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FR3025857A1 - Station de fourniture d'hydrogene - Google Patents

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FR3025857A1
FR3025857A1 FR1458547A FR1458547A FR3025857A1 FR 3025857 A1 FR3025857 A1 FR 3025857A1 FR 1458547 A FR1458547 A FR 1458547A FR 1458547 A FR1458547 A FR 1458547A FR 3025857 A1 FR3025857 A1 FR 3025857A1
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Station de fourniture d'hydrogène, notamment pour le remplissage de réservoirs d'hydrogène, la station comprenant un conteneur (2) formant un volume clos abritant au moins un circuit (3) fluidique d'hydrogène comprenant au moins un stockage (4) d'hydrogène et un organe (5) de pompage ou de compression de l'hydrogène, caractérisée en ce que le conteneur (2) contient également un organe (7) de mise en circulation de l'air contenu dans le conteneur (2) et un organe (8) recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse

Description

1 La présente invention concerne une station de fourniture d'hydrogène. La station de fourniture d'hydrogène peut être notamment une station de remplissage de réservoirs d'hydrogène. L'invention peut concerner notamment tout équipement intégré dans une enceinte confinée qui contient de l'hydrogène L'invention peut concerner notamment toute unité de stockage, de compression et distribution d'hydrogène confinée. L'invention concerne plus particulièrement une station de fourniture d'hydrogène, notamment pour le remplissage de réservoirs d'hydrogène, la station comprenant un conteneur formant un volume clos abritant au moins un circuit fluidique d'hydrogène comprenant au moins un stockage d'hydrogène et un organe de pompage ou de compression de l'hydrogène. Les stations de remplissage de carburant hydrogène pour véhicules à pile à combustible permettent de remplir des réservoirs en quelques minutes à une pression élevée (par exemple 700 bar). Ces stations comportent une unité de distribution, de compression et de stockage d'hydrogène (sous forme gazeuse et/ou liquide). Afin de déplacer facilement et d'installer rapidement de telle stations, ces unités sont souvent intégrées dans des espaces confinés tels que des conteneurs fermés de type ISO ou des bâtiments modulaires préfabriqués (de type cabane en béton par exemple). Ces conteneurs sont généralement formés par un caisson métallique de forme parallélépipédique. Le conteneur de préférence de type ISO peut être muni, dans tous les angles, de pièces de préhension permettant de l'arrimer et de le transborder d'un véhicule à l'autre. Il a de préférence des dimensions normalisées, par exemple de longueur de 20 pieds (9,14 m), 30 pieds ou 40 pieds. En cas de fuite d'hydrogène prévisible, la ventilation du conteneur vers l'extérieur permet d'éviter toute accumulation de l'hydrogène au-delà du seuil de 4% dans l'air, limite basse d'explosivité.
Si une fuite inhabituelle ou non prévisible se produit (par exemple rupture franche de tuyauterie ou d'équipement), une quantité importante d'hydrogène peut créer localement une atmosphère potentiellement explosive contenant plus de 4% d'hydrogène car la ventilation n'est pas adaptée à son évacuation. Il n'est 3025857 2 d'ailleurs pas économique et parfois même impossible (pour des raisons essentiellement climatiques) de prévoir une ventilation qui permette d'évacuer de telles quantités de gaz et qui garantisse ainsi une concentration d'hydrogène à n'importe quel point du conteneur inférieur à 4% dans tous les cas de fuite.
5 Une solution consiste à prévoir une ventilation du conteneur qui aspire de l'air « frais » de l'extérieur (en général depuis un point bas du conteneur) et qui rejette de l'air vers l'extérieur à un point opposé à l'aspiration (en hauteur). Le flux d'air est contrôle par un ventilateur qui aspire l'air du conteneur vers l'extérieur. Le ventilateur positionné en sortie de conteneur créé alors dans ce dernier une 10 légère dépression par rapport à la pression extérieure. Dans les pays froids, ou en cas d'hiver rigoureux, la ventilation d'un conteneur par aspiration de l'air extérieur peut poser des problèmes de températures trop basses dans le conteneur. Pour éviter cela, la ventilation est mise en marche de façon régulée (typiquement quelques minutes par heure) afin 15 d'assurer un renouvellement d'air minimal. Le débit de ventilation global (taux de renouvellement d'air par heure) est déterminé en fonction des fuites prévisibles d'hydrogène. Le débit d'extraction est typiquement de l'ordre de 5 à 10 renouvellements d'atmosphère par heure. En cas de températures extrêmes, ce taux de 20 renouvellement de l'air a une influence directe sur le dimensionnement de l'installation de chauffage ou de climatisation. De plus, en cas d'environnement poussiéreux, il est nécessaire d'installer un filtre à air au niveau du clapet d'aspiration. Ce filtre doit être périodiquement inspecté, nettoyé ou changé ce qui engendre des couts opératoires. De plus, le filtre est susceptible de se boucher ce 25 qui rend la ventilation inefficace. Cette solution, bien qu'acceptée par les normes n'est pas optimale car le système est complètement confiné une grande majorité du temps. De plus, en cas de grand froid, cela nécessite l'installation d'un système de chauffage du conteneur.
30 Au contraire, dans les pays très chauds, ou en cas de températures extrêmes l'été, le même problème se pose car l'atmosphère interne du conteneur doit être refroidie.
3025857 3 Enfin, dans le cas ou le conteneur doit être étanche vis-à-vis de l'extérieur (par exemple si ce conteneur est une enceinte sous-marine), toute prise d'air depuis l'extérieur est impossible. Ainsi, la ventilation du conteneur par prise d'air à l'extérieur pose des 5 problèmes de contrôle de la température intérieure dans des conditions environnementales froides (chauffage) ou chaudes (climatisation), ou de faisabilité pour des installations sous-marines. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
10 A cette fin, la station selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que le conteneur contient également un organe de mise en circulation de l'air contenu dans le conteneur et un organe recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse.
15 Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'organe de mise en circulation de l'air comprend un ventilateur, - l'organe de mise en circulation de l'air est adjacent à l'organe recombineur de l'hydrogène et agencé pour alimenter ce dernier avec un flux d'air, 20 - l'organe recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse comprend un réacteur catalytique, notamment à base de palladium et/ou de platine, configuré pour catalyser la réaction recombinant l'hydrogène gazeux avec l'oxygène en eau, - l'organe recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse comprend une structure en tôle comprenant une ouverture dans lequel l'air circule au travers de 25 plaques recouvertes de catalyseur ou au travers d'un volume rempli de catalyseur sur substrat à base d'alumine, - l'organe recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse comprend un catalyseur, notamment à base de palladium et/ou de platine, configuré pour catalyser la réaction recombinant l'hydrogène gazeux avec l'oxygène en eau, ledit 30 catalyseur étant intégré dans une peinture ou revêtement appliqué sur au moins l'un parmi : un paroi interne du conteneur et/ou sur au moins une partie de la surface de l'un au moins des éléments du circuit fluidique, 3025857 4 - le circuit fluidique d'hydrogène comprend au moins l'un parmi : un ou plusieurs stockages d'hydrogène gazeux sous pression, un ou plusieurs réservoirs stockages d'hydrogène liquide, au moins un compresseur, au moins une pompe, au moins un échangeur de réchauffage et/ou de refroidissement de l'hydrogène, 5 au moins une vanne, - le conteneur délimite un volume clos confiné étanche ou non, - le conteneur est dépourvu de système de ventilation externe prévu pour forcer une ventilation entre l'intérieur et l'extérieur du conteneur, - le conteneur abrite un capteur de température, 10 - la station comporte un organe de génération d'une alerte sonore et/ou visuelle associé au capteur de température pour signaler lorsque la température relevée par le capteur excède un seuil déterminé, - le conteneur abrite un capteur d'oxygène, - la station comporte un organe de génération d'une alerte sonore et/ou 15 visuelle associé au capteur d'oxygène pour signaler lorsque la concentration d'oxygène relevée par le capteur est inférieure un seuil déterminé, - le conteneur délimite un volume clos confiné étanche configuré pour une utilisation sous-marine. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif 20 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 une vue en perspective, schématique et partielle, illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d'une station selon l'invention.
25 La figure représente une station 1 mobile de remplissage de réservoirs d'hydrogène intégrée dans un conteneur 2 rigide formant un volume clos. La station 1 comprend classiquement, dans le conteneur 2, au moins un circuit 3 fluidique d'hydrogène comprenant au moins un stockage 4 d'hydrogène et un organe 5 de pompage ou de compression de l'hydrogène.
30 Plus précisément, le circuit 3 fluidique d'hydrogène peut comprendre classiquement au moins l'un parmi : un ou plusieurs stockages 4 d'hydrogène gazeux sous pression, un ou plusieurs réservoirs stockages 4 d'hydrogène liquide, au moins un compresseur 5, au moins une pompe, au moins un échangeur 6 de 3025857 5 réchauffage et/ou de refroidissement de l'hydrogène, au moins une vanne 9. De même, le circuit 3 comprend classiquement au moins une extrémité munie d'un raccord et destinée à être reliée fluidiquement avec une source d'hydrogène. Le circuit comprend classiquement également au moins une extrémité munie d'un 5 raccord ou d'une buse et destinée à être reliée fluidiquement avec les réservoirs à remplir. Selon une particularité avantageuse, le conteneur 1 abrite également un organe 7 de mise en circulation de l'air contenu dans le conteneur 2 et un organe 8 recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse.
10 C'est-à-dire que, en plus ou de préférence à la place d'un système classique de ventilation externe par une circulation interne d'air, la station 1 comprend recombineur 8 d'hydrogène par catalyse pour réduire ou supprimer la présence d'hydrogène au sein de du volume du conteneur 2. Ainsi, l'organe 7 de mise en circulation de l'air envoie de l'air vers le 15 recombineur 8 d'hydrogène catalytique. En cas de fuite, l'hydrogène est alors recombiné avec l'oxygène en eau. Le recombineur 8 catalytique est par exemple un réacteur catalytique passif (par exemple à base de Palladium et/ou platine sur un substrat d'alumine) fonctionnant à température ambiante permettant de catalyser la réaction 20 exothermique suivante : 2H2+ 02+ 2 H2O. Par exemple, le recombineur 8 d'hydrogène par catalyse peut avoir une structure en tôle dans laquelle l'air circule au travers de plaques recouvertes de catalyseur. Alternativement aux plaques revêtues de catalyseur, l'hydrogène peut être acheminé au travers d'un réservoir rempli de catalyseur sur substrat (alumine 25 notamment sous forme de billes). Un exemple d'un tel équipement est par exemple décrit par la société Areva. Le recombineur d'hydrogène peut aussi comprendreune peinture ou revêtement chargé en catalyseur et directement appliqué sur les parois du conteneur ou les équipements.
30 Cette solution permet donc de supprimer (ou de limiter à un strict minimum) une ventilation aspirant de l'air depuis l'extérieur, nécessitant des ajustements de température par climatisation ou chauffage dans les climats extrêmes et des filtres dans des climats poussiéreux (déserts).
3025857 6 De préférence, l'organe 7 de mise en circulation de l'air est adjacent à l'organe 8 recombineur de l'hydrogène et agencé pour alimenter ce dernier avec un flux d'air. De plus, de préférence, l'organe 7 de mise en circulation de l'air est agencé et orienté de façon à créer un courant de circulation d'air (notamment en 5 boucle) dans le conteneur. L'organe 7 de mise en circulation de l'air peut comprendre un ventilateur. Du fait du caractère très exothermique de la réaction de recombination de l'hydrogène, la fuite peut alors être avantageusement détectée par une augmentation de température via un capteur 10 de température ou autre. La fuite peut aussi être détectée par un capteur 11 d'oxygène qui détecte une 10 baisse de la concentration en oxygène du local. Ceci permet d'éviter de pourvoir l'installation d'un détecteur d'hydrogène coûteux. Cette solution permet d'éviter les apports d'air de l'extérieur (extracteur, ventilation). Les besoins de chauffage et de climatisation sont ainsi réduits.
15 Le système peut ainsi être totalement confiné, comme dans l'exemple d'une installation étanche sous-marine. La solution présente d'autres avantages. En effet, dans le cas d'une fuite extrême, la combustion catalytique de l'hydrogène dans le recombineur 8 va consommer une partie ou l'ensemble de l'oxygène contenu dans le conteneur 2.
20 Ceci va faire baisser le taux d'oxygène en dessous du seuil de déclenchement de feu ou d'incendie, et donc permet d'éviter qu'un éventuel feu d'équipement se déclenche et /ou se propage.. Ce principe est applicable à n'importe quelle installation d'hydrogène contenue dans une enceinte confinée utilisée dans une atmosphère froide et/ou 25 chaude et/ou poussiéreuse ou sous-marine.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Station de fourniture d'hydrogène, notamment pour le remplissage de réservoirs d'hydrogène, la station comprenant un conteneur (2) formant un volume clos abritant au moins un circuit (3) fluidique d'hydrogène comprenant au moins un stockage (4) d'hydrogène et un organe (5) de pompage ou de compression de l'hydrogène, caractérisée en ce que le conteneur (2) contient également un organe (7) de mise en circulation de l'air contenu dans le conteneur (2) et un organe (8) recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse.
  2. 2. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe (7) de mise en circulation de l'air comprend un ventilateur.
  3. 3. Station selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe (7) de mise en circulation de l'air est adjacent à l'organe (8) recombineur de l'hydrogène et agencé pour alimenter ce dernier avec un flux d'air.
  4. 4. Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'organe (8) recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse comprend un réacteur catalytique, notamment à base de palladium et/ou de platine, configuré pour catalyser la réaction recombinant l'hydrogène gazeux avec l'oxygène en eau.
  5. 5. Station de remplissage selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'organe (8) recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse comprend une structure en tôle comprenant une ouverture dans lequel l'air circule au travers de plaques recouvertes de catalyseur ou au travers d'un volume rempli de catalyseur sur substrat à base d'alumine.
  6. 6. Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'organe (8) recombineur de l'hydrogène en eau par catalyse comprend un catalyseur, notamment à base de palladium et/ou de platine, configuré pour catalyser la réaction recombinant l'hydrogène gazeux avec l'oxygène en eau, ledit catalyseur étant intégré dans une peinture ou revêtement appliqué sur au moins l'un parmi : un paroi interne du conteneur (2) et/ou sur au moins une partie de la surface de l'un au moins des éléments du circuit (3) fluidique. 3025857 8
  7. 7. Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le circuit (3) fluidique d'hydrogène comprend au moins l'un parmi : un ou plusieurs stockages (4) d'hydrogène gazeux sous pression, un ou plusieurs réservoirs stockages (4) d'hydrogène liquide, au 5 moins un compresseur (5), au moins une pompe, au moins un échangeur (6) de réchauffage et/ou de refroidissement de l'hydrogène, au moins une vanne (9).
  8. 8. Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le conteneur (2) délimite un volume clos confiné 10 étanche ou non.
  9. 9. Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le conteneur (2) est dépourvu de système de ventilation externe prévu pour forcer une ventilation entre l'intérieur et l'extérieur du conteneur (2). 15
  10. 10.Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le conteneur (2) abrite un capteur (10) de température.
  11. 11.Station de remplissage selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe de génération d'une alerte sonore et/ou visuelle 20 associé au capteur (10) de température pour signaler lorsque la température relevée par le capteur (10) excède un seuil déterminé.
  12. 12.Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le conteneur (2) abrite un capteur (11) d'oxygène. 25
  13. 13. Station de remplissage selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe de génération d'une alerte sonore et/ou visuelle associé au capteur (11) d'oxygène pour signaler lorsque la concentration d'oxygène relevée par le capteur (11) est inférieure un seuil déterminé.
  14. 14. Station de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 13, caractérisée en ce que le conteneur (2) délimite un volume clos confiné étanche configuré pour une utilisation sous-marine.
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