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FR3006742A1 - Dispositif et procede de remplissage d'un reservoir - Google Patents

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FR3006742A1
FR3006742A1 FR1355159A FR1355159A FR3006742A1 FR 3006742 A1 FR3006742 A1 FR 3006742A1 FR 1355159 A FR1355159 A FR 1355159A FR 1355159 A FR1355159 A FR 1355159A FR 3006742 A1 FR3006742 A1 FR 3006742A1
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FR
France
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reservoir
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pump
liquid
temperature
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FR1355159A
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Fabien Durand
David Grillot
Sylvain Martin
Martin Staempflin
Patrick Sanglan
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Dispositif de remplissage d'un réservoir avec un carburant gazeux liquéfié à une température cryogénique, comprenant un réservoir (16) source de stockage de carburant gazeux à l'état liquide à une température cryogénique, une conduite (9) de soutirage comprenant une pompe (8), la conduite (9) de soutirage comprenant une extrémité amont raccordée au réservoir (16) source et une extrémité aval comprenant un raccord (11) destiné à être raccordé à un réservoir (15) à remplir, la conduite (9) de soutirage comprenant, en aval de la pompe (8), une portion de dérivation transitant à l'intérieur du réservoir (16) source et comprenant un échangeur (3) de chaleur immergé, la conduite (9) de soutirage comprenant un système de vanne(s) (13, 14) de dérivation conformé pour contrôler les proportions relatives du fluide pompé transitant et ne transitant pas dans la portion (3) de dérivation, pour réguler la température du liquide soutiré en cours de remplissage et en ce que le dispositif de remplissage comprend un cryorefroidisseur (5) relié au réservoir (16) source pour liquéfier sélectivement du gaz présent dans le réservoir (16) source.

Description

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de remplissage de réservoirs de carburant. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de remplissage d'un réservoir avec un carburant gazeux liquéfié à une température cryogénique, notamment pour le remplissage de réservoirs cryogéniques d'hydrogène liquide sous pression, le dispositif comprenant un réservoir source de stockage de carburant gazeux à l'état liquide à une température cryogénique, une conduite de soutirage de carburant liquide comprenant une pompe, la conduite de soutirage comprenant une extrémité amont raccordée au réservoir source et une extrémité aval comprenant un raccord destiné à être raccordé à un réservoir à remplir, Les gaz carburant et notamment l'hydrogène peuvent être stockés sous différentes formes : sous forme de gaz pressurisé (par exemple à 700bar) ou sous forme de liquide (sous pression ou non). Le stockage d'hydrogène liquide à une température cryogénique sous pression (hydrogène comprimé cryogénique), par exemple à une pression de 350bar, permet d'augmenter la densité de carburant stocké par rapport à un stockage sous forme liquide non pressurisé. Ce type de technologie présente cependant l'inconvénient de nécessiter une isolation thermique très efficace. De plus, cette technologie nécessite de traiter les inévitables vapeurs générées par la vaporisation d'une partie du liquide dans tout le système. Pour réaliser le remplissage de ce type de stockage, la température du fluide doit être contrôlée et ne doit pas dépasser un seuil de température (par exemple de 50K). Les stations de remplissage d'hydrogène comprimé cryogénique utilisent 25 généralement une pompe pour soutirer du liquide d'un réservoir source cryogénique. Avant de réaliser un remplissage la pompe et les conduites du circuit doivent être refroidies. Ceci est réalisé en faisant circuler du fluide ou en pompant du fluide qui est renvoyé directement dans le réservoir source. Cette opération de 30 mise en froid génère une vaporisation de liquide. Le gaz produit est renvoyé vers le réservoir source et augmente la pression de ce dernier. Même lorsque la pompe et le circuit sont à la température requise, du liquide se vaporise lors du fonctionnement de la pompe. Cette quantité de liquide vaporisé varie en fonction notamment des performances thermiques de la pompe et des circuits et du 35 rendement de la pompe. Le gaz ainsi généré est transféré au réservoir provoquant sa montée en pression. En cas de pression excessive une partie du gaz doit être libéré à l'extérieur, par exemple via une soupape de sécurité. Outre les conséquences économiques, un rejet de gaz carburant dans l'atmosphère pose des problèmes de sécurité. En mode d'attente (entre deux remplissages), la pompe et les conduites de liquide sont soit maintenu à température cryogénique, soit ramené à température ambiante. De plus, les entrées de chaleur sur le réservoir source produisent du gaz par vaporisation d'une partie de son liquide à un taux déterminé. Ce gaz de vaporisation produit augmente graduellement la pression dans le réservoir source. Lorsque l'on souhaite réaliser un remplissage de liquide sous pression (par exemple de l'hydrogène cryogénique compressé) la température du liquide pompé fourni au réservoir à remplir doit être inférieure à un seuil déterminé et la pression supérieure à un seuil déterminé. La température disponible à la sortie de la pompe est fortement dépendante du rendement de la pompe et des conditions de fonctionnement du dispositif. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le dispositif de remplissage selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la conduite de soutirage comprenant, en aval de la pompe, une portion de dérivation transitant à l'intérieur du réservoir source et comprenant un échangeur de chaleur immergé pour mettre en échange thermique le liquide pompé et le liquide stocké dans le réservoir source, la conduite de soutirage comprenant un système de vanne(s) de dérivation conformé pour contrôler les proportions relatives du fluide pompé transitant et ne transitant pas dans la portion de dérivation, pour réguler la température du liquide soutiré en cours de remplissage et en ce que le dispositif de remplissage comprend un cryorefroidisseur relié au réservoir source pour liquéfier sélectivement du gaz présent dans le réservoir source, notamment des vapeurs générées par l'échangeur de chaleur de la portion de dérivation et celles générées par la mise et le maintien en froid de la pompe.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'extrémité aval de la conduite de soutirage comprend un capteur de mesure de la température du liquide, le dispositif de remplissage comprenant une logique électronique de commande reliée d'une part au capteur de température et, d'autre part, au système de vanne(s) de dérivation, la logique électronique étant configurée pour d'une part recevoir l'information de température mesurée par le capteur de température et, d'autre part, commander le système de vanne(s) de dérivation, pour réguler la température du liquide à l'extrémité aval de la conduite 3006 742 3 de soutirage à une valeur déterminée en mitigeant la répartition du liquide pompé entre les voies passant et ne passant pas dans la portion de dérivation, - le dispositif comporte une conduite de retour amont comportant une première extrémité reliée à une sortie de la pompe et une seconde extrémité 5 raccordée au réservoir source pour former une boucle de retour de fluide pompé vers le réservoir source pour assurer une mise en froid de la pompe et/ou pour renvoyer dans le réservoir source du gaz vaporisé dans la pompe, - le réservoir source comprend une paroi interne interposée entre l'échangeur de chaleur immergé et l'orifice d'aspiration de la pompe, pour éviter 10 ou limiter la perturbation du NPSH à l'aspiration de la pompe, - le dispositif comporte une conduite de retour aval munie d'une vanne, la conduite de retour aval ayant une première extrémité reliée à l'extrémité aval de la conduite de soutirage et une seconde extrémité reliée au réservoir source, - la seconde extrémité de la conduite de mise en froid de la pompe est 15 dédoublée en deux lignes parallèles reliées respectivement au partie haute et basse du réservoir source, les deux lignes parallèles étant munies de vannes respectives, - la logique électronique est configurée pour d'une part recevoir l'information de pression mesurée par le capteur de pression et, d'autre part, 20 commander la mise en marche ou l'arrêt du cryo-refroidisseur, pour réguler la pression dans le réservoir source, - le cryo-refroidisseur repose un cycle thermodynamique de technologie Stirling, Gifford MaCMahon, Brayton ou Vuillemier. L'invention concerne également un procédé de remplissage d'un réservoir 25 avec un carburant gazeux liquéfié à une température cryogénique, notamment de l'hydrogène liquide, au moyen d'un dispositif de remplissage conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après, dans lequel le réservoir source contient un carburant gazeux à l'état liquide à une température cryogénique comprise entre 20,2 K et 30,4 K et une pression comprise entre 1 et 9 30 bar absolu et en ce que la température de sortie du fluide en aval de la pompe est maintenue à une température cible prédéterminée comprise entre 21K et 50K, en contrôlant les proportions relatives de fluide pompé transitant et ne transitant pas dans la portion de dérivation. Selon d'autres particularités possibles : 35 - lorsque la pression dans le réservoir source atteint une valeur haute déterminée comprise entre 6 bar absolu et 9 bar absolu et de préférence égale à 6bar absolu, au moins une partie du liquide pompé est refroidi dans l'échangeur de chaleur immergé de la portion de dérivation, - le procédé comporte une étape de régulation de la pression et/ou de la température dans le réservoir source pour maintenir la pression du liquide à l'entrée de la pompe à une valeur déterminée au dessus de la pression de vapeur saturante dudit fluide, - le procédé comporte une étape de démarrage d'un remplissage comprenant une mise en marche de la pompe et, au moins dans l'intervalle de trente minutes précédent la mise en marche de la pompe, la pression au sein du réservoir source est augmentée d'une valeur comprise entre 0,5 bar absolu et 1 bar absolu pour augmenter temporairement la marge de pression au dessus de la pression de vapeur saturante du fluide, - l'augmentation de pression destinée à augmenter temporairement la marge de pression au dessus de la pression de vapeur saturante du fluide est réalisée en prélevant du fluide du réservoir source, en réchauffant ce fluide prélevé puis en le réinjectant dans le réservoir source, - en fin de remplissage du réservoir, la pompe est arrêtée et au moins une partie du gaz généré par la vaporisation du liquide dans le réservoir source est reliquéfiée par le cryo-refroidisseur, - au moins une partie du liquide vaporisé dans le dispositif de remplissage est renvoyé dans le réservoir source, - le dispositif de remplissage comporte un capteur de mesure de la pression dans le réservoir source et en ce que le cryo-refroidisseur est commandé pour réaliser une liquéfaction des vapeurs du réservoir source en réponse à un niveau de pression déterminé mesuré par le capteur de pression, - le cryo-refroidisseur est mis en marche uniquement lorsque la pompe est à l'arrêt, pour limiter la puissance électrique du dispositif. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente de façon schématique et partielle la structure et le fonctionnement d'un exemple de réalisation possible d'un dispositif de remplissage selon l'invention. L'exemple de dispositif de remplissage illustré comprend un réservoir 16 source qui stocke du carburant gazeux, par exemple de l'hydrogène à l'état liquide à une température cryogénique. Le réservoir 16 source contient une quantité de liquide en équilibre avec une phase vapeur. Le fluide est dans le réservoir à une température comprise par exemple entre 20,2 K et 30,6 K et une pression comprise par exemple entre 1 et 9 bar absolu. 3006 742 5 Le dispositif comprend une conduite 9 de soutirage (de préférence isolée thermiquement) comprenant une pompe 8. La conduite 9 de soutirage comprend une extrémité amont raccordée en partie inférieure du réservoir 16 source et une extrémité aval comprenant un raccord 11 destiné à être raccordé sélectivement à 5 un réservoir 15 à remplir. Le dispositif comprend classiquement une conduite 6 de retour amont comportant une première extrémité reliée à une sortie de dégazage de la pompe 8 et une seconde extrémité raccordée au réservoir 16 source pour former un boucle de retour de fluide pompé vers le réservoir 16 source pour assurer une mise en 10 froid de la pompe 8 et/ou pour renvoyer dans le réservoir 16 source du gaz vaporisé dans la pompe 8. Comme illustré dans la figure, la seconde extrémité de la conduite 6 de mise en froid de la pompe 8 peut être dédoublée en deux lignes parallèles reliées respectivement au partie haute et basse du réservoir 16 source, les deux lignes parallèles étant munies de vannes respectives 160, 26 pour 15 permettre le retour respectivement de gaz et de liquide vers le réservoir 16 source, tout en optimisant la gestion de la pression dans le réservoir 16 source Une vanne 180 d'isolement peut être prévue en amont de la pompe 8. Selon une particularité avantageuse, la conduite 9 de soutirage comprend, en aval de la pompe 8, une portion de dérivation transitant à l'intérieur du réservoir 20 16 source et comprenant un échangeur 3 de chaleur immergé pour mettre en échange thermique le liquide pompé et le liquide stocké dans le réservoir 16 source. De plus, un système de vannes 13 et 14 de dérivation est prévu sur la conduite 9 de soutirage pour contrôler les proportions relatives du fluide pompé 25 transitant et ne transitant pas dans la portion 3 de dérivation. C'est-à-dire que le liquide débouchant en aval dans la conduite 9 de soutirage et fourni au réservoir 15 est constitué de la somme des fractions de fluide ayant circulé dans les deux branches parallèles (respectivement dans le réservoir 16 source et hors du réservoir 16 source). La répartition du fluide dans l'échangeur 3 immergé et/ou 30 hors du réservoir 16 permet de réguler la température en aval de la conduite 9 de soutirage en refroidissant si nécessaire tout ou partie du fluide pompé par échange thermique avec le liquide stocké dans le réservoir 16 source. Comme représenté, cette répartition peut être réalisée via deux vannes 13 et 14 de dérivation commandées disposées respectivement sur les deux branches 35 parallèles. Bien entendu, en variante une vanne à trois voies ou tout autre système de répartition peut être envisagé. De plus, l'extrémité aval de la conduite 9 de soutirage peut comporter un capteur 19 de mesure de la température du liquide et le dispositif de remplissage peut comporter une logique 20 électronique de commande reliée d'une part au capteur 19 de température et, d'autre part, au système de vannes 13 et 14 de dérivation. De préférence, la logique 20 électronique est configurée pour d'une part recevoir l'information de température mesurée par le capteur 19 de température et, d'autre part, commander le système de vannes 13 et 14 de dérivation pour réguler la température du liquide à l'extrémité aval de la conduite 9 de soutirage à une valeur déterminée. Comme illustré, un capteur 29 de mesure de la pression dans la partie aval de la conduite 9 de soutirage peut également être prévu et peut être relié à la logique 20 de commande. Pour assurer le refroidissement de la conduite 9 de soutirage préalablement au pompage et afin de ne pas perdre de gaz, le dispositif peut comporter également une conduite 18 de retour aval munie d'une vanne 28. La conduite 18 de retour aval ayant une première extrémité reliée à l'extrémité aval de la conduite 9 de soutirage et une seconde extrémité reliée au réservoir 16 source. Enfin, une vanne 39 d'isolement peut être prévue à l'extrémité aval de la conduite 9 de soutirage, en amont du raccord 11. Selon une particularité avantageuse, le dispositif de remplissage comprend également un cryo-refroidisseur 5 relié au réservoir 16 source pour liquéfier du gaz présent dans le réservoir 16 source. Ce cryo-refroidisseur 5, par exemple monté en partie supérieure du réservoir 16 source, peut comprendre un liquéfacteur de technologie Stirling, Gifford MacMahon, Brayton ou Vuilleumier. Ce cryo-refroidisseur 5 comprend une entrée de gaz à liquéfier et une sortie de gaz liquéfié qui sont reliées au volume de stockage du récipient 16 source. Alternativement, ce cryo-refroidisseur 5 peut être installé directement dans le réservoir 16 source. Comme illustré, un capteur 50 de pression dans le réservoir 16 source peut être relié au cryo-refroidisseur 5 et/ou à la logique 20 électronique pour commander le cryo-refroidisseur 5 en fonction du niveau de pression mesuré dans le réservoir 16 source. Le fait de reliquefier une partie de la phase gazeuse permet de diminuer la pression dans le réservoir 16 source. Le réservoir 16 source peut comporter également une soupape 36 de sécurité libérant du gaz en cas de surpression (en cas de défaillance du dispositif décrit ci-après ou ci-dessus). Un exemple d'utilisation va à présent être décrit schématiquement. Lorsque le dispositif est en attente (entre deux remplissages espacés par exemple d'une journée), la pompe 8 et son circuit de soutirage sont à température ambiante. Le fluide est à l'équilibre entre une phase vapeur et une phase liquide à une température correspondant à la température de saturation du fluide. Avant de réaliser un remplissage, la vanne 180 d'isolement en amont de la pompe 8 est ouverte (pour refroidir la pompe ainsi que son circuit) en faisant classiquement re-circuler le liquide pompé dans le réservoir 16 source via la conduite 6 de mise en froid. Lorsque la pompe 8 est à la température requise (température égale ou proche de la température de la phase liquide dans le réservoir 16 source, l'opération de remplissage peut commencer. Cette température requise est mesurée par exemple par des capteurs de température 80, 81 et 82 disposés aux entrée et/ou sorties de la pompe 8. La pompe 8 peut alors être démarrée. La température du liquide à la sortie aval de la pompe 8 est dépendante notamment de l'efficacité isentropique de la pompe 8. Par exemple, pour une pompe 8 générant une augmentation de pression de 300 barA (bar absolu), les inventeurs ont calculé que, lorsque de l'hydrogène liquide à une température de 21.7K est pompé par une pompe 8 ayant un rendement isentropique de 80%, le fluide pressurisé atteint une température d'environ 41.8 K à la sortie de la pompe 8 (élévation de température d'environ 20K) De préférence, la logique 20 électronique reçoit les informations des capteurs 80, 81, 82 de température de mesure de la mise en froid de la pompe 8 pour contrôler le bon fonctionnent de la pompe 8. Les capteurs 80, 81, 82 peuvent être disposées respectivement, au niveau de l'entrée de la pompe 8, au niveau de la sortie aval de la pompe 8 et au niveau de la sortie amont de la pompe 8 dans la conduite 6 de retour. Un capteur de température 81 situé à la sortie aval de la pompe 8 permet de contrôler la température du fluide pompé dans la conduite 9 de soutirage, pour notamment détecter des pertes éventuelles de rendement de la pompe 8. Dans certaines circonstances, le remplissage d'un réservoir 15 nécessite 30 un liquide ayant une température déterminée, par exemple 50K. En début de pompage une température de liquide n'excédant pas 50K est ainsi obtenue en aval de la conduite 9 de soutirage. Le gaz vaporisé dans le circuit (dans la pompe 8 notamment) est renvoyé dans le réservoir 16 source. Ceci provoque une augmentation de pression et de 35 température au sein du réservoir 16 source. En cas d'augmentation de température et de pression excessive cela peut perturber non seulement l'opération de soutirage mais également la température du liquide fourni au réservoir 15 rempli. 3006 742 8 Les inventeurs ont déterminé que, lorsque la pression du réservoir source excède un niveau déterminé, par exemple 4,2 barA (bar absolu), la température fournie au réservoir 15 à remplir peut excéder 50K en aval de la conduite 9 de soutirage avec un rendement isentropique de pompe de 80%. 5 Pour éviter cela, la logique 20 de commande peut commander l'ouverture de la vanne 14 de dérivation pour forcer une partie du liquide pompé à transiter via l'échangeur 3 immergé dans le réservoir 16 source. Ce fluide refroidi dans l'échangeur 3 immergé est mélangé en aval avec le fluide relativement plus chaud qui n'a pas transité dans l'échangeur 3 immergé. 10 La mesure 19 de la température du fluide peut permettre à la logique de commande 20 de commander le degré d'ouverture des vannes 13 et 14 de dérivation pour contrôler cette température aval. En particulier, cette température peut être contrôlée et maintenue dans un intervalle compris entre d'une part la température du liquide dans le réservoir 16 15 source plus quelques degrés K (par exemple un ou deux degrés) et, d'autre part la température du liquide à la sortie de la pompe 8. À la fin du pompage (par exemple lorsque la pression mesurée 29 sur la conduite 9 de soutirage atteint une valeur déterminée), la pompe 8 peut être arrêtée. 20 La vanne 160 de la ligne de mise en froid qui renvoie le gaz de la pompe 8 vers le réservoir 16 peut être fermée lorsque tous le gaz présent dans le circuit ont été évacués vers le réservoir 16 source. Tout en étant de structure simple et peu coûteuse, le dispositif selon l'invention permet ainsi de contrôler efficacement la température du fluide qui 25 remplit le réservoir 15, qu'elle que soit le rendement de la pompe 8. En effet, l'utilisateur peut notamment régler (par exemple via la logique 20 de commande) la température du fluide qui remplit le réservoir 15. Le dispositif permet également de sécuriser le fonctionnement de la pompe (pour éviter un phénomène de cavitation).
La hauteur de charge nette absolue à l'aspiration de la pompe NPSH (« NPSH » pour « Net Positive Suction Height » en anglais) est la valeur de pression disponible à l'entrée de la pompe au-dessus de la valeur de pression de vapeur saturante dudit liquide. Pour éviter un phénomène de cavitation, le NPSH disponible doit être au moins égale au NPSH requis de la pompe (précisé par le fabriquant de la pompe 8). Ce NPSH est une fonction: - du niveau de pression dans le réservoir 16 source, - de la valeur de la pression de vapeur saturante du fluide concerné, - des pertes de charges dans le circuit de soutirage jusqu'à l'entrée de la pompe 8 (ligne 181), - de la hauteur manométrique du liquide entre, d'une part, la surface supérieure du liquide dans le réservoir 16 et, d'autre part, l'entrée de la pompe 8. Dans le cas de l'hydrogène, du fait de sa faible densité, l'influence de la hauteur manométrique est négligeable (en particulier pour des réservoirs horizontaux). L'alimentation correcte (NPSH requis inférieur à NPSH disponible) de la pompe se fait en sous refroidissant le liquide à l'entrée de la pompe, ce qui revient à augmenter le NPSH disponible. Avantageusement, ceci peut être fait en augmentant légèrement et ponctuellement la pression du réservoir 16. En effet, suite à une augmentation de la pression dans le réservoir 16 source, avant que le mélange liquide/gaz retrouve un nouvel état d'équilibré à une nouvelle température d'équilibre définissant une nouvelle pression de saturation, la température du liquide est momentanément inférieure à sa température de saturation. Ainsi, avant la mise en marche de la pompe 8, de préférence la pression dans le réservoir 16 source est augmentée. Par exemple, cette augmentation de pression est réalisée jusqu'à une valeur de pression fonction du NPSH requis de la pompe 8 et des performances thermo hydrauliques de la ligne d'aspiration 181. De préférence cette augmentation de pression est réalisée dans l'heure précédent un remplissage (et de préférence dans les trente minutes qui précèdent un remplissage). Cette augmentation de pression peut être réalisée en utilisant les vapeurs générées lors de la mise en froid de la pompe 8 (cf. la description ci-dessus). Dans le cas où la pompe 8 est déjà refroidie, cette augmentation de pression peut être réalisée par exemple en prélevant du fluide du réservoir 16 source, en réchauffant ce fluide puis en le réinjectant dans le réservoir source 16. Ce réchauffement peut être réalisé dans un échangeur de réchauffage disposé par exemple dans une dérivation 260 de la conduite 6 de retour et accessible via une vanne. En minimisant les pertes de charges et les entrées de chaleur dans le circuit, on peut minimiser le niveau de pression nécessaire pour atteindre un NPSH suffisant requis par la pompe 8.
Tout en étant de structure simple et peu coûteuse, le dispositif permet ainsi de garantir un NPSH suffisant pour la pompe 8. Une dépressurisation du réservoir 16 source suivie d'une pressurisation est une façon efficace de réaliser l'amorçage de la pompe 8. Cependant, ceci peut conduire à une production importante de gaz vaporisé (gaz de « boil-off » en anglais). Avantageusement, le dispositif comprend un cryo-refroidisseur 5 qui est prévu pour (re)liquéfier une partie de la phase gazeuse dans le réservoir 16 source. Ceci fait baisser la pression et donc la température au sein du réservoir 16 source. Ceci permet de rendre le réservoir 16 source prêt pour une opération de remplissage ultérieure avec un NPSH suffisant, sans production excessive de gaz vaporisé.
Cette liquéfaction du gaz procure un avantage supplémentaire. En effet, cette liquéfaction permet d'éviter de relâcher et de perdre du gaz en cas de surpression. Le fluide du réservoir 16 source reçoit des calories de l'extérieur et en particulier, du circuit de soutirage, notamment via l'échangeur 3 immergé. Cette entrée de calories provoque des vaporisations de liquide et donc une augmentation de pression. Le cryo-refroidisseur 5 permet d'éviter de relâcher à l'atmosphère du gaz produit en excès. De préférence, au moins une cloison 4 est prévue à l'intérieur du réservoir pour empêcher que des bulles de vaporisation formées au niveau de l'échangeur 3 immergé ne migrent vers l'orifice alimentant la pompe 8. Comme illustré, cette cloison 4 peut s'étendre par exemple depuis le fond du réservoir 16 source et sur une partie de la hauteur interne du réservoir 16. Cette cloison 4 (ou ces cloisons s'il y en a plusieurs) sont interposées entre l'échangeur 3 immergé et l'orifice du réservoir 16 source relié à l'entrée de la pompe 8.
De plus, cette cloison 4 peut être constituée d'un matériau ayant un coefficient de conduction thermique élevé (et peut être percée par endroit), pour former en plus un échangeur de chaleur permettant d'homogénéiser la température au sein du réservoir 16 source. Ce ou ces échangeurs de chaleur constitués par la ou les cloisons 4 permettent par exemple d'éviter une stratification de température au sein du réservoir 16 source. La ou les cloisons 4 permettent également de ralentir la hausse de pression au sein du réservoir 16.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de remplissage d'un réservoir avec un carburant gazeux liquéfié à une température cryogénique, notamment pour le remplissage de réservoirs cryogéniques d'hydrogène liquide sous pression, le dispositif comprenant un réservoir (16) source de stockage de carburant gazeux à l'état liquide à une température cryogénique, une conduite (9) de soutirage de carburant liquide comprenant une pompe (8), la conduite (9) de soutirage comprenant une extrémité amont raccordée au réservoir (16) source et une extrémité aval comprenant un raccord (11) destiné à être raccordé à un réservoir (15) à remplir, la conduite (9) de soutirage comprenant, en aval de la pompe (8), une portion de dérivation transitant à l'intérieur du réservoir (16) source et comprenant un échangeur (3) de chaleur immergé pour mettre en échange thermique le liquide pompé et le liquide stocké dans le réservoir (16) source, la conduite (9) de soutirage comprenant un système de vanne(s) (13, 14) de dérivation conformé pour contrôler les proportions relatives du fluide pompé transitant et ne transitant pas dans la portion (3) de dérivation, pour réguler la température du liquide soutiré en cours de remplissage et en ce que le dispositif de remplissage comprend un cryo-refroidisseur (5) relié au réservoir (16) source pour liquéfier sélectivement du gaz présent dans le réservoir (16) source, notamment des vapeurs générées par l'échangeur (3) de chaleur de la portion de dérivation et celles générées par la mise en froid et le maintien en froid du dispositif.
  2. 2. Dispositif de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité aval de la conduite (9) de soutirage comprend un capteur (19) de mesure de la température du liquide, le dispositif de remplissage comprenant une logique (20) électronique de commande reliée d'une part au capteur (19) de température et, d'autre part, au système de vanne(s) (13, 14) de dérivation, la logique (20) électronique étant configurée pour d'une part recevoir l'information de température mesurée par le capteur (19) de température et, d'autre part, commander le système de vanne(s) (13, 14) de dérivation, pour réguler la température du liquide à l'extrémité aval de la conduite (9) de soutirage à une valeur déterminée en mitigeant la répartition du liquide pompé entre les voies passant et ne passant pas dans la portion de dérivation.
  3. 3. Dispositif de remplissage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (6) de retour amont comportant une première extrémité reliée à une sortie de la pompe (8) et une seconde 12 extrémité raccordée au réservoir (16) source pour former une boucle de retour de fluide pompé vers le réservoir (16) source pour assurer une mise en froid de la pompe (8) et/ou pour renvoyer dans le réservoir (16) source du gaz vaporisé dans la pompe (8).
  4. 4. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réservoir (16) source comprend une paroi (4) interne interposée entre l'échangeur (3) de chaleur immergé et l'orifice d'aspiration de la pompe (8), pour éviter ou limiter la perturbation du NPSH à l'aspiration de la pompe (8).
  5. 5. Procédé de remplissage d'un réservoir (15) avec un carburant gazeux liquéfié à une température cryogénique, notamment de l'hydrogène liquide, au moyen d'un dispositif de remplissage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réservoir (16) source contient un carburant gazeux à l'état liquide à une température cryogénique 15 comprise entre 20,2 K et 30,4 K et une pression comprise entre 1 et 9 bar absolu et en ce que la température de sortie du fluide en aval de la pompe (8) est maintenue à une température cible prédéterminée comprise entre 21K et 50K, en contrôlant les proportions relatives de fluide pompé transitant et ne transitant pas dans la portion (3) de dérivation.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lorsque la pression dans le réservoir (16) source atteint une valeur haute déterminée comprise entre 6 bar absolu et 9 bar absolu et de préférence égale à 6bar absolu, au moins une partie du liquide pompé est refroidi dans l'échangeur (3) de chaleur immergé de la portion de dérivation.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de régulation de la pression et/ou de la température dans le réservoir (16) source pour maintenir la pression du liquide à l'entrée de la pompe (8) à une valeur déterminée au dessus de la pression de vapeur saturante dudit fluide.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de démarrage d'un remplissage comprenant une mise en marche de la pompe (8) et en ce que, au moins dans l'intervalle de trente minutes précédent la mise en marche de la pompe (8), la pression au sein du réservoir (16) source est augmentée d'une valeur comprise entre 0,5 bar absolu et 1 bar absolu pour augmenter temporairement la marge de pression au dessus de la pression de vapeur saturante du fluide.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'augmentation de pression destinée à augmenter temporairement la marge de pression au dessus de la pression de vapeur saturante du fluide est réalisée en prélevant du fluide du réservoir (16) source, en réchauffant ce 5 fluide prélevé puis en le réinjectant dans le réservoir source (16).
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que, en fin de remplissage du réservoir (15), la pompe (8) est arrêtée et au moins une partie du gaz généré par la vaporisation du liquide dans le réservoir (16) source est reliquéfiée par le cryo- 10 refroidisseur (5).
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une partie du liquide vaporisé dans le dispositif de remplissage est renvoyé dans le réservoir (16) source.
  12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, 15 caractérisé en ce que le dispositif de remplissage comporte un capteur (50) de mesure de la pression dans le réservoir (16) source et en ce que le cryorefroidisseur (5) est commandé pour réaliser une liquéfaction des vapeurs du réservoir (16) source en réponse à un niveau de pression déterminé mesuré par le capteur (50) de pression. 20
  13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en le cryo-refroidisseur (5) est mis en marche uniquement lorsque la pompe (8) est à l'arrêt, pour limiter la puissance électrique du dispositif.
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