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Title:
THERMAL MANAGEMENT METHOD FOR AN AMMONIA STORAGE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/136281
Kind Code:
A1
Abstract:
This ammonia storage system for a vehicle (2) is characterised in that it comprises: - at least one starter cartridge (8) for storing ammonia in absorbed form in a starter salt; - at least one main cartridge (10) for storing ammonia in absorbed form in a main salt, the starter salt having an ammonia desorption temperature greater than an ammonia desorption temperature of the main salt; - a heater (34) for heating the starter cartridge; - an ammonia consumption member (6); - at least one heat exchange fluid circulation line (22), which is arranged to allow a heat exchange between, on the one hand, the heat exchange fluid and, on the other hand, the starter cartridge (8), the main cartridges (10) and the member (6); and - an ammonia circulation pipe (12), which connects the starter cartridge (8), the main cartridges (10) and the member (6).

Inventors:
DEDEURWAERDER JURGEN (BE)
Application Number:
PCT/EP2021/086811
Publication Date:
June 30, 2022
Filing Date:
December 20, 2021
Export Citation:
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Assignee:
PLASTIC OMNIUM ADVANCED INNOVATION & RES (BE)
International Classes:
F01N3/20; C01C1/00; H01M8/04082
Foreign References:
EP2181963B12018-12-12
EP2520777A12012-11-07
FR2991380A12013-12-06
EP2181963B12018-12-12
Attorney, Agent or Firm:
LLR (FR)
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Claims:
Revendications

[Revendication 1] Procédé de gestion thermique dans un système de stockage d’ammoniac (2 ; 2’) pour véhicule, caractérisé en ce que le système comprend :

- au moins une cartouche, dite de démarrage (8), de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel de démarrage,

- au moins une cartouche, dite principale (10), de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel principal, le sel de démarrage présentant une température de désorption d’ammoniac supérieure à une température de désorption d’ammoniac du sel principal, ce à une pression donnée,

- un chauffeur (34) agencé pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage (8) de manière à désorber l’ammoniac stocké dans le sel de démarrage,

- un organe de consommation d’ammoniac (6),

- au moins une ligne de circulation de fluide caloporteur (22) agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, le fluide caloporteur, et, d’autre part, l’au moins une cartouche de démarrage (8), l’au moins une cartouche principale (10) et l’organe de consommation d’ammoniac (6), et

- une conduite de circulation d’ammoniac (12) connectant l’au moins une cartouche de démarrage (8), l’au moins une cartouche principale (10) et l’organe de consommation d’ammoniac (6), dans lequel on met en œuvre les étapes suivantes :

- dans un régime de démarrage, on active le chauffeur (34) pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage (8), on limite la circulation de fluide caloporteur vers l’au moins une cartouche de démarrage (8), et on fait circuler le fluide caloporteur dans la ligne (22) pour chauffer l’au moins une cartouche principale (10), puis

- dans un régime d’alimentation, on désactive le chauffeur (34), on continue de faire circuler le fluide caloporteur dans la ligne (22) pour chauffer l’au moins une cartouche principale (10) et on permet la circulation de l’ammoniac dans la conduite (12) vers l’au moins une cartouche de démarrage (8). [Revendication 2] Procédé de gestion thermique selon la revendication précédente, dans lequel, le système de stockage d’ammoniac (2 ; 2’) comprenant en outre un capteur de pression (16) dans la conduite de circulation d’ammoniac (12), on effectue le passage du régime de démarrage au régime d’alimentation lorsque le capteur de pression (16) mesure une pression en ammoniac supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple 2 ou 3 bar.

[Revendication 3] Procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on met en œuvre l’étape suivante :

- dans un régime de pic d’alimentation, on active le chauffeur (34) pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage (8), on limite la circulation du fluide caloporteur vers l’au moins une cartouche de démarrage (8), et on continue de faire circuler le fluide caloporteur dans la ligne (22) pour chauffer l’au moins une cartouche principale (10).

[Revendication 4] Procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le chauffeur (34) comprend un chauffeur à induction.

[Revendication 5] Procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel pendant le régime d’alimentation, on fait en outre circuler le fluide caloporteur dans l’au moins une cartouche de démarrage (8) pour la refroidir, le fluide caloporteur présentant une température comprise entre la température de désorption d’ammoniac du sel principal et la température de désorption d’ammoniac du sel de démarrage à la pression donnée.

[Revendication 6] Procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le système de stockage d’ammoniac (2’) comprend :

- une première ligne de circulation de fluide caloporteur (22a), agencée pour permettre un échange de calories entre le fluide caloporteur et l’au moins une cartouche de démarrage (8), et

- une seconde ligne de circulation de fluide caloporteur (22b), agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, le fluide caloporteur, et, d’autre part, l’au moins une cartouche principale (10) et l’organe de consommation d’ammoniac (6), - 15 - le système de stockage d’ammoniac (2’) comprenant en outre un échangeur de chaleur (44) agencé pour permettre un échange de calories entre le fluide caloporteur de la première ligne (22a) et le fluide caloporteur de la seconde ligne (22b), de préférence sans mélanger les fluides caloporteurs des deux lignes.

[Revendication 7] Procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, mis en œuvre à bord d’un véhicule (4).

[Revendication 8] Système de stockage d’ammoniac pour véhicule (2 ; 2’), caractérisé en ce qu’il comprend :

- au moins une cartouche, dite de démarrage (8), de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel de démarrage,

- au moins une cartouche, dite principale (10), de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel principal,

- un chauffeur (34) agencé pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage de manière à désorber l’ammoniac stocké dans le sel de démarrage,

- un organe de consommation d’ammoniac (6), et

- une conduite de circulation d’ammoniac (12) connectant l’au moins une cartouche de démarrage (8), l’au moins une cartouche principale (10) et l’organe de consommation d’ammoniac (6), caractérisé en ce qu’il comprend en outre :

- au moins une ligne de circulation de fluide caloporteur (22) agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, le fluide caloporteur, et, d’autre part, l’au moins une cartouche de démarrage (8), l’au moins une cartouche principale (10) et l’organe de consommation d’ammoniac (6), et en ce que le sel de démarrage présente une température de désorption d’ammoniac supérieure à une température de désorption d’ammoniac du sel principal, ce à une pression donnée.

[Revendication 9] Système de stockage d’ammoniac (2 ; 2’) selon la revendication précédente, comprenant en outre une unité de commande (40) agencée pour mettre en œuvre un procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.

[Revendication 10] Système de stockage d’ammoniac (2) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le chauffeur (34) comprend un tuyau (36) réalisé dans - 16 - un matériau conducteur d’électricité, de préférence un matériau ferromagnétique, le tuyau (36) étant configuré pour :

- être chauffé par induction, et

- former un tronçon de la ligne de circulation de fluide caloporteur (22).

[Revendication 11] Véhicule automobile (4) comprenant un système de stockage d’ammoniac (2 ; 2’) selon l’une quelconque des revendications 8 à 10.

Description:
Description

Titre de l’invention : Procédé de gestion thermique d’un système de stockage d’ammoniac

L’invention concerne la gestion thermique dans un système de stockage d’ammoniac à bord d’un véhicule. Plus particulièrement, l’invention concerne un système de stockage d’ammoniac pour véhicule et un procédé de gestion thermique d’un tel système.

L’ammoniac peut remplir plusieurs fonctions à bord d’un véhicule automobile. Parmi les plus répandues, on peut citer son utilisation en tant que vecteur d’énergie pour une pile à combustible fonctionnant directement avec de l’ammoniac ou bien fonctionnant avec du dihydrogène, auquel cas l’ammoniac doit être craqué avant d’alimenter la pile. On peut également citer la réduction catalytique des gaz d’échappement dans les véhicules à moteur thermique.

Afin de stocker l’ammoniac à bord du véhicule, il est connu de le stocker sous forme gazeuse absorbé dans ou adsorbé sur un sel dans des cartouches de stockage. Il s’agit d’une méthode sûre de stockage d’ammoniac. L’ammoniac doit donc être désorbé avant de pouvoir être consommé. Le document EP 2 181 963 B1 divulgue un système de stockage d’ammoniac selon le préambule de la revendication 8. Pour des raisons de concision, dans le contexte de la description de la présente invention, on utilisera les termes absorber et désorber pour désigner respectivement le stockage et la libération de l'ammoniac gazeux sur ou à partir d'un sel, que ce stockage intervienne par absorption ou adsorption.

La réaction de désorption de l’ammoniac étant endothermique, il est nécessaire de chauffer les cartouches de stockage afin de permettre la désorption d’ammoniac. A cette fin, il est connu de chauffer, par exemple à l’aide d’un fluide caloporteur, les cartouches lorsque le véhicule a besoin de consommer de l’ammoniac. Néanmoins, du fait de l’inertie des transferts de chaleur nécessaires pour la désorption de l’ammoniac dans les cartouches, l’ammoniac peut ne pas être désorbé suffisamment rapidement, ce qui peut avoir des conséquences néfastes sur le fonctionnement du véhicule, par exemple dans le cas où l’ammoniac sert à alimenter une pile à combustible lors d’un démarrage du véhicule.

L’invention a notamment pour but de remédier à ce problème en permettant une désorption rapide d’ammoniac, notamment lors d’un démarrage du véhicule.

A cet effet, on prévoit selon l’invention un procédé de gestion thermique dans un système de stockage d’ammoniac pour véhicule, dans lequel le système comprend : - au moins une cartouche, dite de démarrage, de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel de démarrage,

- au moins une cartouche, dite principale, de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel principal, le sel de démarrage présentant une température de désorption d’ammoniac supérieure à une température de désorption d’ammoniac du sel principal, ce à une pression donnée,

- un chauffeur agencé pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage de manière à désorber l’ammoniac stocké dans le sel de démarrage,

- un organe de consommation d’ammoniac, comprenant par exemple une pile à combustible,

- au moins une ligne de circulation de fluide caloporteur agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, le fluide caloporteur, et, d’autre part, l’au moins une cartouche de démarrage, l’au moins une cartouche principale et l’organe de consommation d’ammoniac, et

- une conduite de circulation d’ammoniac connectant l’au moins une cartouche de démarrage, l’au moins une cartouche principale et l’organe de consommation d’ammoniac, dans lequel on met en œuvre les étapes suivantes :

- dans un régime de démarrage, on active le chauffeur pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage, on limite la circulation de fluide caloporteur vers l’au moins une cartouche de démarrage, et on fait circuler le fluide caloporteur dans la ligne pour chauffer l’au moins une cartouche principale, puis

- dans un régime d’alimentation, on désactive le chauffeur, on continue de faire circuler le fluide caloporteur dans la ligne pour chauffer l’au moins une cartouche principale et on permet la circulation de l’ammoniac dans la conduite vers l’au moins une cartouche de démarrage.

Ainsi le système de stockage comprend au moins une cartouche de démarrage équipée d’un chauffeur permettant une chauffe rapide de cette cartouche et une rapide désorption d’ammoniac pour alimenter l’organe de consommation le temps que l’au moins une cartouche principale commence à désorber de l’ammoniac.

Pendant le régime d’alimentation, une partie de l’ammoniac libéré par l’au moins une cartouche principale sert à remplir l’au moins une cartouche de démarrage. En effet, le chauffeur ayant été désactivé, la température dans l’au moins une cartouche de démarrage descend en-dessous de la température de désorption du sel de démarrage lors du régime d’alimentation, notamment grâce à la circulation de fluide caloporteur qui présente pendant le régime d’alimentation une température comprise entre la température de désorption d’ammoniac du sel principal et celle du sel de démarrage à la pression donnée. Le sel de démarrage de l’au moins une cartouche de démarrage peut alors absorber l’ammoniac provenant de l’au moins une cartouche principale. Ainsi, l’au moins une cartouche de démarrage est opérationnelle pour le prochain démarrage du véhicule.

Par ailleurs, le fait que, pendant le régime d’alimentation, le fluide caloporteur soit configuré pour à la fois chauffer l’au moins une cartouche principale et refroidir l’au moins une cartouche de démarrage, permet aux calories fournies par le chauffeur à l’au moins une cartouche de démarrage lors du régime de démarrage d’être redistribuée par le fluide caloporteur à l’au moins une cartouche principale lors du régime d’alimentation. On optimise ainsi le bilan énergétique du procédé de gestion thermique.

Avantageusement, l’au moins une cartouche de démarrage présente une capacité de stockage d’ammoniac inférieure à une capacité de stockage d’ammoniac de l’au moins une cartouche principale.

On accélère ainsi d’autant plus la désorption d’ammoniac dans l’au moins une cartouche de démarrage.

Avantageusement, le système de stockage d’ammoniac comprend en outre un capteur de pression dans la conduite de circulation d’ammoniac, et on effectue le passage du régime de démarrage au régime d’alimentation lorsque le capteur de pression mesure une pression en ammoniac supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple 2 ou 3 bar.

Le changement de régime peut ainsi être piloté en fonction des mesures du capteur de pression, ce qui est simple à mettre en place.

Avantageusement, on met également en œuvre l’étape suivante :

- dans un régime de pic d’alimentation, on active le chauffeur pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage, on limite la circulation du fluide caloporteur vers l’au moins une cartouche de démarrage, et on continue de faire circuler le fluide caloporteur dans la ligne pour chauffer l’au moins une cartouche principale.

L’invention permet ainsi également de pouvoir répondre à un pic momentané de consommation d’ammoniac par l’organe de consommation. En d’autres termes, l’au moins une cartouche de démarrage sert aussi bien de tampon pour un démarrage du véhicule que de réservoir complémentaire d’ammoniac qui peut libérer de l’ammoniac très rapidement.

Avantageusement, le chauffeur comprend un chauffeur à induction.

Ce type de chauffeur est adapté pour chauffer rapidement l’au moins une cartouche de démarrage.

Avantageusement, le sel de démarrage comprend du chlorure de magnésium ou du chlorure de manganèse ou un mélange de ceux-ci. Avantageusement, le sel principal comprend du chlorure de calcium ou du chlorure de strontium ou un mélange de ceux-ci.

Ces sels présentent des températures de désorption suffisamment éloignées entre elles, ce qui permet d’augmenter l’efficacité des transferts thermiques entre le fluide caloporteur et les cartouches, que ce soit pour refroidir l’au moins une cartouche de démarrage ou pour chauffer l’au moins une cartouche principale.

Selon un mode de réalisation de l’invention, pendant le régime d’alimentation, on fait en outre circuler le fluide caloporteur dans l’au moins une cartouche de démarrage pour la refroidir, le fluide caloporteur présentant une température comprise entre la température de désorption d’ammoniac du sel principal et la température de désorption d’ammoniac du sel de démarrage à la pression donnée.

Le fluide caloporteur peut ainsi simultanément, lors du régime d’alimentation, refroidir l’au moins une cartouche de démarrage afin qu’elle puisse absorber de l’ammoniac en vue du prochain démarrage ou du prochain pic de consommation, et chauffer l’au moins une cartouche principale pour désorber l’ammoniac en vue d’alimenter l’organe de consommation d’ammoniac. Cela permet de simplifier l’organisation des transferts thermiques dans le système de stockage, et donc de simplifier la structure de ce système et notamment de la ligne de circulation du fluide caloporteur. De plus, on comprend que l’énergie thermique fournie à l’au moins une cartouche de démarrage par le chauffeur pendant le régime de démarrage n’est pas perdue puisqu’elle sert à réchauffer le fluide caloporteur pendant le régime d’alimentation qui va lui-même chauffer l’au moins une cartouche principale. Cela permet donc d’optimiser la consommation énergétique du système de stockage.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système de stockage d’ammoniac comprend :

- une première ligne de circulation de fluide caloporteur, agencée pour permettre un échange de calories entre le fluide caloporteur et l’au moins une cartouche de démarrage, et

- une seconde ligne de circulation de fluide caloporteur, agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, le fluide caloporteur, et, d’autre part, l’au moins une cartouche principale et l’organe de consommation d’ammoniac, le système de stockage d’ammoniac comprenant en outre un échangeur de chaleur agencé pour permettre un échange de calories entre le fluide caloporteur de la première ligne et le fluide caloporteur de la seconde ligne, de préférence sans mélanger les fluides caloporteurs des deux lignes.

L’invention permet ainsi la gestion thermique séparée de l’au moins une cartouche de démarrage et de l’au moins une cartouche principale, tout en évitant les pertes d’énergie thermique grâce à l’échangeur de chaleur. De plus, on comprend que l’énergie thermique fournie à l’au moins une cartouche de démarrage par le chauffeur pendant le régime de démarrage n’est pas perdue puisqu’elle sert à réchauffer le fluide caloporteur de la première ligne pendant le régime d’alimentation qui va lui-même chauffer le fluide caloporteur de la seconde ligne, au moyen de l’échangeur de chaleur, et donc indirectement l’au moins une cartouche principale. Cela permet donc d’optimiser la consommation énergétique du système de stockage.

Avantageusement, le procédé est mis en œuvre à bord d’un véhicule.

On prévoit également selon l’invention un système de stockage d’ammoniac pour véhicule qui comprend :

- au moins une cartouche, dite de démarrage, de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel de démarrage,

- au moins une cartouche, dite principale, de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel principal, le sel de démarrage présentant une température de désorption d’ammoniac supérieure à une température de désorption d’ammoniac du sel principal, ce à une pression donnée,

- un chauffeur agencé pour chauffer l’au moins une cartouche de démarrage de manière à désorber l’ammoniac stocké dans le sel de démarrage,

- un organe de consommation d’ammoniac,

- au moins une ligne de circulation de fluide caloporteur agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, le fluide caloporteur, et, d’autre part, l’au moins une cartouche de démarrage, l’au moins une cartouche principale et l’organe de consommation d’ammoniac, et

- une conduite de circulation d’ammoniac connectant l’au moins une cartouche de démarrage, l’au moins une cartouche principale et l’organe de consommation d’ammoniac.

Avantageusement, le système de stockage comprend en outre une unité de commande agencée pour mettre en œuvre un procédé de gestion thermique tel que décrit dans ce qui précède.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le chauffeur comprend un tuyau réalisé dans un matériau conducteur d’électricité, de préférence un matériau ferromagnétique, le tuyau étant configuré pour :

- être chauffé par induction, et

- former un tronçon de la ligne de circulation de fluide caloporteur.

Préférentiellement, la partie extérieure de l’au moins une cartouche de démarrage formant contenant, en d’autres termes l’enveloppe de l’au moins une cartouche de démarrage, est réalisée dans un matériau non susceptible d’être chauffé par induction, tel que du plastique.

On prévoit aussi selon l’invention un véhicule automobile comprenant un système de stockage d’ammoniac tel que décrit dans ce qui précède.

Brève description des figures

L'invention va maintenant être présentée à l’appui de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

[Fig. 1] la figure 1 est un schéma illustrant un système de stockage d’ammoniac pour véhicule selon un premier mode de réalisation de l’invention,

[Fig. 2] la figure 2 est une vue générale à plus grande échelle d’une cartouche de démarrage du système de stockage d’ammoniac de la figure 1 , et

[Fig. 3] la figure 3 est un schéma illustrant un système de stockage d’ammoniac pour véhicule selon un second mode de réalisation de l’invention.

Description détaillée

On a représenté en figure 1 un système de stockage d’ammoniac 2 pour un véhicule 4 selon un premier mode de réalisation de l’invention.

Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend un organe de consommation d’ammoniac 6. Il s’agit d’un organe du véhicule 4 qui doit être alimenté en ammoniac pour fonctionner. Il peut d’agir d’une pile à combustible du type à ammoniac, ou bien d’une pile à combustible du type à hydrogène doté d’un module de craquage configuré pour craquer de l’ammoniac en un mélange gazeux comprenant du dihydrogène. Il peut également s’agir d’un organe de réduction catalytique des gaz d’échappement du véhicule. Ces différents types d’organes de consommation d’ammoniac étant connus, ils ne seront pas décrits davantage dans ce qui suit.

Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend au moins une cartouche, dite cartouche de démarrage 8, de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel de démarrage. Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend ici une seule cartouche de démarrage 8, mais on peut prévoir que le système de stockage d’ammoniac comprenne plusieurs cartouches de démarrage, par exemple deux ou plus. La cartouche de démarrage 8 permet le stockage de l’ammoniac sous forme gazeuse. A cet effet, la cartouche de démarrage 8 comprend une matrice portant le sel de démarrage, l’ammoniac étant absorbé dans le sel de démarrage. Ici, le sel de démarrage comprend du chlorure de magnésium ou du chlorure de manganèse ou un mélange de ceux-ci. Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend au moins une cartouche, dite cartouche principale 10, de stockage d’ammoniac sous forme absorbée dans un sel, dit sel principal. Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend ici deux cartouches principales 10, mais on peut prévoir que le système de stockage d’ammoniac comprenne un nombre plus élevé de cartouches principales. Les cartouches principales 10 permettent le stockage de l’ammoniac sous forme gazeuse. A cet effet, les cartouches principales 10 comprennent chacune une matrice portant le sel principal, l’ammoniac étant absorbé dans le sel principal. Ici, le sel principal comprend du chlorure de calcium ou du chlorure de strontium ou un mélange de ceux-ci. Le sel de démarrage présente une température de désorption d’ammoniac Td supérieure à une température de désorption d’ammoniac du sel principal T p , ce à une pression donnée, par exemple 2 ou 3 bar. L’intérêt de cette propriété sera expliqué plus loin.

Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend une conduite de circulation d’ammoniac 12 connectant la cartouche de démarrage 8, les cartouches principales 10 et l’organe de consommation d’ammoniac 6. La conduite de circulation d’ammoniac 12 permet à l’ammoniac libéré par la cartouche de démarrage 8 et les cartouches principales 10 d’être acheminé vers l’organe de consommation d’ammoniac 6.

La conduite de circulation d’ammoniac 12 comprend une unité de dosage 14 qui permet de doser la quantité d’ammoniac qui est acheminée des cartouches 8, 10 en direction de l’organe de consommation d’ammoniac 6. La conduite de circulation d’ammoniac 12 comprend en outre un capteur de pression 16 qui permet la mesure de la pression en ammoniac dans la conduite de circulation d’ammoniac 12.

La conduite de circulation d’ammoniac 12 comprend, à la sortie en ammoniac de la cartouche de démarrage 8, une vanne tout ou rien 18a configurée pour être électriquement commandable. La vanne tout ou rien 18a peut occuper une position ouverte dans laquelle elle permet le passage d’ammoniac à travers la vanne dans les deux sens, et une position fermée dans laquelle elle empêche le passage d’ammoniac à travers la vanne dans les deux sens.

La conduite de circulation d’ammoniac 12 comprend une soupape passive 20 à la sortie en ammoniac de chacune des cartouches principales 10. Par le terme « passive », on entend que la soupape fonctionne sans être alimentée en énergie et sans être commandée par un organe prévu à cet effet. Chaque soupape passive 20 est configurée pour empêcher l’ammoniac présent dans la conduite de circulation d’ammoniac 12 d’entrer dans la cartouche principale 10 à laquelle elle est connectée. Chaque soupape passive 20 est configurée pour permettre le passage de l’ammoniac de la cartouche principale 10 à laquelle elle est connectée vers la conduite de circulation d’ammoniac 12 lorsque la pression en ammoniac dans ladite cartouche principale 10 est suffisamment élevée.

Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend une ligne de circulation de fluide caloporteur 22 agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, un fluide caloporteur, et, d’autre part, la cartouche de démarrage 8, les cartouches principales 10 et l’organe de consommation d’ammoniac 6. Sur la figure 1 , les flèches indiquent le sens de circulation du fluide caloporteur dans la ligne de circulation 22.

La ligne de circulation de fluide caloporteur 22 comprend une vanne à quatre ports 24 délimitant quatre tronçons. Le premier tronçon 26 correspond à la sortie en fluide caloporteur de l’organe de consommation d’ammoniac 6. Le deuxième tronçon 28 correspond à l’entrée en fluide caloporteur de la cartouche de démarrage 8. Le troisième tronçon 30 correspond à l’entrée en fluide caloporteur des cartouches principales 10. Pour chaque cartouche principale 10, le troisième tronçon 28 comprend une vanne tout à rien 18b configurée pour être électriquement commandable. Le troisième tronçon 30 est en outre alimenté par la sortie en fluide caloporteur de la cartouche de démarrage 8. Le quatrième tronçon 32 correspond à une entrée en fluide caloporteur de l’organe de consommation d’ammoniac 6. Le quatrième tronçon 32 est en outre alimenté par la sortie en fluide caloporteur des cartouches principales 10.

La figure 2 illustre l’agencement de la cartouche de démarrage 8 dans le système de stockage d’ammoniac 2. Comme cela est représenté sur cette figure, le système de stockage d’ammoniac 2 comprend un chauffeur 34 configuré pour chauffer la cartouche de démarrage 8 de manière à désorber l’ammoniac stocké dans le sel de démarrage. Le chauffeur 34 est ici un chauffeur du type à induction. Il comprend un tuyau 36 réalisé dans un matériau conducteur d’électricité, ici un matériau ferromagnétique, connecté à une source de courant alternatif 38. Le tuyau 36 est enroulé sous forme de spires autour de la cartouche de démarrage 8. En chauffant par induction le tuyau 36 de manière connue en soi, on chauffe également la cartouche de démarrage 8. Une enveloppe externe de la cartouche de démarrage 8 est réalisée en plastique afin qu’elle ne soit pas chauffée par induction. Le tuyau 36 est connecté à une alimentation en fluide de refroidissement configurée pour refroidir le tuyau 36 lorsqu’on arrête de le chauffer par induction.

Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le tuyau 36 est connecté à la ligne de circulation de fluide caloporteur 22 de sorte qu’il forme un tronçon de celui-ci. Le tuyau 36 forme alors à la fois une source de chaleur, par induction, et un échangeur de chaleur, en tant que tronçon de la ligne de circulation de fluide caloporteur 22. En d’autres termes, le chauffeur 34 peut aussi bien fournir des calories à la cartouche de démarrage 8 qu’absorber des calories de la cartouche de démarrage 8. Cela contribue à réduire le nombre d’éléments constituant le système de stockage d’ammoniac 2 et donc à faciliter sa conception ainsi qu’à réduire son coût de fabrication.

Le système de stockage d’ammoniac 2 comprend une unité de commande 40 configurée pour commander le fonctionnement des éléments du système de stockage d’ammoniac 2, notamment celui de l’unité de dosage 14, des vannes tout ou rien 18a, 18b et du chauffeur 34.

On va maintenant décrire un procédé de gestion thermique du système de stockage d’ammoniac 2 qui est mis en œuvre par l’unité de commande 40 à bord du véhicule 4.

On suppose que le véhicule 4 est initialement à l’arrêt. Lorsqu’il est mis en marche, le procédé commence par un régime de démarrage.

Pendant le régime de démarrage, on active le chauffeur 34 de manière à chauffer la cartouche de démarrage 8 et le sel de démarrage dans lequel de l’ammoniac est absorbé. Pendant ce chauffage, on limite la circulation de fluide caloporteur vers la cartouche de démarrage 8 pour ne pas la refroidir sans que cela ne soit nécessaire. Avec le chauffage, le sel de démarrage finit par atteindre sa température de désorption d’ammoniac T d . Le sel de démarrage commence alors à désorber l’ammoniac. Lors du régime de démarrage, la vanne tout ou rien 18a est ouverte de sorte que l’ammoniac désorbé du sel de démarrage peut sortir de la cartouche de démarrage 8 pour alimenter la conduite de circulation d’ammoniac 12. L’unité de dosage 14 dose la quantité de cet ammoniac qui est fourni à l’organe de consommation d’ammoniac 6.

Pendant le régime de démarrage, les vannes tout ou rien 18b sont ouvertes, et on fait circuler le fluide caloporteur dans la ligne de circulation 22 pour chauffer les cartouches principales 10. Le fluide caloporteur présente initialement une basse température, mais à mesure que l’organe 6 consomme de l’ammoniac, celui-ci libère de la chaleur qui est absorbée par le fluide caloporteur, qui monte alors en température. Dans ces conditions, le fluide caloporteur chauffe les cartouches principales 10 plus lentement que le chauffeur 34 chauffe la cartouche de démarrage 8, si bien que de l’ammoniac est d’abord désorbé de la cartouche de démarrage 8.

Pendant le régime de démarrage, le fluide caloporteur continue de chauffer les cartouches principales 10, si bien que le sel principal des cartouches principales 10 finit par atteindre sa température de désorption d’ammoniac T p . Le sel de démarrage commence alors à désorber l’ammoniac. Cet ammoniac désorbé sort des cartouches principales 10 et passe par les soupapes passives 20 pour alimenter la conduite de circulation d’ammoniac 12, ce qui fait monter la pression en ammoniac dans la conduite de circulation d’ammoniac 12.

Pendant le régime de démarrage, l’organe 6 est principalement alimenté en ammoniac par la cartouche de démarrage 8. Une fois que le capteur de pression 16 mesure une pression en ammoniac supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple 2 ou 3 bar, on passe du régime de démarrage à un régime d’alimentation.

Pendant le régime d’alimentation, on désactive le chauffeur 34 et on fait circuler le fluide caloporteur vers la cartouche de démarrage 8. A ce moment-là, la température du fluide caloporteur T f est comprise entre la température de désorption d’ammoniac du sel principal T p et la température de désorption d’ammoniac du sel de démarrage T d . Le fluide caloporteur permet ainsi de refroidir la cartouche de démarrage 8, de sorte que le sel de démarrage cesse de désorber de l’ammoniac. On comprend ainsi que le fait que le sel de démarrage présente une température de désorption d’ammoniac Td supérieure à la température de désorption d’ammoniac du sel principal T p permet à la fois de refroidir la cartouche de démarrage 8 et les cartouches principales 10 avec un même fluide caloporteur.

Pendant le régime d’alimentation, on maintient la vanne tout ou rien 18a ouverte de manière que de l’ammoniac provenant des cartouches principales 10 puissent remplir la cartouche de démarrage 8. La baisse de température du sel de démarrage grâce au fluide caloporteur lui permet d’absorber l’ammoniac. On ferme la vanne tout ou rien 18a lorsque la cartouche de démarrage 8 a absorbé suffisamment d’ammoniac. La cartouche de démarrage 8 sera ainsi prête pour libérer de l’ammoniac, par exemple pour le prochain démarrage du véhicule 4.

Pendant le régime d’alimentation, on continue de faire circuler le fluide caloporteur dans la ligne de circulation 22 pour chauffer les cartouches principales 10 afin qu’elles continuent de libérer de l’ammoniac tant que l’organe 6 en a besoin, cette gestion étant commandée par l’unité de commande 40 et l’unité de dosage 14.

Pendant le régime d’alimentation, l’organe 6 est principalement alimenté en ammoniac par les cartouches principales 10.

Dans le cas où l’organe 6 présente un pic de consommation d’ammoniac, on met en œuvre un régime de pic d’alimentation, dans lequel on active le chauffeur 34 de manière à chauffer la cartouche de démarrage 8, qui a été rechargée en ammoniac pendant le régime d’alimentation. Pendant ce chauffage, on limite la circulation de fluide caloporteur vers la cartouche de démarrage 8 pour ne pas la refroidir sans que cela ne soit nécessaire. Avec le chauffage, le sel de démarrage finit par atteindre sa température de désorption d’ammoniac Td. Le sel de démarrage commence alors à désorber l’ammoniac. Lors du régime de pic d’alimentation, la vanne tout ou rien 18a est ouverte de sorte que l’ammoniac désorbé du sel de démarrage peut sortir de la cartouche de démarrage 8 pour alimenter la conduite de circulation d’ammoniac 12. L’unité de dosage 14 dose la quantité de cet ammoniac qui est fourni à l’organe de consommation d’ammoniac 6. Pendant le régime de pic d’alimentation, les cartouches principales 10 sont chauffées par le fluide caloporteur de la même manière que pendant le régime d’alimentation. Ainsi, pendant le régime de pic d’alimentation, l’organe 6 est alimenté en ammoniac à la fois par la cartouche de démarrage 8 et les cartouches principales 10.

On a représenté en figure 3 un système de stockage d’ammoniac 2’ selon un second mode de réalisation de l’invention.

Le système de stockage d’ammoniac 2’ diffère de celui du premier mode en ce que la ligne de circulation de fluide caloporteur 22 comporte une première ligne de circulation de fluide caloporteur 22a, agencée pour permettre un échange de calories entre le fluide caloporteur et la cartouche de démarrage 8, et une seconde ligne de circulation de fluide caloporteur 22b, agencée pour permettre un échange de calories entre, d’une part, le fluide caloporteur, et, d’autre part, les cartouches principales 10 et l’organe de consommation d’ammoniac 6. La circulation du fluide caloporteur dans la première ligne 22a est assurée par une pompe 42. Le système de stockage d’ammoniac 2’ comporte en outre un échangeur de chaleur 44 configuré pour permettre un échange de calories entre le fluide caloporteur de la première ligne 22a et le fluide caloporteur de la seconde ligne 22b sans qu’il n’y ait de mélange des fluides caloporteurs des deux lignes 22a, 22b.

Le système de stockage d’ammoniac 2’ comprend une vanne à trois port 25 qui remplace la vanne à quatre ports du système de stockage d’ammoniac du premier mode de réalisation. Le deuxième port est en effet remplacé par l’échangeur de chaleur 44. Les trois ports restants sont configurés de la même manière que dans le premier mode de réalisation.

Le système de stockage d’ammoniac 2’ comprend une unité de commande 40 configurée pour mettre en œuvre un procédé de gestion thermique du système de stockage d’ammoniac 2’ similaire à celui du premier mode de réalisation.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

On peut notamment prévoir un capteur de température dans la ou les ligne de circulation de fluide caloporteur pour s’assurer que la température du ou des fluides caloporteurs T f reste comprise entre la température de désorption d’ammoniac du sel principale T p et la température de désorption d’ammoniac du sel de démarrage T d pendant le régime d’alimentation.

Dans chacun des modes de réalisation, on peut utiliser d’autres moyens que le capteur de pression pour déterminer le moment de passage du régime de démarrage au régime d’alimentation. Par exemple, on peut utiliser un abaque préétabli de données du système de stockage d’ammoniac comme référence pour déterminer le moment pour effectuer le passage du régime de démarrage au régime d’alimentation. De manière plus générale, tout moyen ou toute méthode permettant de mesurer, directement ou indirectement, la quantité d’ammoniac dans la conduite de circulation d’ammoniac est adapté pour déterminer le moment pour effectuer le passage du régime de démarrage au régime d’alimentation.

Liste de références

2 ; 2’ : système de stockage d’ammoniac

4 : véhicule

6 : organe de consommation d’ammoniac

8 : cartouche de démarrage

10 : cartouche principale

12 : conduite de circulation d’ammoniac

14 : unité de dosage

16 : capteur de pression

18a, 18b : vanne tout ou rien

20 : soupape passive

22 : ligne de circulation de fluide caloporteur

22a : première ligne de circulation de fluide caloporteur

22b : seconde ligne de circulation de fluide caloporteur

24 : vanne à quatre ports

25 : vanne à trois ports

26 : premier tronçon

28 : deuxième tronçon

30 : troisième tronçon

32 : quatrième tronçon

34 : chauffeur

36 : tuyau

38 : source de courant alternatif

40 : unité de commande

42 : pompe

44 : échangeur de chaleur