Dispositif de régulation en pression de grands volumes de gaz comprimé sous de fortes pressions.

Abstract

 Dispositif de régulation en pression de grands volumes de gaz comprimé sous de fortes pressions.
Ce dispositif comprend au moins une alimentation en gaz comprimé (5) mettant en pression une enceinte (S1) et au moins une autre enceinte (S2) emboîtée dans cette enceinte S1. Le dispositif comprend des moyens (10, 11, 12) pour réguler la pression dans les différentes enceintes (4, 8, 9) à des valeurs de pression auxquelles les enceintes peuvent mécaniquement résister.
Le dispositif comprend des moyens (6, 7) pour réguler la pression pendant le remplissage des enceintes à des pressions croissantes de l'enceinte la plus extérieure jusqu'à l'enceinte intérieure. Le dispositif comprend en outre des moyens pour réguler la pression pendant le stockage du gaz comprimé dans les différentes enceintes, et des moyens (13) pour réguler la pression pendant le vidage du gaz comprimé depuis les différentes enceintes.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif autorisant la régulation en pression de volumes importants de gaz comprimé dans des réservoirs sous de fortes pressions pendant le remplissage des réservoirs, le stockage dans les réservoirs et le vidage des réservoirs.

[0002] L'air comprimé ou tout autre gaz comprimé peut être stocké et transporté, ou bien utilisé pour faire fonctionner des turbines à air ou à gaz ou des moteurs à air comprimé pour des véhicules terrestres ou marin.

[0003] Stocker de grands volumes de gaz comprimé est également intéressant pour un gaz comme l'hydrogène. On peut le transporter sous forme de gaz comprimé, sa température de liquéfaction étant trop basse et rendant difficile et onéreux un transport sous forme liquide.

[0004] Des volumes importants de gaz comprimés sont également nécessaires pour les moteurs à air comprimé de véhicules terrestres ou marins, volumes qui garantissent une autonomie suffisante des véhicules.

[0005] La présente invention détaille un procédé régulation de pression pendant le remplissage, le stockage et l'utilisation de grand volume d'air ou de tout autre gaz comprimé sous de fortes pressions.

[0006] Il s'agit de réguler la pression des réservoirs de gaz d'un grand volume d'un ordre de grandeur jusqu'à 10000 (dix mille) m3 (mètres cubes) sous des pressions pouvant aller jusqu'à 1000 bars. Il n'existe pas de matériau avec lequel un réservoir constitué d'une seule enveloppe épaisse puisse supporter les contraintes générées par ces pressions pour ces volumes.

[0007] On connaît suivant FR 2 582 071 - A1 un procédé d'enceinte haute pression destiné à des pressions internes élevées, composée de plusieurs enceintes intermédiaires emboîtées les unes dans les autres et séparées par des intervalles remplis par des fluides intermédiaires soumis à des pressions intermédiaires comprises entre le pression interne et la pression extérieure, les pressions intermédiaires allant en diminuant de l'intérieur vers l'extérieur de l'enceinte, le tube extérieur pouvant être autofritté.

[0008] On connaît aussi du document EP-A- 075072 un dispositif multi-parois pour séparer des fluides à des températures ou pressions différentes. Ce dispositif est de section transversale circulaire mais est globalement de forme cylindrique.

[0009] C'est aussi le cas du document GB-A-294943.

[0010] La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients des techniques actuellement connues et propose à cet effet un dispositif à la fois apte à réguler les pressions dans une pluralité de réservoirs intriqués et à résister fortement aux contraintes inhérentes.

[0011] Suivant un mode de réalisation préféré, le dispositif est par ailleurs particulièrement pratique à remplir et à vider, par le biais d'un tuyau unique.

[0012] D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit qui présente seulement un mode de réalisation indicatif de l'invention et non limitatif.

[0013] Auparavant, il est rappelé que l'invention concerne un dispositif de stockage de gaz comprimé comportant une pluralité de réservoirs imbriqués et séparés par des enceintes, ledit dispositif comprenant en outre des moyens de régulation en pression munis de vannes intermédiaires sur au moins deux des enceintes aptes à réguler la pression dans les réservoirs durant les phases de remplissage, de stockage et de vidage des réservoirs caractérisé par le fait que les enceintes sont de forme sphérique.

[0014] Suivant des variantes préférées, ce dispositif est tel que :

• les enceintes sont constituées d'un assemblage de fuseaux sphériques.
• les fuseaux sont en acier et assemblés par soudage.
• il comporte un tuyau d'alimentation traversant les enceintes jusqu'à l'enceinte intérieure, débouchant à l'extérieur du dispositif et communiquant sélectivement avec les réservoirs au moyens de vannes.
• le tuyau d'alimentation comporte au moins une vanne de remplissage de réservoir
• le tuyau d'alimentation comporte au moins une vanne de vidage de réservoir
• au moins une des vannes est actionnée par un moyen choisi parmi un ressort mécanique, un piston pneumatique, un piston hydraulique, une électrovanne.

[0015] Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément.

[0016] La figure 1 montre partiellement en coupe un dispositif sphérique avec 3 enceintes sphériques.

[0017] Pour un réservoir de grand volume, fabriqué suivant ce principe d'enceintes intermédiaires, en acier ou matériaux composites qui peuvent être de grande diffusion ou à haute performance, on veut remplir les différents volumes des différentes enceintes avec du gaz comprimé aux différentes pressions intermédiaires imposées par les résistances maximum que peuvent supporter chacune des enceintes.

[0018] Pour minimiser les efforts à la surface du réservoir et répartir les efforts de manière homogène, le choix d'une forme sphérique pour le réservoir peut être préféré, mais toutes les surfaces fermées symétriques constituent naturellement un volume utilisable par la présente invention.

[0019] Suivant l'invention, on garantit la montée, la tenue et le vidage aux pressions souhaitées dans chacune des enceintes.

[0020] L'arrivée d'air se fait au travers d'un orifice qui traverse de manière étanche les enveloppes des différentes enceintes jusqu'à l'enceinte centrale. Si on appelle P1 la pression souhaitée de l'enceinte centrale, la pression du gaz dans l'orifice d'arrivée est également de P1. La régulation en pression est pilotée automatiquement par des soupapes. Ces soupapes garantissent que pour chaque enceinte, la différence de pression entre la face externe et la face interne reste inférieure ou égale à la pression maximale autorisée et autorisent également le remplissage des différentes enceintes aux pressions souhaitées.

[0021] Selon le schéma n°1 figurant en annexe, qui est une coupe transversale d'une enceinte sphérique constituée par 3 enceintes sphériques intermédiaires S1 , S2, S3 s'emboîtant les unes dans les autres, les pressions dans les enceintes sont respectivement P1, P2, P3 avec P1 > P2 > P3. L'enceinte sphérique S3 a sa surface extérieure (4) à la pression extérieure. Les rayons des sphères sont respectivement R1, R2, R3 avec R3 > R2 > R1, les différences entre les rayons respectifs permettant les emboîtements des sphères augmentées des renforts structuraux placés en surface.

[0022] L'arrivée d'air se fait par l'intermédiaire d'un tuyau d'alimentation (5) fournissant du gaz à la pression P1. Ce tuyau d'alimentation (5) alimente directement en gaz à la pression P1 l'enceinte S1. Ce tuyau d'alimentation (5) alimente également en gaz à la pression P1 l'enceinte S2 par l'intermédiaire d'une vanne de remplissage (6). Ce tuyau d'alimentation (5) alimente enfin en gaz à la pression P1 l'enceinte S3 par l'intermédiaire d'une seconde vanne de remplissage (7).

[0023] Ces vannes (6) et (7) sont des vannes actionnées soit mécaniquement par au moins un ressort, soit hydrauliquement par l'intermédiaire d'au moins 1 vérin, soit électriquement par l'intermédiaire d'au moins 1 électrovanne.

[0024] La vanne (7) est tarée pour permettre le passage de l'air du tuyau d'alimentation (5) à la pression P1 jusqu'à l'enceinte S3 et stopper le passage de l'air dès que la pression dans l'enceinte S3 est supérieure à la pression souhaitée P3. La différence de pression à laquelle est soumise la face extérieure de l'enceinte S3 (4) est inférieure ou égale à (P3-Pextérieure).

[0025] Pendant le remplissage des enceintes, la pression augmente. La vanne (6) est tarée pour permettre le passage de l'air du tuyau d'alimentation (5) à la pression P1 jusqu'à l'enceinte S2 et stopper le passage de l'air dès que la pression dans l'enceinte S2 est supérieure à la pression souhaitée P2. La différence de pression à laquelle est soumise la face extérieure de l'enceinte S2 (8) est inférieure ou égale à (P2-P3).

[0026] Dès que la pression dans l'enceinte S1 atteint la pression P1, l'alimentation de l'arrivée d'air est coupée. La différence de pression à laquelle est soumise la face extérieure de l'enceinte S1 (9) est inférieure ou égale à (P1-P2) et les enceintes sont alors aux pressions respectives souhaitées P1, P2 et P3.

[0027] Le remplissage de l'enceinte est donc fait graduellement et de manière à ce que chacune des enceintes soit soumise à une différence de pression entre sa surface extérieure et sa surface intérieure toujours inférieure ou égale à la pression imposée par les résistances maximum que peut supporter cette enceinte.

[0028] Les enceintes sont donc régulées en pression pendant le remplissage.

[0029] On comprend aisément que la combinaison de vannes intermédiaires (10, 11, 12) et de vannes communiquant avec le tuyau (5) est avantageuse car elle permet d'obtenir de façon très souple toutes les configurations de fonctionnement.

[0030] Pour garantir la tenue en pression de chacune des enceintes, on place sur chacune de ces enceintes au moins une vanne de sécurité Vs qui permet le passage de l'air de chacune des enceintes vers l'enceinte directement extérieure et adjacente. Ainsi, une vanne Vs1 (10) permet le passage du gaz depuis l'enceinte S1 dans l'enceinte S2. Une vanne Vs2 (11) permet le passage du gaz depuis l'enceinte S2 dans l'enceinte S3 et une vanne Vs3 (12) permet le passage du gaz depuis l'enceinte S3 dans l'enceinte extérieure.

[0031] Ces vannes sont tarées pour autoriser le passage du gaz décrit dès que la pression dans chacune des enceintes est supérieure à la pression souhaitée. Ainsi, une surpression ΔP1 dans l'enceinte S1 par rapport à la pression de consigne P1 va faire actionner l'ensemble de vanne de sécurité Vs1 (10) et laisser passer le gaz de l'enceinte S1 à l'enceinte S2. Ceci va générer une surpression ΔP2 dans l'enceinte S2 par rapport à la pression de consigne P2 et ainsi faire actionner la vanne de sécurité Vs2 (11). Un comportement analogue des vannes de sécurité situées sur toutes les enceintes permettra une évacuation des surpressions éventuelles dans chacune des enceintes.

[0032] Les enceintes sont donc régulées en pression pendant le remplissage et pendant le stockage.

[0033] Pour le vidage des enceintes, le gaz compris dans l'enceinte centrale S1 est d'abord utilisé. Pour éviter que les enceintes soient soumises à des différences de pression supérieures à la pression maximum autorisée, les enceintes autres que l'enceinte centrale S1 sont également vidées à l'exception de l'enceinte externe. Pour vider ces enceintes internes, on utilise dans chacune des enceintes internes comprises entre l'enceinte centrale et l'enceinte la plus extérieure au moins une vanne de vidage Vv (13). Cette vanne de vidage autorise le passage du gaz entre cette enceinte et le tuyau d'évacuation (5) qui est pris identique au tuyau d'alimentation (5).

[0034] Dès que la pression dans l'enceinte S1 a décrut jusqu'à la pression P2 de l'enceinte S2, la vanne Vv (13) s'ouvre et autorise l'enceinte S2 à se vider dans le tuyau d'évacuation.

[0035] Les enceintes S1 et S2 vont continuer à se vider selon la demande jusqu'à avoir une pression interne supérieure ou égale à la pression P3 de l'enceinte S3.

[0036] Les enceintes sont donc régulées en pression pendant le remplissage, pendant le stockage et pendant le vidage.

Revendications

1. Dispositif de stockage de gaz comprimé comportant une pluralité de réservoirs (S1, S2, S3) imbriqués et séparés par des enceintes (4, 8, 9), ledit dispositif comprenant en outre des moyens de régulation en pression munis de vannes intermédiaires (10, 11, 12) sur au moins deux des enceintes (4, 8 ,9) aptes à réguler la pression dans les réservoirs (S1, S2, S3) durant les phases de remplissage, de stockage et de vidage des réservoirs (S1, S2, S3)
Caractérisé par le fait que :

Les enceintes (4, 8, 9) sont de forme sphérique.

2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les enceintes (4, 8, 9) sont constituées d'un assemblage de fuseaux sphériques.

3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel les fuseaux sont en acier et assemblés par soudage.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant un tuyau d'alimentation (5) traversant les enceintes (4, 8, 9) jusqu'à l'enceinte intérieure (9), débouchant à l'extérieur du dispositif et communiquant sélectivement avec les réservoirs (S1, S2, S3) au moyens de vannes.

5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel le tuyau d'alimentation (5) comporte au moins une vanne (6, 7) de remplissage de réservoir (S1, S2, S3)

6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5 dans lequel le tuyau d'alimentation (5) comporte au moins une vanne (13) de vidage de réservoir (S1, S2, S3)

7. Dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 6, dans lequel au moins une des vannes est actionnée par un moyen choisi parmi un ressort mécanique, un piston pneumatique, un piston hydraulique, une électrovanne.

Dessins