EP4582731A1 - Cryogenic fluid storage tank - Google Patents
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- F17C2227/0397—Localisation of heat exchange characterised by fins
Definitions
- An object of the invention is to reduce or eliminate stratification in cryogenic tanks.
- the tank 1 is preferably of the double-walled type, i.e. comprises an outer casing 6 arranged around the storage casing 2 with a spacing (for example under vacuum) comprising a thermal insulator, for example a multi-layer thermal insulation (“MLI”).
- a thermal insulator for example a multi-layer thermal insulation (“MLI”).
- the length of the transfer wall 3 is equal or substantially equal to the length available inside the storage envelope 2.
- the transfer wall 3 may extend beyond the central cylindrical part in order to also reach the volumes located at the ends of the storage envelope 2 at the domes.
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Abstract
L'invention concerne un réservoir de stockage de fluide cryogénique, par exemple d'hydrogène ou d'hélium liquéfié, comprenant une enveloppe (2) de stockage de forme générale cylindrique s'étendant selon une direction longitudinale qui est horizontale en configuration d'utilisation du réservoir (1), l'enveloppe (2) de stockage comprenant en son sein un dispositif (3) d'homogénéisation de la température du fluide verticalement dans le réservoir (1), le dispositif d'homogénéisation étant constitué d'un moins une paroi (3) de transfert de chaleur constituée d'un matériau à coefficient de conductivité thermique supérieur à 30 W. m-1.K-1, ladite paroi (3) de transfert étant disposée parallèlement à la direction longitudinale du réservoir (1) et s'étendant verticalement sur 20 à 100% de la hauteur de l'enveloppe (2) de stockage et s'étendant longitudinalement sur au moins 50% de la longueur de l'enveloppe (2) de stockage. The invention relates to a storage tank for cryogenic fluid, for example liquefied hydrogen or helium, comprising a storage casing (2) of generally cylindrical shape extending in a longitudinal direction which is horizontal in the configuration of use of the tank (1), the storage casing (2) comprising within it a device (3) for homogenizing the temperature of the fluid vertically in the tank (1), the homogenizing device consisting of at least one heat transfer wall (3) made of a material with a thermal conductivity coefficient greater than 30 W. m -1 .K -1 , said transfer wall (3) being arranged parallel to the longitudinal direction of the tank (1) and extending vertically over 20 to 100% of the height of the storage casing (2) and extending longitudinally over at least 50% of the length of the storage casing (2).
Description
L'invention concerne un réservoir de stockage de fluide cryogénique.The invention relates to a cryogenic fluid storage tank.
L'invention concerne plus particulièrement un réservoir de stockage de fluide cryogénique, par exemple d'hydrogène ou d'hélium liquéfié, comprenant une enveloppe de stockage de forme générale cylindrique s'étendant selon une direction longitudinale qui est horizontale en configuration d'utilisation du réservoir, l'enveloppe de stockage comprenant en son sein un dispositif d'homogénéisation de la température du fluide verticalement dans le réservoir , le dispositif d'homogénéisation étant constitué d'un moins une paroi de transfert de chaleur constituée d'un matériau à coefficient de conductivité thermique supérieur à 30 W. m-1.K-1. Les réservoirs cryogéniques, en particulier ceux contenant des fluides avec des enthalpies spécifiques de vaporisation très faibles et des différences de densité importantes entre les phases liquide et vapeur comme l'hélium ou l'hydrogène, ont tendance à présenter des écarts de température importants entre leurs phases liquide et vapeur. Ceci entraîne des montées en pression plus rapides que ce qui serait observé si les deux phases avaient des températures similaires. Ce phénomène est souvent appelé « stratification ».The invention relates more particularly to a storage tank for cryogenic fluid, for example liquefied hydrogen or helium, comprising a storage envelope of generally cylindrical shape extending in a longitudinal direction which is horizontal in the configuration of use of the tank, the storage envelope comprising within it a device for homogenizing the temperature of the fluid vertically in the tank, the homogenizing device consisting of at least one heat transfer wall made of a material with a thermal conductivity coefficient greater than 30 W. m -1 .K -1 . Cryogenic tanks, in particular those containing fluids with very low specific enthalpies of vaporization and significant density differences between the liquid and vapor phases such as helium or hydrogen, tend to have significant temperature differences between their liquid and vapor phases. This results in faster pressure increases than what would be observed if the two phases had similar temperatures. This phenomenon is often called "stratification".
En stationnement prolongé, le réservoir cryogénique peut finir par atteindre sa pression maximale du fait de cette montée en pression. Il peut alors être nécessaire d'évacuer des molécules pour ne pas dépasser cette valeur. L'effet de stratification va amplifier cet inconvénient.During prolonged parking, the cryogenic tank may eventually reach its maximum pressure due to this pressure increase. It may then be necessary to evacuate molecules to avoid exceeding this value. The stratification effect will amplify this disadvantage.
Un but de l'invention est de réduire ou supprimer la stratification dans les réservoirs cryogéniques.An object of the invention is to reduce or eliminate stratification in cryogenic tanks.
Une solution connue pour les stockages d'hélium liquide consiste à prévoir une plaque en aluminium disposée dans la partie supérieure du réservoir et dont la partie inférieure est immergée dans la phase liquide Hélium qui est généralement proche de l'extrémité inférieure. Cette solution répond de façon partielle au problème, en particulier elle n'est pas suffisamment satisfaisante pour les réservoirs d'hydrogène liquéfié.A known solution for liquid helium storage is to provide an aluminum plate placed in the upper part of the tank, the lower part of which is immersed in the liquid helium phase, which is generally close to the lower end. This solution partially addresses the problem; in particular, it is not sufficiently satisfactory for liquefied hydrogen tanks.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.An aim of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la paroi de transfert est disposée parallèlement à la direction longitudinale du réservoir et s'étendant verticalement sur 20 à 100% de la hauteur de l'enveloppe de stockage et s'étendant longitudinalement sur au moins 50% de la longueur de l'enveloppe de stockage.To this end, the tank according to the invention, moreover conforming to the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the transfer wall is arranged parallel to the longitudinal direction of the tank and extending vertically over 20 to 100% of the height of the storage envelope and extending longitudinally for at least 50% of the length of the storage envelope.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la paroi de transfert s'étend verticalement sur 60 à 100%, par exemple 80 à 100% et de préférence 90 à 100% de la hauteur de l'enveloppe de stockage,
- la paroi de transfert s'étend longitudinalement sur au moins 80% de la longueur de l'enveloppe de stockage,
- la paroi de transfert est constituée d'aluminium ou d'un alliage métallique inoxydable,
- la paroi de transfert a une épaisseur comprise entre 1mm et 8mm,
- la paroi de transfert possède des trous et/ou des ondulations et/ou au moins une ailette s'étendant transversalement relativement à la paroi de transfert,
- la paroi de transfert possède une ou des ailette(s) s'étendant transversalement relativement à la paroi sur une distance transversale à la paroi de transfert qui est inférieure à la moitié et de préférence inférieure à un quart du diamètre de l'enveloppe de stockage de forme générale cylindrique,
- la paroi de transfert est fixée à l'enveloppe de stockage par soudage et/ou vissage et/ou rivetage,
- le réservoir comprend un ensemble de circuiterie et d'équipements dans l'enveloppe de stockage, la paroi de transfert formant un support pour au moins une partie de la circuiterie et/ou des équipements,
- le réservoir est du type à double parois, c'est-à-dire comprend une enveloppe extérieure disposée autour de l'enveloppe de stockage avec un espacement comprenant un isolant thermique.
- the transfer wall extends vertically over 60 to 100%, for example 80 to 100% and preferably 90 to 100% of the height of the storage envelope,
- the transfer wall extends longitudinally over at least 80% of the length of the storage envelope,
- the transfer wall is made of aluminum or a stainless metal alloy,
- the transfer wall has a thickness between 1mm and 8mm,
- the transfer wall has holes and/or corrugations and/or at least one fin extending transversely relative to the transfer wall,
- the transfer wall has one or more fins extending transversely relative to the wall over a distance transverse to the transfer wall which is less than half and preferably less than a quarter of the diameter of the generally cylindrical storage envelope,
- the transfer wall is fixed to the storage envelope by welding and/or screwing and/or riveting,
- the tank comprises a set of circuitry and equipment in the storage envelope, the transfer wall forming a support for at least part of the circuitry and/or equipment,
- the tank is of the double-walled type, that is to say it comprises an outer shell arranged around the storage shell with a spacing comprising thermal insulation.
L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :The invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below characteristics within the scope of the claims. Other features and advantages will appear on reading the description below, made with reference to the figures in which:
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- [
Fig. 1 ] est une vue schématique en perspective et en transparence d'un réservoir selon un mode de réalisation de l'invention, - [
Fig. 2 ] est une vue schématique en section transversale du réservoir de la [Fig. 1 ], - [
Fig. 3 ] est une vue schématique de côté d'un autre exemple de paroi de transfert pouvant être utilisé dans un réservoir selon l'invention, - [
Fig. 4 ] est une vue schématique en section transversale d'un autre mode de réalisation du réservoir selon l'invention.
- [
Fig. 1 ] is a schematic perspective and transparent view of a tank according to one embodiment of the invention, - [
Fig. 2 ] is a schematic cross-sectional view of the reservoir of the [Fig. 1 ], - [
Fig. 3 ] is a schematic side view of another example of a transfer wall that can be used in a tank according to the invention, - [
Fig. 4 ] is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the tank according to the invention.
Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.In all figures, the same references refer to the same elements.
Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.In this detailed description, the following embodiments are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not mean that the features apply only to a single embodiment. Single features of different embodiments may also be combined and/or interchanged to provide other embodiments.
Le réservoir 1 de stockage de fluide cryogénique illustré est par exemple prévu pour le stockage d'hydrogène ou d'hélium liquéfié. Ce réservoir 1 comprend une enveloppe 2 de stockage de forme générale cylindrique s'étendant selon une direction longitudinale qui est de préférence horizontale en configuration d'utilisation du réservoir 1.The illustrated cryogenic fluid storage tank 1 is for example intended for the storage of liquefied hydrogen or helium. This tank 1 comprises a
Comme illustré, l'enveloppe 2 de stockage a une portion centrale cylindrique, de préférence de section circulaire et dont les deux extrémités sont refermées par des dômes respectifs.As illustrated, the
Comme schématisé à la [
L'enveloppe 2 de stockage comprend en son sein un dispositif 3 d'homogénéisation de la température du fluide verticalement dans le réservoir 1 (anti-stratification). Ce dispositif d'homogénéisation comprend ou est constitué d'un moins une paroi 3 de transfert de chaleur constituée d'un matériau à coefficient de conductivité thermique supérieur à 30 W. m-1.K-1, ladite paroi 3 de transfert étant disposée parallèlement à la direction longitudinale du réservoir 1 et s'étendant verticalement sur 20 à 100% de la hauteur de l'enveloppe 2 de stockage et s'étendant longitudinalement sur au moins 50% de la longueur de l'enveloppe 2 de stockage. Par exemple, la paroi 3 de transfert s'étend verticalement sur 60 à 100% ou 80 à 100% et de préférence 90 à 100% de la hauteur de l'enveloppe 2 de stockage. De préférence, la hauteur de la paroi 3 est plus importante pour des réservoirs mobiles qui ont une plage de fonctionnement étendue (niveau de liquide), par exemple ente 10% et 100% du volume. Inversement, la paroi 3 peut s'étendre selon une hauteur moindre, et par exemple dans la partie supérieure lorsque le réservoir est du type dans lequel le niveau reste essentiellement entre 80 à 100% de volume. Cette structure de paroi 3 de transfert occupe toute ou presque toute la hauteur de l'enveloppe 2 de stockage et de ce fait limite la stratification indépendamment du niveau de liquide en son sein. Cette paroi 3 peut être unique.The
La longueur de la paroi 3 de transfert est de préférence maximisée pour favoriser le transfert de chaleur entre les parties relativement froides et chaudes.The length of the
Par exemple, la longueur de la parois 3 de transfert est égale ou sensiblement égale à la longueur disponible à l'intérieur de l'enveloppe 2 de stockage. En particulier, la paroi 3 de transfert peut s'étendre au-delà de la partie cylindrique centrale afin d'atteindre également les volumes situés au niveau des extrémités de l'enveloppe 2 de stockage au niveau des dômes.For example, the length of the
Le matériau constituant la paroi 3 de transfert est choisi de manière à avoir une grande conductivité thermique aux températures cryogéniques. Par exemple, l'aluminium, notamment les nuances 1050, 1350 ou 6063.The material constituting the
La géométrie de la paroi 3 de transfert peut être optimisée afin d'augmenter sa surface d'échange avec les fluides et/ou limiter la masse de la paroi 3. Cette optimisation peut comprendre une ondulation et/ou des perforations 5.The geometry of the
Par exemple, la paroi 3 de transfert peut avoir une forme corruguée, avec des ondes parallèles entre elles selon la direction longitudinale ou verticale.For example, the
Ces particularités (ou d'autres modifications structurelles) permettent d'augmenter la surface d'échange et/ou de créer plus de turbulence dans le fluide notamment selon la direction verticale.These features (or other structural modifications) make it possible to increase the exchange surface and/or create more turbulence in the fluid, particularly in the vertical direction.
Comme illustré à la [
Comme schématisé à la [
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2400139A FR3158134A1 (en) | 2024-01-08 | 2024-01-08 | Cryogenic fluid storage tank |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP4582731A1 true EP4582731A1 (en) | 2025-07-09 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| EP24213225.6A Pending EP4582731A1 (en) | 2024-01-08 | 2024-11-15 | Cryogenic fluid storage tank |
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| FR3110668A3 (en) * | 2020-05-20 | 2021-11-26 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Liquefied gas storage tank. |
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| FR3129454A1 (en) * | 2021-11-25 | 2023-05-26 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Liquefied gas storage tank and fluid transfer method |
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- 2024-01-08 FR FR2400139A patent/FR3158134A1/en active Pending
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- 2024-12-26 JP JP2024230343A patent/JP2025107569A/en active Pending
- 2024-12-30 KR KR1020240199627A patent/KR20250108512A/en active Pending
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- 2025-01-08 US US19/014,157 patent/US20250224077A1/en active Pending
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