FR2948437A1 - Procede d'estimation de la quantite de gaz contenu dans un reservoir de gaz sous pression de volume inconnu. - Google Patents

Procede d'estimation de la quantite de gaz contenu dans un reservoir de gaz sous pression de volume inconnu. Download PDF

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Procédé d'estimation de la quantité de gaz (ntk(t0)) contenu dans un réservoir (1) de gaz sous pression de volume (Vtk) inconnu comprenant : - une étape de transfert d'un jet initial de gaz depuis une source (S1, S2, S3, ...Si) vers l'intérieur du réservoir (1), le jet initial étant réalisé durant une durée discrète (t1-t0), - une étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(t1 )-ntk(t0)) de gaz transféré de la source (S1, S2, S3,...Si)) vers l'intérieur du réservoir (1 ) lors du jet initial, - une étape de calcul de la quantité initiale (ntk(t0)) de gaz contenu dans le réservoir (1) avant le transfert du jet initial en appliquant une équation d'état connue pour le gaz (équation des gaz parfaits ou équation d'état de Van der Waals), en considérant de plus que le transfert du jet initial est isotherme dans le réservoir (Ttk(t0))=Ttk(t1)), - la quantité initiale (ntk(t0)) de gaz (en mole) étant calculée selon une formule exprimant la quantité initiale (ntk(t0)) uniquement en fonction de variables connues ou estimées : Ptk(t0)= la pression initiale (en Pascal) Qin = la quantité déterminée de gaz (en mole) transféré de la source (S1, S2, S3, ...Si) lors du jet initial, Ptk(t1)= la pression de gaz (en Pascal) dans le réservoir déterminée après transfert du jet initial de gaz.

Description

La présente invention concerne un procédé d'estimation de la quantité de gaz contenu dans un réservoir de gaz sous pression de volume inconnu. L'invention peut notamment être utilisée dans une station de remplissage de bouteilles ou de réservoirs de gaz sous pression.
L'invention peut s'appliquer avantageusement dans les stations de remplissage en gaz carburant de véhicules (hydrogène notamment). Les stations de remplissage de réservoirs de gaz de véhicules automobiles fonctionnant à l'hydrogène sont généralement adaptées à un ou des types déterminés de réservoirs à remplir. En effet, généralement la mesure de la pression et de la température à l'intérieur du réservoir n'est pas possible ou n'est pas appropriée. II est cependant important de connaître la quantité de gaz déjà présente dans le réservoir à remplir. La connaissance de cette quantité déjà contenue dans le réservoir permet notamment de mieux adapter de remplissage. Cette quantité de gaz déjà présente est cependant difficile à obtenir notamment lorsque le volume du réservoir n'est pas disponible ni facilement mesurable.
Le document WO2005080201A1 décrit une station de remplissage qui estime la densité initiale du gaz dans un réservoir au moyen d'une mesure préliminaire de pression et d'une injection de gaz dont la quantité est déterminée. La densité est estimée via un modèle d'équations obtenues par régression. La station décrite dans ce document réalise également une estimation du volume du réservoir en deux temps : deux jets de gaz sont introduits et, à chaque fois, les pressions sont mesurées et comparées à des rampes de pression de référence pour estimer le volume du réservoir. Par ailleurs, cette station connue contrôle le remplissage uniquement par la masse de gaz transférée. Ainsi, la densité de gaz estimée selon ce document ne permet pas de connaître avec une précision suffisante la quantité de gaz dans le réservoir. Ainsi, la détermination du niveau initial dans le réservoir est faite de façon indirecte par comparaison de la densité estimée avec une densité de référence. Cela nécessite de connaître à l'avance le type de réservoir (volume, matériau) afin de pouvoir choisir cette référence. Par ailleurs, la quantité initiale de gaz (en nombre de molécules) n'est pas calculée.
Le document EP1693611A2 décrit quant à lui une station de remplissage qui détermine la densité de gaz dans le réservoir par une mesure directe dans le réservoir. Cette méthode présente les mêmes inconvénients que ceux discutés précédemment (mesures dans le réservoir inappropriées). 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 procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que qu'il comprend : - une étape de connexion sélective d'un réservoir de volume inconnu avec au moins une source de gaz sous pression, - une étape de détermination de la pression initiale (Ptk(tO)) dans le réservoir, - une étape de transfert d'un jet initial de gaz depuis une source vers l'intérieur du réservoir, le jet initial étant réalisé durant une durée discrète (t1-t0), - une étape de détermination de la pression (Ptk(tl dans le réservoir après transfert du jet initial, - une étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(tl)-ntk(tO)) de gaz transféré de la source vers l'intérieur du réservoir lors du jet initial, - une étape de calcul de la quantité initiale (ntk(tO)) de gaz contenu dans le réservoir avant le transfert du jet initial en appliquant une équation d'état connue pour le gaz (équation des gaz parfaits ou équation d'état de Van der Waals) exprimant la quantité de gaz en fonction de sa pression de son volume et de sa température, en considérant de plus que le transfert du jet initial est isotherme dans le réservoir (Ttk(tO))=Ttk(tl)) et en utilisant la quantité (Qin) de gaz transférée déterminée à l'étape précédente, la quantité initiale (ntk(tO)) de gaz (en mole) étant calculée selon une formule exprimant la quantité initiale (ntk(tO)) uniquement en fonction de variables connues ou estimées : Ptk(t0)= la pression initiale (en Pascal) Qin = la quantité déterminée de gaz (en mole) transféré de la source lors du jet initial, Ptk(tl )= la pression de gaz (en Pascal) dans le réservoir déterminée après transfert du jet initial de gaz. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'étape de calcul de la quantité initiale (ntk(tO)) de gaz contenu dans le réservoir avant le transfert du jet initial est réalisée en appliquant l'équation des gaz parfaits au gaz (ntk(tO)=(Ptk(tO).Vtk)/(R.Ttk(to)), la quantité initiale (ntk(tO)) de gaz (en mole) contenu dans le réservoir avant le transfert du jet initial étant donnée par la formule : ntk(tO)=(Ptk(tO).Qin)/(Ptk(tl)-Ptk(tO)), - l'étape de calcul de la quantité initiale ntk(t0) de gaz contenu dans le réservoir avant le transfert du jet initial est réalisée en appliquant l'équation d'état de Van der Waals au gaz, - l'étape de détermination de la pression initiale (Ptk(tO)) dans le réservoir comprend une mesure de pression au niveau d'une conduite reliant sélectivement une source au réservoir, la mesure de pression étant réalisée à l'entrée du réservoir et considérée être la pression à l'intérieur du réservoir, - l'étape de détermination de la pression initiale (Ptk(tO)) dans le réservoir comprend une mesure de pression au niveau d'une conduite reliant sélectivement une source au réservoir, la mesure de pression étant réalisée à l'entrée du réservoir et considérée être la pression à l'intérieur du réservoir, - l'étape de détermination de la pression (Ptk(tl )) dans le réservoir après (t=tl) le transfert du jet initial comprend une mesure de pression au niveau d'une conduite reliant sélectivement une source au réservoir, la mesure de pression étant réalisée à l'entrée du réservoir et considérée être la pression à l'intérieur du réservoir, - l'étape de transfert du jet initial de gaz est réalisée pendant une durée (t1-t0) comprise entre 0,1 et 5 seconde et de préférence une durée (t1-t0) comprise entre 0,1 et 3 seconde et encore plus préférentiellement pendant une durée (t1-t0) comprise entre 0,1 et 1 seconde, - la au moins une source de gaz sous pression comprend au moins un conteneur (Si) de gaz sous pression de volume (Vsi) connu assurant un transfert du gaz dans le réservoir par équilibrage de pression, l'étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(tl)-ntk(tO)) de gaz transféré de la source vers l'intérieur du réservoir lors du jet initial comprenant - - une détermination de la pression dans le conteneur (Si) avant (Psi(tO)) et après (Psi(tl)) le transfert du jet initial, - une détermination de la température (Tsi(tO)) dans le conteneur (Si) au moment du transfert du jet initial, un calcul de la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur (Si) lors du jet initial en appliquant une équation d'état connue au gaz (loi des gaz parfait ou équation d'état de Van der Waals), et en considérant que le transfert du jet initial est isotherme pour le conteneur (Tsi(t0))=Tsi(tl)), la quantité initiale Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur lors du jet initial étant calculée en exprimant la quantité initiale Qin uniquement en fonction de variables connues ou estimées précédemment : Psi(tO)) et (Psi(tl )= les pressions (en Pa) dans le conteneur déterminées respectivement avant (t=tO) et après (t=tl) le transfert du jet initial, Tsi(t0) = la température (en kelvin) dans le conteneur déterminée au moment du transfert du jet initial, le volume (Vsi) du conteneur (Si) (en m), - la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur lors du jet initial est réalisé en appliquant loi des gaz parfait au gaz, la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur lors du jet initial étant donnée par la formule : Qin=((Psi(t0)-(Psi(tl )).Vsi)/(R.Tsi(to)) avec R= la constante des gaz parfaits (en J.K-'.mol-'), - le calcul de la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur lors du jet initial est réalisé en appliquant la loi d'état de Van der Waals au gaz, - la détermination de la température (Tsi(tO)) dans le conteneur avant le transfert du jet initial comprend une mesure de température ambiante à proximité du conteneur, la température mesurée étant considérée être la température (Tsi(t)) à l'intérieur du conteneur, - l'étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(tl)-ntk(tO)) de gaz transférée de la source vers l'intérieur du réservoir lors du jet initial comprend une mesure via un débitmètre au niveau de la connexion entre le réservoir et la source, - l'étape de transfert du jet initial de gaz depuis la source vers l'intérieur du réservoir réalise une montée de pression dans le réservoir compris entre 5.104 Pa et 106 Pa et de préférence entre 2.105 Pa et 8,5.105 Pa, - la quantité de gaz (ntk(ti)) contenu dans le réservoir est calculée à tout moment (t=ti) en ajoutant à la quantité initiale (ntk(tO)) de gaz estimée, la ou les quantités (Q(i)) de gaz transférées par la ou le sources : ntk(ti) = (ntk(tO)) + somme des Q(i), - la connexion du réservoir avec la source comprend au moins une vanne de commande du transfert de gaz et en ce que l'étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(tl)-ntk(tO)) de gaz transféré de la source vers l'intérieur du réservoir lors du jet initial comprend une estimation de débit transitant à travers la vanne en fonction de son ouverture. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. En particulier, l'invention peut concerner une station de remplissage comprenant un organe électronique de contrôle de calcul et de commande utilisant le procédé selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d'une station de remplissage selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente de façon partielle et schématique une succession d'étapes susceptibles d'être mises en oeuvre selon l'invention, - la figure 3 représente de façon partielle et schématique une succession d'étapes susceptibles d'être mises en oeuvre selon l'invention. Comme représenté à la figure 1, le procédé peut être mis en oeuvre par une station de remplissage comprenant, par exemple, plusieurs conteneurs source de gaz sous pression S1, S2...,Si. Classiquement, les conteneurs S1 à Si peuvent être utilisés pour remplir un réservoir 1 par équilibrage de pression ( en cascade c'est-à-dire en utilisant plusieurs conteneurs successivement ayant des pressions de stockage croissantes). En variante ou en plus, la station peut utiliser un compresseur de gaz ou tout organe susceptible de fournir du gaz à haute pression (entre 200 et 850 bar par exemple). Les conteneurs source S1 à Si sont reliés en parallèle à une conduite 5 commune de remplissage sélectivement connectable à un ou des réservoirs à remplir. Des vannes 7 respectives peuvent être prévues pour contrôler l'alimentation en gaz des conteneurs Si à Si à la ligne commune 5. De même, une ou plusieurs vannes 6 peut être prévue pour contrôler le flux de gaz dans la conduite 5. Une logique électronique 8 de commande peut être prévue pour réaliser tout ou partie du processus.
L'estimation de la quantité de gaz ntk(t0) contenu dans un réservoir 1 de gaz sous pression de volume Vtk comprend une étape de détermination 2 de la pression initiale Ptk(t0) dans le réservoir 1 (étape 101, figure 2).
Cette détermination de la pression initiale Ptk(t0) dans le réservoir 1 comprend de préférence une mesure de pression (capteur 2) au niveau de la conduite 5 reliée au réservoir 1. C'est-à-dire que la mesure 2 de pression est réalisée à l'entrée/sortie du réservoir 1 et est considérée être la pression à l'intérieur du réservoir 1.
Le réservoir 1 est connecté sélectivement à au moins une source Si de gaz sous pression et la station réalise un transfert d'un jet initial de gaz depuis la source Si vers l'intérieur du réservoir 1 (étape 102, figure 2). A l'instant t=tO, le jet initial est réalisé durant une durée discrète (t1-t0) comprise entre 0,1 et 5 seconde et de préférence entre 0,1 et 3 seconde et encore plus préférentiellement entre 0,1 et 1 seconde. Par exemple, l'étape 102 de transfert du jet initial de gaz depuis la source Si vers l'intérieur du réservoir 1 réalise une montée de pression dans le réservoir 1 limitée et comprise entre 5.104 Pa et 106 Pa et de préférence entre 2.105 Pa et 8,5.105 Pa. La station détermine ensuite la pression Ptk(tl) dans le réservoir 1 après transfert du jet initial (étape 13, figure 2). Comme précédemment, l'étape de détermination de la pression Ptk(tl) dans le réservoir 1 après (t=tl) le transfert du jet initial peut comprendre une mesure de pression 2 au niveau de l'entrée/sortie du réservoir 1. La station détermine également la quantité Qin=ntk(tl)-ntk(t0) de gaz transféré de la source Si vers l'intérieur du réservoir 1 lors du jet initial (étape 104, figure 2). Cette étape de détermination de la quantité Qin de gaz transférée de la source Si vers l'intérieur du réservoir 1 peut être réalisée via un débitmètre au niveau de la connexion entre le réservoir 1 et la source Si (par exemple au niveau de la conduite 5). En variante, la détermination de la quantité Qin de gaz transféré lors du jet initial est estimée en fonction d'un modèle de vanne 6 (l'ouverture de la vanne 6 permet d'estimer le débit transféré).
Selon une autre possibilité, la détermination de la quantité Qin transférée lors du jet initial peut être réalisée par calcul en utilisant une équation d'état connue pour le gaz (loi des gaz parfait ou équation d'état de Van der Waals). L'équation d'état permet d'exprimer la quantité de gaz (en mole) en fonction de sa pression (en Pa) et de son volume (en m3) et de sa température (en kelvin). Selon une particularité avantageuse, on considère que le transfert du jet initial est adiabatique dans le conteneur (Tsi(t0))=Tsi(tl)). De cette façon, la quantité Qin transférée lors du jet initial peut être exprimée uniquement en fonction de variables connues ou estimées précédemment : - Psi(tO)) et Psi(tl )= les pressions (en Pa) dans le conteneur Si déterminées respectivement avant (t=tO) et après (t=tl) le transfert du jet initial, - Tsi(t0) = la température (en kelvin) dans le conteneur déterminée avant le transfert du jet initial, - Vi le volume (en m3) connu du conteneur Si, - R= la constante des gaz parfaits (en J.K-'.mol-').
La détermination de la température Tsi(t0) dans le conteneur Si avant le transfert du jet initial peut être réalisée, par exemple, en mesurant la température ambiante à proximité du conteneur Si. Cette température ambiante est considérée être la température Tsi(t0) à l'intérieur du conteneur Si. Bien entendu, cette mesure de température ambiante peut être réalisée pendant ou après le transfert du jet initial (la température peu avant, pendant et peu après le transfert du jet initial étant considérée constante). Comme précédemment pour le réservoir 1, la détermination de la pression dans le conteneur Si avant Psi(t0) et après Psi(tl) le transfert du jet initial peuvent être réalisées chacune par une mesure de pression 4 au niveau de l'entrée/sortie du conteneur Si et sont considérées être les pressions à l'intérieur du conteneur. Ainsi, en utilisant par exemple l'équation d'état des gaz parfaits au niveau du conteneur réalisant le jet initial on obtient : Qin= nsi(t0)-nsi(tl )= ((Psi(t0)-(Psi(tl )).Vsi)/(R.Tsi(to)) (équation I) avec : R= la constante des gaz parfaits (en J.K-1.mor1), nsi(t0) et nsi(tl) =les quantités de gaz (en mole) dans le conteneur respectivement avant et après transfert du jet initial Psi(t0) et Psi(tl) = la pression (en Pa) dans le conteneur Si avant et après le transfert du jet initial, Tsi(t0) = la température (en kelvin) dans le conteneur Si avant (=pendant) le transfert du jet initial. Bien entendu, cette quantité de gaz transféré Qin transférée lors du jet initial peut être calculée en utilisant l'équation d'état de Van der Waals pour le gaz. Lorsque cette quantité de gaz transféré Qin est disponible, la station peut ensuite calculer la quantité initiale ntk(t0) de gaz contenu dans le réservoir 1 avant le transfert du jet initial (étape 105, figure 2). En effet, cette quantité initiale ntk(t0) peut être calculée en appliquant une équation d'état connue pour le gaz (équation des gaz parfaits ou équation d'état de Van der Waals) exprimant la quantité de gaz en mole en fonction de sa pression (en Pa) de son volume (en m3) et de sa température (en kelvin). Le procédé considère de plus que le transfert du jet initial est isotherme dans le réservoir Ttk(t0))=Ttk(tl) et utilise la quantité Qin de gaz transférée déterminée à l'étape précédente. Plus précisément, la quantité initiale ntk(t0) de gaz (en mole) peut être calculée uniquement en fonction de variables connues ou déjà estimées : Ptk(t0)= la pression initiale (en Pascal) dans le réservoir Qin = la quantité déterminée de gaz (en mole) transféré lors du jet initial, Ptk(tl)= la pression de gaz (en Pascal) dans le réservoir déterminée après transfert du jet initial de gaz.
Par exemple, en utilisant l'équation des gaz parfaits pour le gaz dans le réservoir aux instants t0 et t1, on peut écrire Ptk(t0).Vtk =ntk(t0).R.Ttk(t0) et Ptk(tl ).Vtk =ntk(tl ).R.Ttk(tl) avec Vtk = le volume (en m3) inconnu du réservoir Ttk(ti) = la température (en kelvin) inconnue dans le réservoir à l'instant ti ntk(ti) = la quantité (en mole) de gaz dans le réservoir à l'instant ti. Du fait du transfert isotherme lors du jet initial (Ttk(t0))=Ttk(tl )), on a dès lors : ntk(tl )- ntk(t0)=((Ptk(tl)-Ptk(t0)).Vtk)/(R.Ttk(t0)) (équation II) En revenant à l'équation des gaz parfaits dans le réservoir et en remplaçant Vtk/Ttk(t0) en 10 fonction de Qin et (Psi(tl)-Psi(t0)), on obtient : ntk(t0)=(Ptk(t0).Vtk)/(R.Ttk(t0)) = (Qin.Ptk(t0))/(Ptk(tl)-Ptk(t0)) (équation III) En utilisant l'équation (I) on peut donc calculer la quantité de gaz dans le réservoir1 à tout instant t=ti en ajoutant à la quantité initiale calculée ntk(t0) la ou les quantités ajoutées par le ou les 15 conteneurs Si. En variante, le calcul de la quantité initiale ntk(t0) de gaz contenu dans le réservoir 1 avant le transfert du jet initial peut être réalisé avec l'équation d'état de Van der Waals : avec 20 avdw = un coefficient connu, compris pour le cas de hydrogène entre ... et... et de préférence égal à 1,1900982.10-2 Pa.m2.mo1-'. bVdW = un coefficient connu, compris pour le cas de l'hydrogène entre ... et... et de préférence égal à 1,7936793.10-5 Pa.m3.mo1-'. Dans ce cas également, la quantité initiale ntk(t0) de gaz (en mole) peut être calculée 25 uniquement en fonction de variables connues ou déjà estimées Avec l'équation d'état de Van der Waals, on peut également exprimer la pression Ptk(ti) du gaz au temps ti dans le réservoir 1 en fonction de la quantité ntk(ti) de gaz, du volume Vtk et de la température Ttk(ti) selon la formule : Pk (ti) = ntk (ti ).R.Ttk (ti )'Vtk 2 Vtk2'(Vtk ù bvdw'ntk (ti )) 30 On peut alors exprimer la quantité de gaz par l'expression polynomiale suivante : ntk (ti )'R'T k (ti) _ avdw Pk(ti)' = l2 Vtk ù bvdw'ntk (ti) / V tk ntk (ti) r 2 TT w'ntk (ti) (Vtk ù bvdw'n \\3 \ 2 ntk (ti )3 •(Pk (ti )•Vtk + avdw (ti) 2 .avdw •Vtk + ntk (t i ).Vtk2 .R.Ttk ù Ptk (ti •Vtk 3 = 0 En utilisant les désignations suivantes : a = bvdw'(Pk (ti).Vtk2 + avdw) ; b = ùavdw•Vtk , C = Vtk2.R.Tk d = ùPk (ti ).V k3 ; X = ntk(ti) On obtient l'expression explicite suivante : 0 = axùt23,, ù 27 ? 1-]- :1 p , i.3 (I. a c 27a.2d4-9az b 3a Comme précédemment, en utilisant la quantité Qin transférée lors du jet de gaz initial, la quantité initiale ntk(t0) de gaz contenu dans le réservoir 1 avant le transfert du jet initial peut être exprimée en fonction uniquement de variables connues ou déjà estimées (Ptk(t0), Qin, Ptk(tl)). Connaissant la quantité de gaz initiale (ntk(t0), la station peut ensuite calculer la quantité contenue dans le réservoir 1 à tout instant ti ntk(ti). En effet, il suffit d'ajoutant à la quantité initiale ntk(t0) de gaz estimée, la ou les quantités de gaz transférées par la ou le sources (Si, S2, S3, ...,Si). Connaissant la quantité ntk(ti) de gaz dans le réservoir 1, la station peut également estimer le volume Vtk du réservoir 1. Pour cela, la station va réaliser un second jet de gaz dit jet de gaz de contrôle ou jet de contrôle .
Dans un premier temps la station détermine 2 de la pression Ptk(t1) dans le réservoir 1 (cf. étape 201, figure 3). Cette détermination peut être réalisée de la même façon que réalisé lors de l'étape 101). La quantité ntk(t1) de gaz contenu dans le réservoir 1 avant le transfert du jet de contrôle est connue de la station (étape 202, figure 3), cf. ci-dessus.
La station transfert ensuite le jet de gaz de contrôle depuis une source Si vers l'intérieur du réservoir 1 (étape 203, figure 3). Le jet de contrôle est réalisé durant une durée discrète (t2-t1) comprise par exemple entre 0,1 et 5 seconde ou de préférence entre 0,1 et 3 seconde ou encore plus préférentiellement entre 0,1 et une seconde. Par exemple, le transfert du jet de gaz de contrôle réalise une montée de pression dans le réservoir compris entre 5.104 Pa et 106 Pa et de préférence entre 2.105 Pa et 8,5.105 Pa. La station réalise ensuite une nouvelle détermination 2 de la pression Ptk(t2) dans le réservoir 1 après transfert du jet de gaz de contrôle (étape 204, figure 3). Cette nouvelle détermination 2 de la pression Ptk(t2) dans le réservoir 1 peut bien entendu être réalisée de la même façon que lors de l'étape 201 (avant transfert du jet de contrôle). La station va ensuite déterminer la quantité Q=ntk(t2)-ntk(tl) de gaz transféré de la source Si vers l'intérieur du réservoir 1 lors du jet de gaz de contrôle (étape 205), figure 3). Cette détermination peut être réalisée par la ou les mêmes méthodes que celles explicitées ci-dessus pour le jet de gaz initial (étape 104). La station va ensuite calculer le volume Vtk du réservoir 1 (étape 206, figure 3). Selon l'invention, pour estimer par calcul ce volume Vtk, le procédé utilise la loi de conservation de l'enthalpie H du gaz. C'est-à-dire que l'enthalpie du gaz dans le réservoir 1 après le transfert du jet de gaz de contrôle ntk(t2).Htk(t2) est égale à la somme d'une part de l'enthalpie du gaz dans le réservoir 1 avant le transfert du jet de gaz de contrôle ntk(tl).Htk(tl) et, d'autre part, de l'enthalpie du gaz transféré de la source Si dans le réservoir lors du transfert du jet de gaz de contrôle (ntk(t2) ûntk(tl )).Hsi(tl ). De plus, selon le procédé, le transfert du jet de gaz de contrôle est considéré adiabatique (Ttk(tl ))=Ttk(t2) et Tsi(tl )=Tsi(t2)).
En exprimant classiquement l'enthalpie du gaz dans le réservoir comme une fonction uniquement de la température Ttk(ti) du gaz et de la pression Ptk(ti) du gaz (Htk=fonction de (Ttk(ti) ; Ptk(ti)) et en utilisant la loi des gaz parfait ou une équation d'état de Van de Waals, le procédé permet d'exprimer le volume Vtk du réservoir uniquement en fonction des variables connues ou estimées précédemment.
Par exemple, une modélisation connue de l'enthalpie d'un gaz est donnée par l'expression suivante : H=m.T(ti).P(ti) + q avec m=AT(ti) + B et q = CT(ti) +D ((Ptk(ti)=pression en pascal, Ttk(ti)= température en kelvin et ntk(ti) = quantité en mole). dans lequel T(ti) = température (en Pascal) du gaz au temps t=ti ; P(ti) = pression du gaz (en Pascal) au temps t=ti ; A (en J.Pa 1.K-'), B (en J.Pa'), C (en J.K-1) et D (en J) étant des coefficients calculés ou bien connus par des modèles ou tables exprimant l'enthalpie H du gaz en fonction de sa pression et de sa température.
Par exemple, pour le gaz hydrogène (données NIST ), les coefficients A, B, C et D peuvent être donnés par A est compris entre 10-5 et 10 et de préférence est égal à 4,2131250.10-4, B est compris entre 10-5 et 10 et de préférence est égal à 0,60347812, C est compris entre 10-5 et 100 et de préférence est égal à 14,700936, D est compris entre -1000 et 1000 et de préférence est égal à -507,57537. En utilisant cette expression de l'enthalpie avant (t=tl) et après (t=t2) le jet de contrôle on a pour le réservoir (Htk(ti)= enthalpie du réservoir à l'instant ti) Htk(tl)=(A.Ptk((tl) + C).Ttk(tl) + B.Ptk(tl) + D Htk(t2) = (A.Ptk(t2) + C).Ttk(t2) + B.Ptk(t2) + D et pour le conteneur Si (Hsi(ti)= enthalpie du conteneur à l'instant ti) : HSi(tl)=(A.Psi((tl) + C).Tsi(tl) + b.Psi(tl) + D HSi(t2) = (A.Psi(t2) + C).Tsi(t2) + B.Psi(t2) + D Comme vu ci-dessus, la conservation de l'enthalpie peut s'écrire : ntk(t2).Htk(t2) = ntk(tl ).Htk(tl) + (ntk(t2) ùntk(tl )).Hsi(tl ) En remplaçant l'enthalpie H par son expression ci-dessus (H= mT.P +q) et en remplaçant la température en fonction de la pression du volume et de la quantité (équation des gaz parfaits T=P.V/R.T), on obtient Vtk = ù ntk(tl). [B.Ptk(tl,) + D] ù Q. (A.Psi(tl) + C). Psi(tl).Vs i + B.Psi(tl) + D nsi(tl).R (A.Ptk(tl) + C). Ptk(tl) _ (A.Ptk(t2) + C). Ptk(t2) + ntk(t2) . [B.Ptk(t2) + D ] (A.Ptk(tl) + C ). Ptk((ttl) _ (A.Ptk(t2) + C ). Ptk((tt2) avec ntk(tl) =la quantité de gaz (en mole) contenu dans le réservoir (1) avant transfert du jet de gaz de contrôle, ntk(t2) =la quantité de gaz (en mole) contenu dans le réservoir (1) après transfert du jet de gaz de contrôle, Ptk(tl)= la pression dans le réservoir (en pascal) déterminée avant transfert du jet de gaz de contrôle, Ptk(t2)= la pression dans le réservoir (en pascal) déterminée après transfert du jet de gaz de contrôle, Q=la quantité (en mole) déterminée de gaz transféré de la source vers l'intérieur du réservoir (1) lors du jet de gaz de contrôle, Psi(tl )= la pression (en pascal) dans la source (Si) déterminée avant transfert du jet de gaz de contrôle, Vsi= le volume connu (en mètre cube) de la source (Si), R = la constante des gaz parfaits en J.K-'.mol-'. Le procédé permet ainsi d'estimer avec une bonne précision le volume Vtk du réservoir à remplir.
Connaissant le volume Vtk du réservoir, la station de remplissage peut aisément calculer la température Ttk(ti) du gaz dans le réservoir à tout instant (avec l'équation choisie et via la pression (Ptk(ti) et la quantité de gaz dans le réservoir (ntkti) précédemment calculées ou mesurées). En variante, dans la loi de conservation de l'enthalpie, on peut utiliser l'équation d'état de Van der Waals pour remplacer la température en fonction de la pression du volume et de la quantité.
Dans ce cas, le volume Vtk du réservoir 1 est donné par une formule faisant intervenir les variables connues ou déterminées précédemment. Sa résolution pourra être réalisée par exemple par calcule numérique. On comprend que le procédé selon l'invention permet d'adapter la station de remplissage à tout type de réservoir ou bouteille à remplir, même des réservoirs inconnus (volume et contenu initial). Le procédé permet ainsi d'optimiser les remplissages (en taux de remplissage et en vitesse de remplissage), en permettant également de contrôler la température estimée dans le réservoir. Le procédé ne nécessite aucune communication (mesures de température, de volume, de pression) à l'intérieur d'un réservoir ou d'un véhicule portant ce réservoir.
Un seul jet de gaz permet d'estimer la quantité initiale contenue dans le réservoir et un seul jet de gaz permet d'estimer le volume.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de la quantité de gaz (ntk(t0)) contenu dans un réservoir (1) de gaz sous pression de volume (Vtk) inconnu comprenant : - une étape de connexion sélective du réservoir (1) avec au moins une source (S1, S2, S3, ...Si)) de gaz sous pression, - une étape de détermination (2) de la pression initiale (Ptk(t0)) dans le réservoir (1), - une étape de transfert d'un jet initial de gaz depuis une source (S1, S2, S3, ...Si) vers l'intérieur du réservoir (1), le jet initial étant réalisé durant une durée discrète (t1-t0), - une étape de détermination (2) de la pression (Ptk(tl dans le réservoir (1) après transfert du jet initial, - une étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(tl)-ntk(t0)) de gaz transféré de la source (S1, S2, S3,...Si)) vers l'intérieur du réservoir (1) lors du jet initial, - une étape de calcul de la quantité initiale (ntk(t0)) de gaz contenu dans le réservoir (1) avant le transfert du jet initial en appliquant une équation d'état connue pour le gaz (équation des gaz parfaits ou équation d'état de Van der Waals) exprimant la quantité de gaz en fonction de sa pression de son volume et de sa température, en considérant de plus que le transfert du jet initial est isotherme dans le réservoir (Ttk(t0))=Ttk(tl)) et en utilisant la quantité (Qin) de gaz transférée déterminée à l'étape précédente, - la quantité initiale (ntk(t0)) de gaz (en mole) étant calculée selon une formule exprimant la quantité initiale (ntk(t0)) uniquement en fonction de variables connues ou estimées : Ptk(t0)= la pression initiale (en Pascal) Qin = la quantité déterminée de gaz (en mole) transféré de la source (S1, S2, S3, ...Si) lors du jet initial, Ptk(tl)= la pression de gaz (en Pascal) dans le réservoir déterminée après transfert du jet initial de gaz.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la quantité initiale (ntk(t0)) de gaz contenu dans le réservoir (1) avant le transfert du jet initial est réalisée en appliquant l'équation des gaz parfaits au gaz (ntk(t0)=(Ptk(t0).Vtk)/(R.Ttk(to)), la quantité initiale (ntk(t0)) de gaz (en mole) contenu dans le réservoir (1) avant le transfert du jet initial étant donnée par la formule : ntk(t0)=(Ptk(t0).Qin)/(Ptk(tl)-Ptk(t0)), dans laquelle Ptk(t0) est la pression (en Pa) dans le réservoir déterminée avant transfert du jet initial de gaz ; Ptk(tl) est la pression (en Pa) dans le réservoir déterminée après transfert du jet initial de gaz.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la quantité initiale (ntk(t0)) de gaz contenu dans le réservoir (1) avant le transfert du jet initial est réalisée en appliquant l'équation d'état de Van der Waals au gaz.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la pression initiale (Ptk(t0)) dans le réservoir (1) comprend une mesure de pression (2) au niveau d'une conduite reliant sélectivement une source (S1, S2,S3, ...Si) au réservoir (1), la mesure (2) de pression étant réalisée à l'entrée du réservoir (1) et considérée être la pression à l'intérieur du réservoir (1).
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la pression (Ptk(t1)) dans le réservoir (1) après (t=t1) le transfert du jet initial comprend une mesure de pression (2) au niveau d'une conduite reliant sélectivement une source (Si, S2, S3, ...Si) au réservoir (1), la mesure (2) de pression étant réalisée à l'entrée du réservoir (1) et considérée être la pression à l'intérieur du réservoir (1).
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape de transfert du jet initial de gaz est réalisée pendant une durée (t1-t0) comprise entre 0,1 et 5 seconde et de préférence une durée (t1-t0) comprise entre 0,1 et 3 seconde et encore plus préférentiellement pendant une durée (t1-t0) comprise entre 0,1 et 1 seconde.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la au moins une source de gaz sous pression comprend au moins un conteneur (Si) de gaz sous pression de volume (Vsi) connu assurant un transfert du gaz dans le réservoir (1) par équilibrage de pression, l'étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(t1)-ntk(tO)) de gaz transféré de la source (Si) vers l'intérieur du réservoir (1) lors du jet initial comprenant : - une détermination de la pression dans le conteneur (Si) avant (Psi(tO)) et après (Psi(t1)) le transfert du jet initial, - une détermination de la température (Tsi(tO)) dans le conteneur (Si) au moment du transfert du jet initial, un calcul de la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur (Si) lors du jet initial en appliquant une équation d'état connue au gaz (loi des gaz parfait ou équation d'état de Van der Waals), et en considérant que le transfert du jet initial est isotherme pour le conteneur (Tsi(tO))=Tsi(t1)), la quantité initiale Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur (S1, S2, S3, ...Si) lors du jet initial étant calculée en exprimant la quantité initiale Qin uniquement en fonction de variables connues ou estimées précédemment : Psi(tO)) et (Psi(t1)= les pressions (en Pa) dans le conteneur (S1, S2, S3, ...Si) déterminées respectivement avant (t=tO) et après (t=t1) le transfert du jet initial, Tsi(t0) = la température (en kelvin) dans le conteneur déterminée au moment du transfert du jet initial, le volume (Vsi) du conteneur (Si) (en m3).
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le calcul de la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur (Si) lors du jet initial est réalisé en appliquant loi des gaz parfait au gaz, la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur (Si) lors du jet initial étant donnée par la formule : Qin=((Psi(t0)-(Psi(t1)).Vsi)/(R.Tsi(to)) avec R= la constante des gaz parfaits (en J.K-'.mol-').
  9. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le calcul de la quantité Qin de gaz (en mole) délivré par le conteneur (Si) lors du jet initial est réalisé en appliquant la loi d'état de Van der Waals au gaz.
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la détermination de la température (Tsi(tO)) dans le conteneur (Si, S2, S3, ...Si) avant le transfert du jet initial comprend une mesure de température ambiante à proximité du conteneur, la température mesurée (3) étant considérée être la température (Tsi(t)) à l'intérieur du conteneur (Si).
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé la détermination de la pression dans le conteneur (S1, S2, S3, ...Si) avant (Psi(tO)) et après (Psi(t1)) le transfert du jet initial sont réalisées chacune par une mesure de pression (4) au niveau d'une conduite reliant sélectivement le conteneur (Si) au réservoir (1), les mesures (4) de pression étant réalisées à la sortie du conteneur et étant considérées être les pressions à l'intérieur du conteneur.
  12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la quantité (Qin=ntk(t1)-ntk(tO)) de gaz transférée de la source (S1, S2, S3, ...Si) vers l'intérieur du réservoir (1) lors du jet initial comprend une mesure via un débitmètre au niveau de la connexion entre le réservoir (1) et la source (S1, S2, S3, ...Si).
  13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'étape de transfert du jet initial de gaz depuis la source (S1, S2, S3, ...Si) vers l'intérieur du réservoir (1) réalise une montée de pression dans le réservoir (1) compris entre 5.104 Pa et 106 Pa et de préférence entre 2.105 Pa et 8,5.105 Pa.
  14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la quantité de gaz (ntk(ti)) contenu dans le réservoir (1) est calculée à tout moment (t=ti) en ajoutant à la quantité initiale (ntk(tO)) de gaz estimée, la ou les quantités (Q(i)) de gaz transférées par la ou le sources (S1, S2, S3, ...,Si) : ntk(ti) = (ntk(tO)) + somme des Q(i).
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