débit suffisants pour assurer l'utilisation envisagée sont donc requis. Cependant l'utilisation d'hydrogène peut poser des problèmes de sécurité, notamment lorsque le dispositif doit recevoir une pression et/ou un débit d'hydrogène variable, par exemple en raison d'une production de l'hydrogène variable, d'une variation de température de l'unité de stockage, et/ou d'une variation de consommation de l'hydrogène. Il est possible de concevoir un tel système en cherchant à renforcer ses parois pour leur permettre de résister à des pressions auxquelles elles peuvent être soumises. Cependant ceci pose des problèmes de coût de fabrication et de poids élevé du dispositif, alors qu'un risque de sécurité perdure.
Résumé de l'invention
Un but de l'invention est de fournir un système d'utilisation de l'hydrogène qui résout au moins l'un des inconvénients de l'art antérieur.
Un but de l'invention est en particulier de fournir un système efficace et sécurisé.
A cet effet, il est prévu un système d'utilisation d'hydrogène, comprenant :
- une unité comprenant une première chambre adaptée pour contenir de l'hydrogène,
- des moyens de contrôle de pression d'hydrogène de la première chambre, comprenant une deuxième chambre adaptée pour stocker de l'hydrogène, au sein de laquelle est disposé un matériau de stockage réversible d'hydrogène par sorption, la première chambre et la deuxième chambre étant agencées pour que le matériau capte et/ou libère de l'hydrogène par sorption, de sorte à limiter et/ou stabiliser la pression d'hydrogène au sein de la première chambre.
Ces caractéristiques sont avantageusement complétées par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :
- la première chambre et la deuxième chambre sont maintenues en communication fluidique,
- au moins une ouverture et/ou canalisation, par exemple une pluralité d'ouvertures et/ou de canalisations, maintenant en communication fluidique la première chambre et la deuxième chambre,
- une première valve-anti-retour adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre,
- la première valve-anti-retour est adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre lorsque la pression dans la première chambre dépasse une pression d'ouverture,
- les moyens de communication fluidique comprenant en outre une deuxième valve anti-retour adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la deuxième chambre vers la première chambre lorsque la pression dans la deuxième chambre dépasse la pression dans la première chambre, - le matériau est adapté pour former un hydrure métallique,
- des moyens de commande,
- des moyens de chauffage du matériau.
L'invention concerne en outre un procédé de fonctionnement d'un tel système.
Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description ci-après d'un mode de réalisation. Aux dessins annexés :
- la figure 1 représente un système selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 représente un système selon un autre exemple de mode de réalisation de l'invention, la figure 3 représente un procédé selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.
la figure 4 représente sous forme de diagramme la pression en bar en fonction du temps dans une première chambre et une deuxième chambre du système de la figure 1 ,
la figure 5 représente sous forme de diagramme isotherme de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène du système de la figure 2,
la figure 6 représente sous forme de diagramme la pression en bar en fonction du temps entre une configuration à une chambre unique selon l'art antérieur et le système de la figure 2.
Description détaillée de l'invention
Système d'utilisation d'hydrogène
Présentation générale En référence aux figures 1 et 2, il est décrit un système 100 d'utilisation d'hydrogène.
Le système comprend une unité. L'unité est par exemple une unité d'utilisation d'hydrogène et/ou de production d'hydrogène, par exemple de production d'hydrogène par électrolyse. L'unité comprend par exemple une première chambre 1 10 adaptée pour contenir de l'hydrogène.
L'hydrogène est par exemple contenu au moins sous forme gazeuse.
L'hydrogène est par exemple contenu en outre sous forme liquide ou par sorption.
Sauf mention contraire, les termes premier, deuxième et autres ordinaux sont utilisés simplement pour lister des éléments et ne préjugent pas d'un ordre entre ces éléments. La première chambre 1 10 est par exemple adaptée pour stocker de l'hydrogène. Alternativement ou en complément, la première chambre est par exemple adaptée pour contenir un flux d'hydrogène, la première chambre formant par exemple ainsi une canalisation.
Le système 100 comprend une deuxième chambre 120 de stockage d'hydrogène. Le système 100 comprend un matériau 121 de stockage d'hydrogène. Le matériau 121 est disposé au sein de la deuxième chambre 120. Le matériau 121 est par exemple un matériau de stockage réversible d'hydrogène, par exemple par sorption.
Le matériau 121 peut être un matériau solide ou sous forme de gel.
Le matériau 121 peut être un matériau de stockage par adsorption et/ou absorption. Le matériau 121 peut être un matériau de stockage par hydruration et/ou déshydruration.
Par réversible, on entend qu'un matériau initialement chargé et qui a été au moins partiellement déchargé peut être au moins partiellement rechargé dans le milieu dans lequel est placé le matériau, par exemple un milieu constitué de dihydrogène gazeux.
On peut par convention définir le rechargement partiel comme étant un rechargement à une pression inférieure ou égale à 200 bars, dans une plage de température adaptée pour le rechargement du matériau, par exemple à une température optimale pour le rechargement du matériau à la pression considérée, par exemple de sorte à atteindre un taux de charge donné, par exemple 50%, par exemple de sorte à augmenter le taux de charge d'un pourcentage donné par exemple d'au moins 10%.
Par sorption, on entend le processus par lequel une substance est adsorbée ou absorbée sur ou dans une autre substance. Par absorption, on entend la capacité d'un matériau à retenir des molécules dans son volume. Par adsorption, on entend la capacité d'un matériau à retenir des molécules à sa surface. Le système comprend des moyens de contrôle de pression d'hydrogène de la première chambre. Les moyens de contrôle forment par exemple un dispositif de contrôle.
Dans le cas où la première chambre ne contient que de l'hydrogène comme gaz, la pression d'hydrogène est égale à la pression au sein de la première chambre. Dans le cas où la première chambre contient une pluralité de gaz dont de l'hydrogène la pression d'hydrogène est la pression partielle en hydrogène au sein de la première chambre.
Les moyens de contrôle de pression d'hydrogène comprennent une deuxième chambre 120 adaptée pour stocker de l'hydrogène, au sein de laquelle est disposé un matériau 121 de stockage réversible d'hydrogène par sorption.
La première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120 sont par exemple agencées pour que le matériau 121 capte et/ou libère de l'hydrogène par sorption, de sorte à limiter et/ou stabiliser la pression d'hydrogène au sein de la première chambre 1 10.
La première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120 sont par exemple agencées pour que le matériau 121 permette de limiter la pression d'hydrogène au sein de la première chambre 1 10 lorsque la première chambre 1 10 est soumise à une montée en pression, en particulier en pression d'hydrogène. Il est ainsi possible, en captant de l'hydrogène gazeux au moyen du matériau, de limiter une augmentation de pression, en particulier de pression d'hydrogène, non souhaitée.
Alternativement ou en complément, le système est configuré de sorte que le matériau 121 permet de stabiliser la pression d'hydrogène au sein de la première chambre 1 10. Le système est par exemple configuré de sorte que le matériau 121 permet de stabiliser la pression d'hydrogène au sein de la première chambre 1 10 lorsque la première chambre 1 10 est soumise à des variations de pression, en particulier de pression d'hydrogène. Par stabiliser, on entend réduire des variations, augmentation, diminution ou oscillations, qui forment des écarts par rapport à une pression souhaitée. Il est ainsi possible en captant et/ou en libérant de l'hydrogène gazeux au moyen du matériau, d'éviter des variations importantes et non désirées de pression et de stabiliser ainsi la pression.
Il est ainsi possible d'obtenir un système pouvant fournir ou recevoir de l'hydrogène à un débit et une pression satisfaisants, même en cas de phénomènes d'augmentation ou de variation de pression, sans présenter de risque de sécurité.
Un tel système permet également de se passer de soupape de sûreté, ou du moins d'en limiter l'usage à des cas extrêmes. Ceci permet d'éviter ou de limiter les inconvénients associés à une telle soupape, tels que des pertes d'hydrogène dès que la pression augmente, les risques de sécurité qu'impliquent de tels dégagements d'hydrogène, et les risques liés au défaut de fonctionnement de telles soupapes, et les opérations de maintenance sur de telles soupapes qui seraient nécessaires, ainsi que les risques de défaut de fonctionnement de telles soupapes liés au rejet de matières solides lors du rejet d'hydrogène. Un tel système permet également de s'affranchir de conditions contraignantes de stockage et de transport, notamment en termes de température. Ceci permet d'éviter ou de limiter les inconvénients associés à de telles contraintes, telles que la complexité de mettre en œuvre ces conditions depuis la fabrication jusqu'à l'utilisation du système alors que des domaines d'application tels que le domaine automobile sont déjà soumis à de nombreuses règles, telles que les limites des possibilités de transport, notamment par voie maritime ou terrestre, où des températures élevées peuvent avoir à être tolérées, telles que des risques additionnels dans le cas de soumission accidentelle du système à des températures très importantes comme en cas d'incendie et telles que la limitation des possibilités logistiques de déploiement des systèmes de stockage et donc de leur mise à disposition. Un tel système est également plus avantageux qu'un conteneur spécialement renforcé pour offrir une plus grande stabilité. En outre, il est ainsi possible d'éviter l'importante augmentation de masse associée aux systèmes spécialement renforcés et les inconvénients qu'elle présente pour l'utilisateur, ainsi que la nécessité de dimensionner également l'entrée et/ou la sortie du système pour résister aux conditions envisagées, notamment à des pressions élevées.
Un tel système est également plus avantageux que de réaliser un système avec un volume additionnel non occupé. Il est ainsi possible de proposer une solution plus avantageuse, le volume additionnel n'offrant qu'un avantage limité en termes de réduction de pression de par la faible densité de l'hydrogène gazeux. En outre, il est ainsi possible d'éviter l'augmentation de masse et de volume associée à un système ayant un plus grand volume interne et les inconvénients qu'elle présente pour l'utilisateur.
En particulier, pour ce qui est de la stabilisation, un tel système permet par exemple d'absorber les hausses de pression et de lisser les pics d'augmentation et éventuellement de diminution de pression au niveau de l'unité. Ceci permet d'améliorer la régulation et l'utilisation de l'unité. Il est ainsi possible de réguler de manière passive la pression pour la faire converger plus rapidement. Il est ainsi possible d'absorber les oscillations importantes de pression, qu'il s'agisse de surpression ou de dépression, autour d'une valeur asymptotique. Le système 100 est par exemple adapté pour fournir de l'hydrogène à une unité d'utilisation d'hydrogène telle que décrite ci-après, et/ou recevoir de l'hydrogène d'une unité de production d'hydrogène telle que décrite ci-après. Le système 100 est par exemple configuré pour faire partie ou former en outre un système de stockage et de fourniture d'hydrogène. Le système 100 est par exemple configuré pour que les moyens de contrôle de pression d'hydrogène forment un dispositif échangeable et/ou amovible tel que décrit ci-après. Les moyens de contrôle de pression d'hydrogène forment par exemple une cartouche.
Pression critique
Le système 100 est par exemple configuré de sorte que la deuxième chambre 120 et/ou le matériau 121 permet de limiter la pression d'hydrogène au sein de la première chambre 1 10, par exemple lorsque la première chambre 1 10 est soumise à une montée en pression d'hydrogène, de sorte que la pression au sein de la première chambre reste inférieure ou égale à une pression dite critique ou ne dépasse pas d'un certain seuil une pression dite critique, par exemple pour une température inférieure ou égale à une température dite critique et/ou pour une quantité d'hydrogène contenue par la première chambre inférieure ou égale à une quantité dite critique.
La pression critique correspond à une valeur prédéfinie et déterminée comme critique pour le système, par exemple pour la quantité critique et pour la température critique.
Il est ainsi possible de dimensionner les moyens de contrôle de pression d'hydrogène pour que la pression de la première chambre et/ou la pression d'hydrogène de la première chambre reste en-dessous d'une pression prédéterminée. Le choix du matériau permet ainsi de contrôler au préalable les pressions auxquelles la première chambre sera soumise, ce qui permet de dimensionner les moyens de contrôle de pression d'hydrogène en conséquence.
Matériau Le matériau 121 comprend ou est un matériau de stockage d'hydrogène, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple un hydrure métallique.
Le matériau 121 comprend ou est par exemple un alliage métallique, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple à température ambiante.
Le matériau 121 comprend par exemple une poudre.
Le matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'un alliage métallique, par exemple un composé intermétallique, de type AnBm, où A et B sont des éléments chimiques métalliques, et n et m des entiers naturels supérieurs ou égaux à 1 , par exemple de type ABm, par exemple AB2 ou AB5, par exemple de type AnB, par exemple A2B, par exemple AB.
Le matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'un alliage métallique, par exemple un composé intermétallique, comprenant du fer et/ou du vanadium et/ou du titane et/ou du zirconium et/ou du magnésium. Le matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'au moins un alliage de type LaNis et/ou FeTi et/ou TiCr et/ou TiV et/ou TiZr et/ou TiMn2 et/ou Mg, et/ou le ou les hydrure(s) correspondant(s). Le matériau 121 peut également comprendre ou être constitué d'au moins un hydrure de type NaAIH et/ou LiNH2 et/ou LiBH et/ou MgH2, la ou les forme(s) déshydrogénée(s) correspondante(s). Le matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'un alliage de type Ti(i-y)Zry(MnVFe)2 avec y supérieur ou égal à 0 et y inférieur ou égal à 1 . Moyens de chauffape
Le système 100 peut comprendre des moyens de chauffage 1 13 du matériau 121 . Les moyens de chauffage 1 13 sont par exemple adaptés pour chauffer le matériau 121 à une température d'opération du matériau Le système peut comprendre un ou plusieurs matériaux améliorant le transfert thermique et/ou la conservation des performances au cours des cycles et/ou la perméabilité et/ou d'autres fonctions pertinentes pour l'application envisagée.
Valve de surpression
Le système 100 peut comprendre une première valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, par exemple d'hydrogène gazeux, par exemple depuis le dispositif 100, par exemple depuis la première chambre 1 10, par exemple de sorte à limiter la pression d'hydrogène du système et/ou à éviter une surpression du système 100, par exemple de l'unité de stockage, par exemple au-delà d'une pression maximale du système 100, par exemple une pression maximale de la première chambre 1 10.
Par pression maximale du dispositif, on entend par exemple une pression à laquelle le dispositif n'est pas endommagé lorsqu'il est placé en fonctionnement. La pression maximale du dispositif est par exemple inférieure ou égale à 300 bars, par exemple égale à 300 bars, par exemple inférieure ou égale à 100 bars, par exemple égale à 100 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple égale à 20 bars.
Deuxième chambre La deuxième chambre 120 présente par exemple un volume strictement inférieur à celui de la première chambre 1 10, par exemple inférieur ou égal à 80 %, par exemple inférieur ou égal à 50 %, par exemple supérieur ou égal à 10 % du volume de la première chambre 1 10.
La deuxième chambre 120 est par exemple une chambre tampon. Enceintes
L'unité comprend par exemple une première enceinte 1 14. La première chambre 1 10 s'étend par exemple à l'intérieur de la première enceinte 1 14. La première enceinte 1 14 s'étend par exemple autour de la première chambre 1 10. La première enceinte 1 14 délimite et/ou définit par exemple la première chambre 1 10.
Les moyens de contrôle de pression d'hydrogène comprennent par exemple une deuxième enceinte 124. La deuxième chambre 120 s'étend par exemple à l'intérieur de la deuxième enceinte 124. La deuxième enceinte 124 s'étend par exemple autour de la deuxième chambre 120. La deuxième enceinte 124 délimite et/ou définit par exemple la deuxième chambre 120.
La deuxième enceinte 124 s'étend par exemple hors de la première enceinte 1 14. Alternativement, la deuxième enceinte 124 s'étend par exemple au sein de la première enceinte 1 14.
Au moins une paroi de la première enceinte 1 14 est par exemple contigue d'au moins une paroi de la deuxième enceinte 124. Alternativement, la deuxième enceinte 124 est par exemple disposée à distance des parois de la première enceinte 1 14. La deuxième enceinte est par exemple disposée au sein de la première chambre 1 10.
La deuxième chambre 120 et/ou la deuxième enceinte 124 est par exemple adaptée pour dissiper la chaleur.
Premier mode de réalisation
Première valve anti-retour En référence à la figure 1 , le système 100 peut comprendre une première valve-anti-retour 140. La première valve anti-retour 140 est par exemple adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre 120. La première valve- anti-retour 140 est par exemple adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre 120 lorsque la pression dans la première chambre 1 10 devient supérieure à une première pression d'ouverture. La pression d'ouverture est adaptée pour l'application envisagée.
Il est ainsi possible de transférer de l'hydrogène de la première chambre 1 10 à la deuxième chambre 120 au-delà d'une certaine pression.
La première valve anti-retour 140 est par exemple une soupape de pression différentielle.
Deuxième valve anti-retour Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième valve anti-retour
150.
La deuxième valve anti-retour 150 est par exemple adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la deuxième chambre 120 vers la première chambre 1 10 lorsque la pression dans la deuxième chambre 120 dépasse la pression dans la première chambre 1 10.
Il est ainsi possible, lorsque la pression diminue à nouveau, de transférer à nouveau à la première chambre 1 10 l'hydrogène qui avait migré dans la deuxième chambre 120.
La deuxième valve anti-retour 150 est par exemple un clapet anti- retour.
Deuxième valve de surpression
Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, par exemple d'hydrogène gazeux, par exemple depuis la deuxième chambre 120, par exemple de sorte à limiter la pression d'hydrogène du dispositif et/ou à éviter une surpression du dispositif 100, par exemple au-delà d'une pression maximale du dispositif 100. Propriétés thermodynamiques
Les propriétés thermodynamiques du matériau 121 , par exemple sa pression d'équilibre, par exemple de sorption ou de désorption, par exemple à une température ou à une plage de température donnée(s), correspondent par exemple aux conditions de fonctionnement de l'unité.
Par pression d'équilibre de désorption d'un matériau à une température donnée et à un taux de charge donné, on entend la pression minimum de gaz exercée sur le matériau pour laquelle il n'y a pas de libération d'hydrogène. A une pression infinitésimalement inférieure, de l'hydrogène est libéré.
Par pression d'équilibre de d'absorption ou d'adsorption d'un matériau à une température donnée et à un taux de charge donné, on entend la pression maximum de gaz exercée sur le matériau pour laquelle il n'y a pas d'absorption ou adsorption d'hydrogène. A une pression infinitésimalement supérieure, de l'hydrogène est absorbé ou adsorbé.
Le même taux de charge est par exemple compris entre 40% et 60%, par exemple sensiblement égal à 50 %.
Le taux de charge est par exemple exprimé en pourcentage.
Le taux de charge peut être défini comme le ratio de la masse d'hydrogène introduite dans le système sur la masse maximum d'hydrogène que le système peut contenir, à la température donnée.
On peut, par convention, définir que la masse maximum, et donc le taux de charge, est calculé à une pression de référence, par exemple 200 bars.
Par exemple, la pression d'équilibre à une température de fonctionnement de la deuxième chambre 120 est strictement inférieure à la pression maximale à laquelle l'on souhaite soumettre l'unité. Cette température de fonctionnement de la deuxième chambre 120 peut être la même température que la température de fonctionnement de la première chambre 1 10. La deuxième chambre 120 peut également être isolée thermiquement de la première chambre 1 10 de sorte à présenter une température indépendante de la première chambre. Le matériau 121 de la deuxième chambre est par exemple choisi de sorte que le système peut absorber un surplus d'hydrogène de la première chambre 1 10 sous des conditions données, en particulier à une température ou dans une plage de températures donnée.
Exemple de comportement
En référence à la figure 4, un exemple d'évolution de la pression 501 de la première chambre 1 10 (en trait plein) et de la pression 502 de la deuxième chambre 120 (en trait interrompu) en fonction du temps est représentée. La deuxième chambre 120 permet de limiter la pression de la première chambre 1 10 en la maintenant au niveau d'une pression critique.
Si la première pression d'ouverture est atteinte, de l'hydrogène est transféré de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre 120. Le matériau 121 commence alors à absorber de l'hydrogène suivant la pression équilibre de sorption dudit matériau. Lorsque la pression dans la première chambre 1 10 est suffisamment réduite, le transfert de l'hydrogène vers la deuxième chambre 120 s'arrête. Quand la pression de la première chambre 1 10 passe sous la pression de la deuxième chambre 120 l'hydrogène est transféré vers la première chambre 1 10. L'hydrogène qui est dans la deuxième chambre 120 peut ainsi être retransféré dans la première chambre ce qui permet d'éviter des pertes.
Dans un exemple détaillé, une telle configuration est mise en œuvre en utilisant comme matériau 121 un matériau à base de TiMn2 avec une pression d'équilibre adaptée pour absorber de l'hydrogène lorsque la pression dans la première chambre 1 10 dépasse les 30 bar, permettant un système compact et sûr vis-à-vis des augmentations de pressions dues par exemple à des augmentations de température ou à des disfonctionnements.
Deuxième mode de réalisation
Moyens de communication fluidique En référence à la figure 2, le système 100 peut comprendre des moyens de communication fluidique 122 pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre 120 et/ou de la deuxième chambre 120 vers la première chambre 1 10. Le système, par exemple les moyens de communication fluidique 122 sont par exemple configurés de sorte que la première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120 sont maintenues en communication fluidique. Les moyens de communication fluidique 122 peuvent comprendre ou être un dispositif de communication fluidique.
Il est ainsi possible d'intégrer la deuxième chambre 120 dans le même circuit que la première chambre, le système étant configuré pour fonctionner dans des conditions, par exemple une pression, de fonctionnement de la première chambre, cette pression étant par exemple entre la pression d'équilibre d'absorption ou d'adsorption et la pression d'équilibre de désorption à un taux de charge d'environ 50% du matériau 121 et à une température choisie pour la deuxième chambre, par exemple 50°C. Cette température de fonctionnement de la deuxième chambre 120 peut être la même température de fonctionnement que la première chambre 1 10. La deuxième chambre 120 peut être isolée thermiquement de la première chambre 1 10 pour avoir une température indépendante. Le matériau de la deuxième chambre 120 est par exemple choisi pour mettre en œuvre un système qui peut absorber et/ou adsorber et/ou désorber de l'hydrogène vers ou depuis la première chambre 1 10 sous des conditions, notamment de température, données.
Le système peut ainsi maintenir une pression de manière plus stable, en absorbant pics et creux de variations de pression par stockage ou fourniture d'hydrogène par le matériau 121 .
Les moyens de communication fluidique 122 comprennent par exemple au moins une ouverture et/ou canalisation, par exemple une pluralité d'ouvertures et/ou de canalisations, connectant la première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120. L'ouverture est par exemple un orifice. L'au moins une ouverture et/ou canalisation, par exemple chaque ouverture et/ou canalisation est par exemple munie d'au moins un élément de filtre 123, comprenant par exemple un ou plusieurs filtres. L'élément de filtre est par exemple adapté pour permettre le passage d'hydrogène gazeux et/ou pour empêcher le passage de matériau de stockage d'hydrogène. L'élément de filtre 123 est par exemple adapté pour empêcher le passage de matière à l'état solide, par exemple de particules du deuxième matériau 121 . L'élément de filtre 123 peut comprendre un matériau poreux, par exemple un ou plusieurs tuyau(x) à section poreuse, et/ou un tissu ou un non-tissé, de fibres, et/ou une feuille ondulée, par exemple une tôle ondulée, et/ou une ou plusieurs mousse(s) et/ou une ou plusieurs structure(s) filaire.
Le système ne nécessite pas de système de valve ou d'autres mécanismes de contrôle de flux, passif ou actif, entre le premier matériau et le deuxième matériau, ce qui permet une conception simple et une facilité de fabrication plus grande.
Les moyens de communication fluidique 122, par exemple l'ouverture et/ou canalisation 122, sont par exemple disposés au niveau de la deuxième enceinte 124. La deuxième enceinte 124 comprend par exemple les moyens de communication fluidique 122.
La première chambre comprend par exemple un mélange d'hydrogène gazeux et d'au moins un autre gaz. L'au moins un autre gaz comprend par exemple un gaz combustible, par exemple combustible fossile, par exemple un ou plusieurs gaz d'hydrocarbure, par exemple du gaz naturel et/ou combustible non-fossile, par exemple du biogaz, et/ou du méthane. Dans ce cas, les moyens de contrôle peuvent être adaptés pour limiter la pression partielle en hydrogène au sein de la première chambre. Ceci est particulièrement intéressant dans des installations où un autre gaz, par exemple un gaz combustible, et l'hydrogène circulent ensemble car il est alors possible, lorsque ceci est nécessaire de gérer la quantité d'hydrogène relativement à la quantité de l'autre gaz, par exemple du gaz combustible, dans la première chambre, afin de modifier la valeur de combustion du mélange. Ceci peut permettre d'assurer à un utilisateur d'un réseau de fourniture de gaz, par exemple de gaz combustible, la fourniture d'une énergie définie en fonction du volume de gaz prélevé sur le réseau. Ceci peut permettre à un fournisseur d'un tel réseau de s'assurer que le réseau est conforme aux réglementations éventuelles sur le maximum d'hydrogène toléré (par exemple en pression partielle ou en concentration).
Exemples détaillés
En référence à la figure 5, la pression en fonction du chargement en hydrogène en pourcentage massique est représentée. La pression d'équilibre de sorption, par exemple de désorption et/ou absorption et/ou adsorption, est choisie pour permettre aux moyens de contrôle de pression de fonctionner avec la première chambre 1 10. C'est-à-dire que le matériau 121 est charge à d'environ 50% à une pression de fonctionnement de la première chambre. La quantité du matériau 121 est choisie pour permettre d'absorber de l'hydrogène attendu avec les variations de pression attendues du système. Ainsi, le matériau 121 peut absorber/adsorber ou désorber de l'hydrogène si la pression du système augmente ou diminue. En référence à la figure 6, il est décrit sous forme de diagramme, en bar en fonction du temps, la pression 701 pour une configuration à une chambre unique selon l'art antérieur (en trait pointillé) et la pression 702 pour un exemple système selon le deuxième mode de réalisation (en trait plein). Si la pression de système varie, par exemple en raison d'un changement de débit de production d'hydrogène ou par exemple s'il y a un changement de consommation de l'hydrogène ou par exemple s'il y a une combinaison des deux, la pression dans l'art antérieur varie comme illustré avec 701 . En présence des moyens de contrôle de pression il est possible de réduire cette fluctuation drastiquement. Si la pression du système devient supérieure à la pression équilibre d'absorption ou d'adsorption du matériau, le matériau 121 absorbe ou adsorbe de l'hydrogène et la pression du système est stabilisée dans une plus petite plage qu'en l'absence de la deuxième chambre 120. Le matériau 121 peut en outre traiter de manière les cas de réduction de pression. Le matériau peut ainsi réagir à une désorption. Ceci permet de réduire drastiquement la variation de la pression du système. Dans un exemple détaillé une telle configuration est utilisée pour fournir un flux d'hydrogène avec une faible variance lors de l'établissement du régime permanent et une pression rapidement stabilisée. Exemples de système
Le système est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène.
Le système est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène pour un véhicule. Le véhicule est par exemple un véhicule à moteur. Le véhicule à moteur est par exemple un véhicule à moteur électrique, par exemple alimenté par une pile à combustible. Le véhicule à moteur est par exemple un véhicule à un moteur thermique.
Le système est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène pour un système stationnaire. Le système stationnaire est par exemple une unité de fourniture d'électricité, par exemple un groupe électrogène, par exemple une unité de fourniture d'électricité de secours et/ou d'urgence, par exemple une unité d'éclairage, par exemple d'éclairage d'une construction. L'unité de fourniture d'électricité est par exemple portable.
Le système est par exemple un système mobile, c'est-à-dire un dispositif adapté pour être déplacé, notamment en raison de sa masse et de son volume, par exemple un dispositif portable, par exemple par un individu. Le système mobile est par exemple adapté pour recharger ou fournir de l'énergie à un dispositif tel qu'un téléphone mobile
Unité
Le système comprend par exemple l'au moins une unité, par exemple une pluralité de telles unités.
L'au moins une unité est ou comprend par exemple une unité de consommation d'hydrogène.
L'au moins une unité est ou comprend par exemple un système de traitement des gaz issus d'un moteur, par exemple au niveau d'une ligne d'échappement.
L'au moins une unité est ou comprend par exemple une pile à combustible, par exemple une pile à combustible à membrane d'échange de protons.
L'au moins une unité peut comprendre la pile à combustible et/ou un moteur électrique adapté pour être alimenté par la pile à combustible. L'au moins une unité est ou comprend par exemple un moteur à hydrogène, par exemple un moteur thermique adapté pour être alimenté en hydrogène, par exemple un moteur à explosion et/ou un moteur mixte.
Le système est par exemple configuré de manière à ce que l'au moins un système 100 puisse alimenter l'unité en hydrogène.
L'unité a par exemple une pression d'entrée supérieure ou égale à
1 ,5 bars, par exemple à 2,5 bars, par exemple à 5 bars, par exemple à 10 bars.
Alternativement ou en complément, l'au moins une unité est ou comprend par exemple une unité de production d'hydrogène.
L'au moins une unité est ou comprend par exemple un système de production d'hydrogène par électrolyse et/ou par reformage catalytique et/ou photocatalyse.
Le système est par exemple configuré de manière à pouvoir être alimenté par l'unité en hydrogène.
Moyens de commande Le système peut comprendre des moyens de commande 270. Les moyens de commande peuvent comprendre au moins un processeur et/ou une mémoire vive et/ou une mémoire morte et/ou des moyens d'affichage, par exemple un terminal.
Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs adaptés pour mesurer et fournir une ou plusieurs mesures de l'état de système, par exemple en temps réel. Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un premier capteur de température 214 de la première chambre, et/ou un deuxième capteur de température 224 de la deuxième chambre. Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un premier capteur de pression 214 de la première chambre, et/ou un deuxième capteur de pression 224 de la deuxième chambre. Les moyens de commande 270 peuvent par exemple commander le système 100, par exemple les moyens de chauffage 1 13 du système 100.
Les moyens de commande sont par exemple configurés pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit ci-après.
Procédé
Mise en œuyre
En référence à la figure 3, il est décrit un procédé de mise en œuvre du système 100.
Le procédé peut comprendre une étape 1300 de fabrication ou de fourniture du système 100.
Le procédé peut comprendre une étape 1302 d'utilisation du système 100 et/ou de l'unité. L'étape 1302 peut comprendre une étape 13020 de contrôle de pression d'hydrogène de la première chambre telle que décrit ci-avant.
Le procédé peut comprendre une étape 1304 d'augmentation de la pression d'hydrogène de la première chambre. Cette augmentation de pression d'hydrogène peut avoir de multiples causes, par exemple une augmentation de température. Le procédé peut comprendre une étape 1306 consécutive de transfert d'hydrogène vers la deuxième chambre pour limiter la pression d'hydrogène au sein de la première chambre, et/ou de captage de l'hydrogène par le matériau 121 . Cette deuxième étape 1306 est par exemple mise en œuvre au moyen de la première valve antiretour 140 et par exemple en complément au moyen de la deuxième valve anti-retour 150.
Le procédé peut comprendre une étape 1308 de réduction de la pression d'hydrogène au sein de la première chambre. Le procédé peut comprendre une étape 1310 consécutive de transfert d'hydrogène de la deuxième chambre 120 vers la première chambre 1 10 et/ou de libération d'hydrogène par le matériau 121 . L'étape 1310 est par exemple mise en œuvre lorsque la pression au sein de la deuxième chambre 120 est plus élevée que la pression au sein de la première chambre 1 10. Les étapes 1308 et 1310 peuvent être consécutives ou non d'étapes telles que les étapes 1304 et 1306.
Le procédé peut comprendre une étape 1312 de variation de la pression d'hydrogène au sein la première chambre, par exemple d'oscillation de la pression d'hydrogène au sein de la première chambre. Le procédé peut comprendre une étape 1314 consécutive de captage et/ou de libération, par exemple de captage(s) et de libération(s) successifs, dans cet ordre ou dans l'ordre inverse, d'hydrogène de la première chambre par la deuxième chambre, en particulier par le matériau 121 , pour stabiliser la pression d'hydrogène au sein de la première chambre. Ceci est par exemple permis du fait que les deux chambres sont en communication fluidique, avec ou sans valves. Les étapes 1312 et 1314 peuvent être consécutives ou non d'étapes telles que les étapes 1304, 1306, 1308 et 1310.
Les étapes 1304, 1306, 1308, 1310, 1312 et/ou 1314 peuvent être répétées une ou plusieurs fois.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système (100) d'utilisation et/ou de production d'hydrogène, comprenant :
- une unité comprenant une première chambre (1 10) adaptée pour contenir de l'hydrogène,
- des moyens de contrôle de pression d'hydrogène de la première chambre, comprenant une deuxième chambre (120) adaptée pour stocker de l'hydrogène, au sein de laquelle est disposé un matériau (121 ) de stockage réversible d'hydrogène par sorption, la première chambre et la deuxième chambre étant agencées pour que le matériau (121 ) capte et/ou libère de l'hydrogène par sorption, de sorte à limiter et/ou stabiliser la pression d'hydrogène au sein de la première chambre (1 10).
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel la première chambre (1 10) et la deuxième chambre (1 12) sont maintenues en communication fluidique.
3. Système selon la revendication 2, comprenant au moins une ouverture et/ou canalisation, par exemple une pluralité d'ouvertures et/ou de canalisations, maintenant en communication fluidique la première chambre (1 10) et la deuxième chambre (120).
4. Système selon la revendication 1 , comprenant une première valve- anti-retour (140) adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre.
5. Système selon la revendication 4, dans laquelle la première valve- anti-retour (140) est adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre (1 10) vers la deuxième chambre (120) lorsque la pression dans la première chambre (1 10) dépasse une pression d'ouverture.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, les moyens de communication fluidique comprenant en outre une deuxième valve anti-retour (150) adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la deuxième chambre (120) vers la première chambre (1 10) lorsque la pression dans la deuxième chambre (120) dépasse la pression dans la première chambre (1 10).
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau (1 12, 121 ) est adapté pour former un hydrure métallique.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de commande (270).
9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de chauffage (1 13) du matériau (121 ).
10. Procédé de fonctionnement d'un système (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050287407A1 (en) * 2004-06-28 2005-12-29 Bushko Wit C System and method for storing and discharging hydrogen
WO2008015554A2 (fr) * 2006-08-03 2008-02-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Appareil d'alimentation en hydrogène et procédé pour contrôler l'appareil d'alimentation en hydrogène
WO2015101905A1 (fr) * 2014-01-02 2015-07-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme de stockage reversible d'h2 avec reservoir contenant des hydrures metalliques, a equilibrage de pression

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4211537A (en) * 1978-07-24 1980-07-08 Teitel Robert J Hydrogen supply method
JP2001295996A (ja) * 2000-04-14 2001-10-26 Toyota Motor Corp 水素貯蔵供給装置
JP4040525B2 (ja) * 2003-04-30 2008-01-30 本田技研工業株式会社 水素充填装置
US8215342B2 (en) * 2005-09-30 2012-07-10 Societé BIC Hydrogen supplies and related methods
DE102005048714B4 (de) * 2005-10-12 2008-02-14 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Gasdichter Behälter mit einer Diffusionssperrschicht aus Metallhydriden und Verfahren zur Herstellung desselben
JP5703164B2 (ja) * 2011-07-29 2015-04-15 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 水素貯蔵用複合容器及び水素充填方法
WO2015022633A1 (fr) * 2013-08-15 2015-02-19 Basf Se Dispositif de stockage à sorption pour gaz comportant de multiples milieux d'adsorption
FR3037942B1 (fr) * 2015-06-26 2020-07-24 Commissariat Energie Atomique Procede d’hydruration d’un compose intermetallique et dispositif d’hydruration

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050287407A1 (en) * 2004-06-28 2005-12-29 Bushko Wit C System and method for storing and discharging hydrogen
WO2008015554A2 (fr) * 2006-08-03 2008-02-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Appareil d'alimentation en hydrogène et procédé pour contrôler l'appareil d'alimentation en hydrogène
WO2015101905A1 (fr) * 2014-01-02 2015-07-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme de stockage reversible d'h2 avec reservoir contenant des hydrures metalliques, a equilibrage de pression

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