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Abstrait

Système de stockage d'énergie thermique froide embarqué pour le processus de ravitaillement en hydrogène

Jeune Min Kim

La pression de stockage d'hydrogène dans les véhicules à pile à combustible a été augmentée de 35 MPa à 70 MPa afin de permettre une autonomie plus longue. En revanche, une telle augmentation de pression entraîne une augmentation significative de la température à l’intérieur du réservoir d’hydrogène lors d’un remplissage rapide dans une station-service, ce qui peut poser des problèmes de sécurité. L'installation d'un refroidisseur atténue souvent ce problème car il refroidit l'hydrogène gazeux avant son dépôt dans le réservoir. Pour répondre à la fois à l'amélioration de l'efficacité énergétique et aux problèmes de sécurité, cet article a proposé un système embarqué de stockage d'énergie thermique froide (CTES), refroidi par de l'hydrogène expansé. Pendant le cycle de conduite, le système proposé utilise un détendeur, au lieu d'un régulateur de pression, pour générer de la puissance supplémentaire et de l'hydrogène gazeux froid. De plus, CTES est équipé de matériaux à changement de phase (PCM) pour récupérer l'énergie froide de l'hydrogène gazeux détendu, qui est ensuite utilisée lors du remplissage suivant pour refroidir l'hydrogène gazeux à haute pression provenant de la station- service. Il y a quelques années, la pression typique de stockage d’hydrogène dans les véhicules à pile à combustible était de 35 MPa ; une telle pression produisait une très faible densité d'énergie volumétrique pour permettre une conduite sur de longues distances qui nécessiterait 70 MPa. Récemment, le stockage embarqué de l’hydrogène, principalement sous haute pression de 70 MPa, a été largement adopté. Cette augmentation de pression entraîne cependant une augmentation significative de la température du réservoir du véhicule lors d'un remplissage rapide dans une station-service en raison de la chaleur de compression et de la dilatation Joule-Thomson. Le pré-refroidissement de l'hydrogène avec un refroidisseur avant le ravitaillement atténue l'augmentation de la température pour atteindre la température maximale autorisée dans le réservoir, conforme aux normes et réglementations internationales telles que le protocole de la Society of Automotive Engineers (SAE) et le code de sécurité de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) (soit 85 °C). Une telle augmentation de température pendant le processus de remplissage réduit aussi la quantité totale de gaz emmagasinée à l'intérieur du réservoir. Dans une série d'expériences, Kim et al. changement de température quantifié sur le cylindre du réservoir à l'aide d'une analyse numérique de la dynamique des fluides (CFD). Miguel et coll. évalué l'effet du taux de remplissage sur le gaz.