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FR2927403A1 - Procede de refroidissement d'un reservoir - Google Patents

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FR2927403A1
FR2927403A1 FR0950744A FR0950744A FR2927403A1 FR 2927403 A1 FR2927403 A1 FR 2927403A1 FR 0950744 A FR0950744 A FR 0950744A FR 0950744 A FR0950744 A FR 0950744A FR 2927403 A1 FR2927403 A1 FR 2927403A1
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FR
France
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refrigerant
cooled
tank
refrigerant circuit
fluid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
FR0950744A
Other languages
English (en)
Inventor
Andres Kundig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Procédé de refroidissement d'un réservoir notamment d'un réservoir mobile recevant un fluide cryogénique caractérisé par les étapes suivantes :a) on relie directement ou indirectement le réservoir (S) à refroidir à un circuit frigorifique (2 - 8, V, T, a, a'),b) on fait circuler un fluide frigorifique dans le circuit frigorifique, ce fluide étant identique ou différent du fluide à stocker dans le réservoir à refroidir,c) on comprime (V) le fluide frigorifique, on le refroidit (E) et on le détend - (T) de façon à générer du froid, etd) on utilise au moins une partie du flux du fluide frigorifique (5, 7) pour refroidir le réservoir à refroidir (S).

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de refroidissement d'un réservoir notamment d'un réservoir mobile pour du fluide cryogénique.
Etat de la technique Les procĂ©dĂ©s du type dĂ©fini ci-dessus pour refroidir des rĂ©servoirs s'utilisent par exemple pour la distribution d'hĂ©lium et d'hydrogĂšne. L'hĂ©lium, gaz noble, s'obtient usuellement Ă  partir du gaz naturel de sorte que la production d'hĂ©lium se limite Ă  quelques pays tels que les Etats-Unis, la Russie, l'AlgĂ©rie ou le Qatar. La distribution mondiale de l'hĂ©lium nĂ©cessite un refroidissement Ă  une tempĂ©rature infĂ©rieure Ă  4,5 K, Ă  l'Ă©tat liquide, puis le transport et la distribution dans des rĂ©servoirs isolĂ©s. Les rĂ©servoirs Ă  hĂ©lium devraient ĂȘtre toujours mainte- nus Ă  une tempĂ©rature ne dĂ©passant pas 50 Ă  60 K. Pour cette raison, on ne peut vider complĂštement les rĂ©servoirs d'hĂ©lium. En outre, l'Ă©cran de rayonnement qui protĂšge habituellement de tels rĂ©servoirs doit toujours ĂȘtre rempli d'azote liquide. Ce n'est qu'ainsi qu'on assure que les rĂ©servoirs d'hĂ©lium ne se rĂ©chauffent que lĂ©gĂšrement jusqu'Ă  50-60 K.
Avant de remplir de nouveau un rĂ©servoir avec de l'hĂ©lium, il faut le refroidir Ă  4,5 K car sinon l'hĂ©lium liquide introduit s'Ă©vaporerait. En pratique de tels rĂ©servoirs sont fournis frĂ©quemment aux stations de remplissage Ă  des tempĂ©ratures de l'ordre de 150 K et plus. C'est pourquoi avant de les remplir avec de l'hĂ©lium liquide, il faut de nouveau les refroidir Ă  la tempĂ©rature de celui-ci. Ce refroidissement des rĂ©servoirs se fait habituellement dans les stations de remplissage et consiste Ă  faire passer de l'hĂ©lium du rĂ©servoir de la station Ă  travers le rĂ©servoir Ă  refroidir pour ainsi en abaisser la tempĂ©rature. Comme l'hĂ©lium utilisĂ© Ă  ce moment s'Ă©vapore complĂštement, il faut le cas Ă©chĂ©ant le nettoyer et dans la mesure oĂč il ne doit pas ĂȘtre Ă©vacuĂ©, il faut le reliquĂ©fier. Le procĂ©dĂ© de refroidissement dĂ©crit ci-dessus se fait au prix d'une consommation d'Ă©nergie relativement Ă©levĂ©e car du point de vue de l'Ă©nergie externe, gĂ©nĂ©rer du froid Ă  une tempĂ©rature de 4,5 K pour l'utiliser Ă  des tempĂ©ratures de 150 K et plus est trĂšs peu efficace.
En outre, le procédé de refroidissement évoqué ci-dessus présente l'inconvénient que l'hélium gazeux, produit en plus pendant le refroidissement, dépasse souvent la capacité des installations de liquéfaction d'hélium équipant la station de remplissage. En conséquence, il faut rejeter dans l'environnement de l'hélium gazeux, coûteux. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé du type défini ci-dessus pour refroidir un réservoir notamment un réservoir mobile destiné à un fluide cryogénique tout en évitant les inconvénients cités ci-dessus. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé de refroidissement du type défini ci-dessus caractérisé par les étapes suivantes : a) on relie directement ou indirectement le réservoir à refroidir à un cir- 15 cuit frigorifique, b) on fait circuler un fluide frigorifique dans le circuit frigorifique, ce fluide étant identique ou différent du fluide à stocker dans le réservoir à refroidir, c) on comprime le fluide frigorifique, on le refroidit et on le détend de 20 façon à générer du froid, et d) on utilise au moins une partie du flux du fluide frigorifique pour refroidir le réservoir à refroidir. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : 25 - on réalise une liaison directe entre le réservoir à refroidir et le circuit frigorifique en faisant passer le fluide frigorifique circulant dans le circuit frigorifique à travers le réservoir à refroidir ; - on réalise une liaison indirecte entre le réservoir à refroidir et le circuit frigorifique et le fluide frigorifique circulant dans le circuit frigo- 30 rifique fournit son froid à un circuit frigorifique auxiliaire dont le fluide frigorifique passe dans le réservoir à refroidir ; - le fluide frigorifique est de l'hélium ou de l'hydrogÚne ; - on puise le fluide frigorifique souillé du circuit frigorifique et on le remplace par du fluide frigorifique nouveau et/ ou traité ; - la compression du fluide frigorifique circulant dans le circuit frigorifique se fait en une ou plusieurs étapes ; - la détente du fluide frigorifique circulant dans le circuit frigorifique se fait en une ou plusieurs étapes.
Dessins La prĂ©sente invention sera dĂ©crite ci-aprĂšs de maniĂšre plus dĂ©taillĂ©e Ă  l'aide des dessins annexĂ©s dans lesquels : - la figure 1 montre schĂ©matiquement un procĂ©dĂ© de refroidissement d'un rĂ©servoir notamment d'un rĂ©servoir mobile recevant un fluide cryogĂ©nique, - la figure 2 montre une variante du procĂ©dĂ© de refroidissement de la figure 1. Description de modes de rĂ©alisation de l'invention Le rĂ©servoir Ă  refroidir est reprĂ©sentĂ© figures 1 et 2 sous la forme d'un carrĂ© vide S. Ce carrĂ© reprĂ©sente en fait un ou plusieurs rĂ©servoirs Ă  refroidir tels que par exemple ceux servant au transport d'hĂ©lium liquide et qui, en gĂ©nĂ©ral, sont installĂ©s sur des remorques de camions. La figure 1 montre un circuit frigorifique comportant des segments de conduite 2-8 dans lesquels circule le fluide frigorifique du circuit frigorifique. Dans la mesure oĂč le circuit frigorifique reprĂ©sentĂ© sert Ă  refroidir directement le rĂ©servoir, les segments de conduite 5 et 7 sont reliĂ©s directement au rĂ©servoir S. Si le rĂ©servoir Ă  refroidir S est un rĂ©servoir d'hĂ©lium, on utilise de prĂ©fĂ©rence ce mĂȘme gaz comme fluide frigorifique du circuit frigorifique. De façon analogue, dans le cas d'un rĂ©servoir d'hydrogĂšne S que l'on veut refroidir, on utilisera de prĂ©fĂ©rence ce gaz comme fluide frigorifique du circuit frigorifique. Dans le cas du nouveau refroidissement d'un rĂ©servoir d'hydrogĂšne, on peut toutefois rĂ©aliser une variante de procĂ©dĂ© comme celle reprĂ©sentĂ©e figure 2. La figure montre une liaison indirecte entre le rĂ©servoir Ă  refroidir S et le circuit frigorifique tel qu'apparaissant Ă  la figure 1. Cette liaison indirecte du rĂ©servoir Ă  refroidir S Ă  un circuit frigorifique se rĂ©alise Ă  l'aide d'un Ă©changeur de chaleur E' traversĂ© par le fluide frigorifique du circuit frigorifique (ce fluide est fourni en entrĂ©e et sortie par les segments de conduite 5, 7 Ă  l'Ă©changeur de chaleur E').
Le circuit frigorifique fournit la chaleur à un circuit frigorifique auxiliaire représenté par les segments de conduite 13, 14. Le fluide frigorifique circulant dans ce circuit frigorifique auxiliaire traverse le réservoir à refroidir S pour le refroidir.
Dans le procédé représenté figure 2, le circuit frigorifique 2-8 utilise de l'hélium comme fluide frigorifique alors que le fluide frigorifique du circuit frigorifique auxiliaire 13, 14 utilise avantageusement de l'hydrogÚne. Ce procédé permet d'éviter toute contamination du réservoir d'hydrogÚne S que l'on veut refroidir de nouveau.
Le fluide frigorifique circulant dans les segments de con-duite 2-8 du circuit frigorifique (dans le cas oĂč l'on utilise de l'hĂ©lium comme fluide frigorifique) est comprimĂ© dans une unitĂ© de compression Ă  un ou deux Ă©tages V pour passer d'environ 1 bar jusqu'Ă  environ 10 bar. Le flux d'hĂ©lium comprimĂ© alimente l'Ă©changeur de chaleur E par la conduite 3 et y circule Ă  contre-courant d'une veine d'azote Ă  rĂ©-chauffer passant par les segments de conduite 11, 12 Ă  travers l'Ă©changeur de chaleur E pour ĂȘtre refroidi Ă  une tempĂ©rature d'environ 80 K. La veine d'hĂ©lium arrive ensuite par la conduite 4 dans une turbine T Ă  un ou plusieurs Ă©tages pour s'y dĂ©tendre Ă  une pression finale d'environ 2 bara. A la sortie de la turbine T, on dispose de la veine d'hĂ©lium sous une tempĂ©rature d'environ 53 K. La veine d'hĂ©lium est alors sĂ©parĂ©e en deux veines partielles. La premiĂšre veine partielle passe par la conduite 5 pour alimenter le rĂ©servoir S que l'on veut refroidir de nouveau pour servir alors Ă  refroidir le rĂ©servoir S alors que la seconde veine partielle passe par la conduite 6 et par une vanne de dĂ©rivation (a), rĂ©glable. AprĂšs avoir traversĂ© le rĂ©servoir Ă  refroidir S, la premiĂšre veine partielle est mĂ©langĂ©e dans la conduite 7 Ă  la seconde veine partielle de la conduite 6. La veine d'hĂ©lium arrive par la conduite 8 Ă  l'Ă©changeur de chaleur E pour s'y rĂ©chauffer et parvient par la conduite 2 Ă  l'entrĂ©e de l'unitĂ© de compres- sion V. Le procĂ©dĂ© selon l'invention permet de refroidir le rĂ©servoir S dont on veut de nouveau abaisser la tempĂ©rature, Ă  l'aide d'un circuit frigorifique fermĂ©, pour atteindre une tempĂ©rature d'environ 60 K. A 60 K, l'enthalpie des matĂ©riaux ou mĂ©taux utilisĂ©s en rĂšgle gĂ©- 25 30 nĂ©rale pour le rĂ©servoir Ă  refroidir ne reprĂ©sente plus qu'environ 1/10 de l'enthalpie Ă  la tempĂ©rature de 150 K. La tempĂ©rature que l'on atteint en mĂ©langeant les deux veines partielles de fluide frigorifique des conduites 6 et 7 ne doit pas dĂ©passer 120 K pour assurer que les contraintes thermiques dans l'Ă©changeur de chaleur E restent suffisamment faibles. Se limiter Ă  une tempĂ©rature de mĂ©lange de 120 K a pour consĂ©quence que la quantitĂ© de la veine partielle de l'hĂ©lium traversant le rĂ©servoir Ă  refroidir S y augmente en fonction de la diminution de la tempĂ©rature. DĂšs que la tempĂ©rature intĂ©rieure du rĂ©servoir S est descendue en dessous de 120 K, la vanne de dĂ©rivation A reste fermĂ©e. En variante de la conduite du procĂ©dĂ© dĂ©crite qui prĂ©voit une rĂ©partition de la veine d'hĂ©lium seulement aprĂšs la dĂ©tente T, on peut Ă©galement prĂ©lever une veine partielle d'hĂ©lium dĂšs avant la dĂ©- tente et la fournir Ă  l'entrĂ©e de l'Ă©changeur de chaleur E. La figure 1 montre cette solution en reprĂ©sentant une conduite 6' en trait inter-rompu avec une vanne de dĂ©rivation (a') Ă©galement reprĂ©sentĂ©e en trait interrompu. Pour maintenir les pressions dans le circuit frigorifique, il faut Ă©galement complĂ©ter le fluide frigorifique au cours du procĂ©dĂ© de refroidissement. Dans le cas d'un circuit frigorifique Ă  l'hĂ©lium, on peut complĂ©ter avec de l'hĂ©lium gazeux obtenu par un procĂ©dĂ© de liquĂ©faction d'hĂ©lium non reprĂ©sentĂ© Ă  la figure en fournissant cet hĂ©lium par la conduite 1. Selon un dĂ©veloppement avantageux du procĂ©dĂ© selon l'invention, dans la mesure oĂč le rĂ©servoir Ă  refroidir S est souillĂ©, on peut prĂ©voir, pendant le procĂ©dĂ© de refroidissement, qu'une veine partielle du fluide calorifique passant par les segments de conduite 9 et 10 soit prĂ©levĂ©e du circuit calorifique pour ĂȘtre nettoyĂ©e. Le procĂ©dĂ© de refroidissement d'un rĂ©servoir selon l'invention permet de disposer du froid nĂ©cessaire au refroidissement du rĂ©servoir Ă  un niveau de tempĂ©rature intĂ©ressant du point de vue exĂ©gĂ©tique. Cela amĂ©liore considĂ©rablement le rendement de l'opĂ©ration de refroidissement.
L'installation de liquéfaction d'hélium utilisée en général ne sera pas perturbée dans son fonctionnement par le procédé de refroidissement selon l'invention et peut ainsi assurer de façon ininterrompue le rendement maximum possible. De plus, les temps de refroidissement des réservoirs à refroidir à nouveau sont raccourcis de plusieurs jours. io

Claims (7)

REVENDICATIONS
1 °) Procédé de refroidissement d'un réservoir notamment d'un réservoir mobile recevant un fluide cryogénique, caractérisé par les étapes sui-vantes : e) on relie directement ou indirectement le réservoir (S) à refroidir à un circuit frigorifique (2 - 8, V, T, a, a'), f) on fait circuler un fluide frigorifique dans le circuit frigorifique, ce fluide étant identique ou différent du fluide à stocker dans le réservoir à refroidir, g) on comprime (V) le fluide frigorifique, on le refroidit (E) et on le dé-tend (T) de façon à générer du froid, et h) on utilise au moins une partie du flux du fluide frigorifique (5, 7) pour refroidir le réservoir à refroidir (S).
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on réalise une liaison directe entre le réservoir à refroidir (S) et le circuit frigorifique (2 - 8, V, T, a, a') en faisant passer le fluide frigorifique circulant dans le circuit frigorifique à travers le réservoir à refroidir (S).
3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on réalise une liaison indirecte entre le réservoir à refroidir (S) et le circuit frigorifique (2 - 8, V, T, a, a') et le fluide frigorifique circulant dans le circuit frigorifique fournit (E') son froid à un circuit frigorifique auxiliaire (13, 14) dont le fluide frigorifique passe dans le réservoir à refroidir (S).
4°) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide frigorifique est de l'hélium ou de l'hydrogÚne.
5°) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on puise le fluide frigorifique souillé du circuit frigorifique (2 - 8, V, T, a, a') et on le remplace par du fluide frigorifique nouveau et/ou traité.
6°) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la compression (V) du fluide frigorifique circulant dans le circuit frigorifique (2 - 8, V, T, a, a') se fait en une ou plusieurs étapes.
7°) Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la détente (T) du fluide frigorifique circulant dans le circuit frigorifique (2 - 8, V, T, a, a') se fait en une ou plusieurs étapes.15
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