ISO 16111:2008
(Main)Transportable gas storage devices — Hydrogen absorbed in reversible metal hydride
Transportable gas storage devices — Hydrogen absorbed in reversible metal hydride
ISO 16111:2008 defines the requirements applicable to the material, design, construction, and testing of transportable hydrogen gas storage systems, referred to as “metal hydride assemblies” (MH assemblies) which utilize shells not exceeding 150 l internal volume and having a maximum developed pressure (MDP) not exceeding 25 MPa (250 bar). It only applies to refillable storage MH assemblies where hydrogen is the only transferred media. Storage MH assemblies intended to be used as fixed fuel-storage onboard hydrogen fuelled vehicles are excluded. ISO 16111:2008 is intended to be used for certification purposes.
Appareils de stockage de gaz transportables — Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible
L'ISO 16111:2008 définit les exigences applicables aux matériaux, à la conception, à la fabrication et à la mise à l'essai des systèmes de stockage de l'hydrogène gazeux transportables, appelés systèmes à hydrures métalliques (systèmes HM), qui utilisent des enveloppes ayant un volume interne inférieur ou égal à 150 l et ayant une pression développée maximale (MDP) ne dépassant pas 25 MPa (250 bar). Elle est applicable uniquement aux systèmes HM de stockage rechargeables où l'hydrogène est le seul élément transféré. Les systèmes HM de stockage destinés à être utilisés comme réservoirs de carburant fixes à bord des véhicules à hydrogène sont exclus. L'ISO 16111:2008 est destinée à être utilisée à des fins de certification.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16111
First edition
2008-11-15
Transportable gas storage devices —
Hydrogen absorbed in reversible metal
hydride
Appareils de stockage de gaz transportables — Hydrogène absorbé
dans un hydrure métallique réversible
Reference number
ISO 16111:2008(E)
©
ISO 2008
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ISO 16111:2008(E)
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Published in Switzerland
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ISO 16111:2008(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .2
4 Service conditions.4
4.1 Pressures .4
4.2 Rated capacity .4
4.3 Temperature ranges .4
4.4 Environmental conditions .5
4.5 Service life.5
4.6 Hydrogen quality .5
4.7 Special service conditions .5
5 Design considerations.5
5.1 General .5
5.2 Material selection .5
5.3 Shell design .6
5.4 Design strength .7
5.5 Overpressure and fire protection .7
5.6 Loading of hydrogen absorbing alloy.8
5.7 Shut-off valves.8
5.8 Actively cooled MH assemblies .9
5.9 Particulate containment.10
6 Inspection and testing .10
6.1 General .10
6.2 Type / qualification tests.10
6.3 Batch tests .21
6.4 Routine tests and inspections .22
7 Marking, labelling, and documentation.22
7.1 Marking.22
7.2 Labelling.23
8 Documentation accompanying the product .23
8.1 Material safety data sheets.23
8.2 Users or operating manual.23
Annex A (informative) Material compatibility for hydrogen service .25
Annex B (normative) Environmental tests .28
Annex C (informative) Type approval certificate .33
Annex D (informative) Acceptance certificate.35
Bibliography.37
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ISO 16111:2008(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 16111 was prepared by Technical Committee ISO/TC 197, Hydrogen technologies, with participation by
Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders, Subcommittee SC 3, Cylinder design.
This first edition cancels and replaces ISO/TS 16111:2006, which has been technically revised.
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ISO 16111:2008(E)
Introduction
As the utilization of gaseous hydrogen evolves from the chemical industry into various emerging applications,
such as fuel for fuel cells and internal combustion engines and other specialty hydrogen applications, the
importance of new and improved storage techniques has become essential. One of these techniques employs
the absorption of hydrogen into specially formulated alloys. The material can be stored and transported in a
solid form, and the hydrogen later released and used under specific thermodynamic conditions. This
International Standard describes the service conditions, design criteria, type tests, batch tests and routine
tests for transportable hydride-based hydrogen storage systems, referred to as “metal hydride assemblies”
(MH assemblies). Types of MH assemblies may serve as: fuel cell cartridges; hydrogen fuel storage
containers; high-purity hydrogen supplies and others.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16111:2008(E)
Transportable gas storage devices — Hydrogen absorbed in
reversible metal hydride
1 Scope
This International Standard defines the requirements applicable to the material, design, construction, and
testing of transportable hydrogen gas storage systems, referred to as “metal hydride assemblies” (MH
assemblies) which utilize shells not exceeding 150 l internal volume and having a maximum developed
pressure (MDP) not exceeding 25 MPa (250 bar). This International Standard only applies to refillable storage
MH assemblies where hydrogen is the only transferred media. Storage MH assemblies intended to be used as
fixed fuel-storage onboard hydrogen fuelled vehicles are excluded. This International Standard is intended to
be used for certification purposes.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 7225, Gas cylinders — Precautionary labels
ISO 7866, Gas cylinders — Refillable seamless aluminium alloy gas cylinders — Design, construction and
testing
ISO 9809-1, Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design, construction and testing —
Part 1: Quenched and tempered steel cylinders with tensile strength less than 1 100 MPa
ISO 9809-2, Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design, construction and testing —
Part 2: Quenched and tempered steel cylinders with tensile strength greater than or equal to 1 100 MPa
ISO 9809-3, Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design, construction and testing —
Part 3: Normalized steel cylinders
ISO 10297:2006, Transportable gas cylinders — Cylinder valves — Specification and type testing
ISO 11114-4, Transportable gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents —
Part 4: Test methods for selecting metallic materials resistant to hydrogen embrittlement
ISO 11119-1, Gas cylinders of composite construction — Specification and test methods — Part 1: Hoop
wrapped composite gas cylinders
ISO 11119-2:2002, Gas cylinders of composite construction — Specification and test methods — Part 2: Fully
wrapped fibre reinforced composite gas cylinders with load-sharing metal liners
ISO 14246, Transportable gas cylinders — Gas cylinder valves — Manufacturing tests and inspections
ISO 14687, Hydrogen fuel — Product specifications
ISO 16528-1, Boilers and pressure vessels — Part 1: Performance requirements
UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods. Model Regulations
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ISO 16111:2008(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
absorbed
taken and held through the formation of bonding interactions within the bulk of the material
3.2
burst pressure
highest pressure reached in an MH assembly during a burst test
3.3
design stress limit
total stress loading allowed on the shell wall
NOTE In MH assemblies, the shell design takes into account the gas pressure plus other stresses, such as pressure
exerted by expansion of the hydrogen absorbing alloy.
3.4
fuel cell cartridge
article that stores fuel for discharge into the fuel cell through a valve(s) that controls the discharge of fuel into
the fuel cell
3.5
fuel cell cartridge
MH assembly, which stores hydrogen for use as a fuel in a fuel cell
3.6
full flow capacity pressure
gas pressure at which the pressure relief device is fully open
3.7
hydrogen absorbing alloy
material capable of combining directly with hydrogen gas to form a reversible metal hydride
3.8
internal component
structure, matrix, material or device contained within the shell (excluding hydrogen gas, hydrogen absorbing
alloy and metal hydride)
NOTE Internal components may be used for purposes such as heat transfer, preventing movement of the hydrogen
absorbing alloy/metal hydride and/or to prevent excessive stress on the shell walls due to hydride expansion.
3.9
internal volume
water capacity of the shell
3.10
maximum developed pressure
MDP
highest gas gauge pressure for an MH assembly at rated capacity and equilibrated at the maximum service
temperature
NOTE The MDP term was specifically selected for MH assemblies to avoid confusion with the MAWP and the service
pressure used in other ISO International Standards.
3.11
metal hydride
solid material formed by reaction between hydrogen and hydrogen absorbing alloy
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ISO 16111:2008(E)
3.12
metal hydride assembly
MH assembly
single complete hydrogen storage system, including shell, metal hydride, pressure relief device (PRD),
shut-off valve, other appurtenances and internal components
NOTE 1 The MH assembly extends only to, and includes, the first shut-off valve.
NOTE 2 A fuel cell cartridge is a type of MH assembly.
3.13
normal operating conditions
range of pressures, temperatures, hydrogen flow rates, hydrogen quality, etc., specified for all use and filling
operations
3.14
normal service conditions
range of pressures, temperatures, hydrogen flow rates, hydrogen quality, etc., specified for all normal
operating, transportation and storage conditions
3.15
pressure relief device
PRD
device intended to prevent the rupture of an MH assembly in the event of overpressure or exposure to fire
NOTE A pressure relief device may be “pressure-activated”, set to activate at a certain pressure. Alternatively, a
pressure relief device may be “thermally-activated”, set to activate at a certain temperature. A pressure relief device may
also be both “pressure-activated” and “thermally-activated”.
3.16
pressure relief valve
PRV
reseatable PRD
3.17
rated capacity
maximum quantity of hydrogen deliverable under specified conditions
3.18
rated charging pressure
RCP
maximum pressure to be applied to the MH assembly for refilling
NOTE The RCP is not necessarily equal to the equilibrium plateau pressure of the hydrogen absorbing alloy.
3.19
reversible metal hydride
metal hydride for which there exists an equilibrium condition where the hydrogen absorbing alloy, hydrogen
gas and the metal hydride co-exist
NOTE Changes in pressure or temperature will shift the equilibrium favouring the formation or decomposition of the
metal hydride with respect to the hydrogen absorbing alloy and hydrogen gas.
3.20
rupture
structural failure of a shell resulting in the sudden release of stored energy
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3.21
shell
enclosure of any shape (cylindrical, prismatic, cubic, etc.) designed to contain the hydrogen gas, metal
hydride and other internal components of the MH assembly
NOTE A shell may be a cylinder, a pressure vessel or other type of container.
3.22
stress level at MDP
sum of all the stresses on the shell wall caused by the metal hydride at rated capacity, hydrogen gas at MDP
and any other applicable mechanical loadings
3.23
test pressure
required pressure applied during a pressure test for qualification
4 Service conditions
4.1 Pressures
4.1.1 Maximum developed pressure (MDP)
The MDP shall be determined by the manufacturer from the metal hydride's temperature–pressure
characteristics at the maximum service temperature. In no case shall the MDP exceed 0,8 times the test
pressure of the shell. The MDP shall not exceed 25 MPa (250 bar).
4.1.2 Rated charging pressure (RCP)
The RCP shall be specified by the manufacturer in order to prevent charging at a pressure that could result in
the shell wall stress exceeding the design stress limit.
4.1.3 Stress level at MDP
The stress level at MDP shall be determined by the manufacturer from the hydrogen absorbing alloy's packing
and expansion properties, the MDP within the MH assembly, and other applicable mechanical loadings.
4.2 Rated capacity
The manufacturer shall state the rated capacity of the MH assembly by units of mass of hydrogen.
4.3 Temperature ranges
4.3.1 Operating temperature range
The minimum and maximum temperature for normal operating conditions to which the MH assembly is rated
shall be specified by the manufacturer.
4.3.2 Service temperature range
The minimum and maximum temperature for normal service conditions to which the MH assembly is rated
shall be specified by the manufacturer. At a minimum, this range shall be of at least from −40 °C to 65 °C and
shall include the entire operating temperature range.
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4.4 Environmental conditions
The MH assemblies are expected to be exposed to a number of environmental conditions over their service
life, such as vibration and shock, varying humidity levels, and corrosive environments. The manufacturer shall
specify the environmental conditions for which the MH assembly was designed.
4.5 Service life
The service life for the MH assemblies shall be specified by the manufacturer on the basis of use under
service conditions specified herein. The service life shall not exceed that specified by the standard to which
the shell is designed as per 5.3.
4.6 Hydrogen quality
The minimum quality of the hydrogen gas that shall be used to fill an MH assembly shall be specified by the
manufacturer according to ISO 14687 or as appropriate.
NOTE If the quality of the hydrogen gas is considered a critical issue to avoid performance degradation of the MH
assembly, the manufacturer may consider including the information on the product label.
4.7 Special service conditions
Any additional service conditions that shall be met for the safe operation, handling and usage of the MH
assembly shall be specified by the manufacturer.
5 Design considerations
5.1 General
The MH assembly shall be designed and constructed to prevent leakage of hydrogen or metal hydride
particles under normal conditions of storage and transport.
5.2 Material selection
5.2.1 General
The MH assembly components shall be made of materials that are suitable for the range of conditions
expected over the life of the MH assembly. Components that are in contact with gaseous hydrogen and/or
metal hydride material shall be sufficiently resistant to their chemical and physical action under normal service
conditions to maintain operational and pressure containment integrity.
Hydrogen absorbing alloys and/or metal hydride materials that are classified as Type I explosive materials
according to the UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods shall not be used in an MH
assembly.
5.2.2 External surfaces
The MH assembly shell, shut-off valve, PRDs and other appurtenances shall be resistant to the environmental
conditions specified in 4.4. Resistance to these environmental conditions may be provided by using materials
inherently resistant to the environment or by applying resistant coatings to the components. Exterior protection
may be provided by using a surface finish giving adequate corrosion protection (e.g. metal sprayed on
aluminium or anodizing) or a protective coating (e.g. organic coating or paint). If an exterior coating is part of
the design, the coating shall be evaluated using the applicable test methods specified in Annex B. Any
coatings applied to MH assemblies shall be such that the application process does not adversely affect the
mechanical properties of the shell or performance and operation of other components. The coatings shall be
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designed to facilitate subsequent in-service inspection and the manufacturer shall provide guidance on
coating treatment during such inspections to ensure the continued integrity of the MH assembly.
5.2.3 Compatibility
The compatibility of MH assembly materials with process fluids and solids, specifically embrittlement due to
the exposure to hydrogen, shall be considered. Guidance on compatibility of materials with gases is given in
ISO 11114-1 and ISO 11114-2. Materials necessary for the pressure containment and structural integrity of
the MH assembly and its internal and external appurtenances shall be resistant to hydrogen embrittlement,
hydrogen attack and reactivity with contained materials and maintain their integrity for the service life of the
MH assembly. Recognized test methods, such as those specified in ISO 11114-4, shall be used to select
metallic materials resistant to hydrogen embrittlement where required for pressure or structural integrity.
Consideration shall be given to the impact that temperature may have on hydrogen embrittlement.
Consideration shall be given to all of the chemical species that may be present during the charged, partially
charged and discharged states and their potential reactivity with the MH assembly material. The MH assembly
materials shall be selected so as the combination does not endanger the MH assembly integrity.
NOTE The susceptibility to hydrogen embrittlement of some commonly used metals is summarized in ISO/TR 15916.
Additional guidance regarding hydrogen compatibility is found in Annex A.
5.2.4 Temperature
The MH assembly materials shall be suitable for the service temperature range specified in 4.3.2.
5.3 Shell design
5.3.1 Shells with internal volume greater than 120 ml
The MH assembly shell shall be designed and tested according to ISO 7866, ISO 9809-1, ISO 9809-3,
ISO 11119-1, ISO 11119-2, or standards registered in accordance with ISO 16528-1, as applicable. Shells
designed and tested in accordance with ISO 9809-1 shall have a tensile strength less than 950 MPa. Shells
designed and tested in accordance with ISO 11119-1 or ISO 11119-2 that use seamless steel liners
conforming to ISO 9809-2 or to ISO 9809-1 shall have a tensile strength less than 950 MPa.
The shell shall not exceed 150 l internal volume, and the MDP shall not exceed 25 MPa (250 bar). The
maximum combined stresses for the loads described in 5.4 as well as the operating and service temperature
ranges for the MH assembly shall not exceed the limits prescribed by the standard to which the shell is
designed.
NOTE 1 Shells can be designed and tested according to one of the International Standards specified above, even
where the shell internal volume is less than that covered by the scope of that International Standard.
NOTE 2 An equivalent gas pressure calculated to be equal to the stress level at MDP can be used as the design
hydraulic test pressure for determining minimum shell wall thickness.
5.3.2 Shells with internal volume of 120 ml or less
For MH assemblies with an internal volume of 120 ml or less, the shell design shall be deemed to be
appropriate if the shell meets 5.3.1 or the MH assembly meets the following design and test criteria:
a) the pressure in the MH assembly shall not exceed 5 MPa (50 bar) at 55 °C when the MH assembly is
filled to its rated capacity; and
b) the MH assembly design shall withstand as required by 6.2.3, without leaking or bursting, a minimum
shell burst pressure of 2 times the pressure in the MH assembly at 55 °C when filled to rated capacity, or
1,6 times the pressure in the MH assembly at the maximum service temperature when filled to rated
capacity, or 200 kPa (2 bar) more than the MDP of the assembly at 55 °C when filled to rated capacity,
whichever is greater.
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ISO 16111:2008(E)
5.4 Design strength
The shell design shall take into account the stress level at 1,25 times MDP. Consideration of components
contributing to the stress level at MDP shall include but not be limited to:
⎯ 1,25 × MDP;
⎯ thermal stress, including dissimilar rates of thermal expansion and contraction;
⎯ weight of internals in any possible MH assembly orientation;
⎯ shock and vibration loading;
⎯ maximum stress due to hydrogen absorbing alloy expansion;
⎯ other mechanical loadings.
To verify that the design stress limit is not exceeded, the MH assembly design shall be subjected to the
hydrogen cycling and strain measurement test described in 6.2.6.
NOTE The process of introducing and subsequently removing hydrogen in the hydrogen absorbing alloy typically
causes it to expand and contract. In turn, this can result in large stresses inside the alloy's particles that cause them to
fragment into smaller particles, a phenomenon known as decrepitation. After several charge/discharge cycles, the average
particle size may have significantly decreased. Stresses on the MH assembly walls may be derived from expansion of the
hydrogen absorbing alloy during hydrogenation and from changes in the packing configuration due to decrepitation over
the service life of the MH assembly. The magnitude of the expansion/contraction phenomena will vary greatly as a function
of the hydrogen absorbing alloy used.
5.5 Overpressure and fire protection
5.5.1 General
The MH assembly shall be protected with one or more PRDs of the non-reclosing type, such as fusible
triggers, rupture disks and diaphragms, or of the re-sealable type, such as spring-loaded PRVs. The MH
assembly and any added component (e.g. insulation or protective material) shall collectively pass the fire test
specified in 6.2.2. The PRD shall conform to the requirements of 5.5.2 and 5.5.3 and the additional
requirements of the competent authority of country of use, as applicable.
For MH assemblies with an internal volume of 120 ml or less, other means may be used to protect from
overpressurization, such as venting through a feature integral to the shell. MH assemblies that use an
alternative means of relieving pressure shall meet the acceptance criteria of the fire test specified in 6.2.2.
5.5.2 PRD activation pressure
The pressure of actuation of pressure-activated PRDs shall be specified by the manufacturer and shall be
greater than the MDP but less than 1,25 times the MDP. In no case shall the pressure of actuation of a
pressure-activated PRD exceed the test pressure of the shell. For PRVs, the full flow capacity pressure shall
also be specified, and shall not exceed the test pressure of the shell.
5.5.3 PRD activation temperature
The temperature at which any thermally actuated PRD is set to activate shall be specified by the manufacturer
and correspond to an equilibrium pressure inside the MH assembly of less than 1,25 times the MDP. In no
case shall the temperature of actuation of a temperature-activated PRD result in an equilibrium pressure
inside the MH assembly that exceeds the test pressure of the shell. The PRD shall have a pressure rating
greater than the MDP at all temperatures less than or equal to 10 °C above the maximum service temperature.
In no case shall the PRD activate at a temperature lower than the maximum service temperature.
© ISO 2008 – All righ
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16111
Première édition
2008-11-15
Appareils de stockage de gaz
transportables — Hydrogène absorbé
dans un hydrure métallique réversible
Transportable gas storage devices — Hydrogen absorbed in reversible
metal hydride
Numéro de référence
ISO 16111:2008(F)
©
ISO 2008
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ISO 16111:2008(F)
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Version française parue en 2009
Publié en Suisse
ii © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 16111:2008(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Conditions de service .4
4.1 Pressions.4
4.2 Capacité nominale.4
4.3 Plages de température.5
4.4 Conditions environnementales.5
4.5 Durée de vie utile.5
4.6 Qualité de l'hydrogène.5
4.7 Conditions particulières de service.5
5 Considérations relatives à la conception .5
5.1 Généralités .5
5.2 Choix des matériaux .5
5.3 Conception de l'enveloppe.6
5.4 Résistance de calcul .7
5.5 Protection contre la surpression et le feu .8
5.6 Chargement de l'alliage absorbant l'hydrogène .8
5.7 Robinets d'arrêt .8
5.8 Systèmes HM à refroidissement actif.10
5.9 Confinement des particules .10
6 Inspection et essais .10
6.1 Généralités .10
6.2 Essais de type/d'homologation.11
6.3 Essais par lots .23
6.4 Essais de routine et inspections .24
7 Marquage, étiquetage et documentation .24
7.1 Marquage.24
7.2 Étiquetage .24
8 Documentation accompagnant l'appareil .25
8.1 Fiche technique santé-sécurité.25
8.2 Guide de l'utilisateur ou guide d'utilisation.25
Annexe A (informative) Compatibilité matérielle avec l'utilisation d'hydrogène .27
Annexe B (normative) Essais environnementaux .30
Annexe C (informative) Certificat d'approbation de type.36
Annexe D (informative) Certificat d'acceptation .38
Bibliographie.40
© ISO 2008 – Tous droits réservés iii
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ISO 16111:2008(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 16111 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 197, Technologies de l'hydrogène, en
collaboration avec le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, sous-comité SC 3, Construction des
bouteilles.
Cette première édition annule et remplace l'ISO/TS 16111:2006, qui a fait l'objet d'une révision technique.
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ISO 16111:2008(F)
Introduction
Au fur et à mesure que l'utilisation de l'hydrogène gazeux passe du domaine de l'industrie chimique à des
applications émergentes, telles que le domaine des carburants destinés aux piles à combustible, aux moteurs
à combustion interne et à d'autres applications de l'hydrogène spécialisées, croît l'importance du
développement et de l'amélioration des techniques de stockage de l'hydrogène. L'une de ces techniques fait
appel au phénomène de l'absorption de l'hydrogène dans des alliages spécialement formulés à cette fin. Ces
matériaux peuvent être stockés et transportés sous forme solide, et l'hydrogène absorbé peut ensuite être
libéré et utilisé dans des conditions thermodynamiques spécifiques. La présente Norme internationale décrit
les conditions de service, les critères de conception, les essais de type, les essais par lots et les essais de
routine qui s'appliquent aux systèmes de stockage et de transport utilisant un hydrure, c'est-à-dire aux
systèmes à hydrures métalliques (systèmes HM). Les types de systèmes HM concernés peuvent avoir
plusieurs utilisations: réservoirs de carburant pour pile à combustible; récipients de stockage d'hydrogène
combustible; dispositifs de distribution d'hydrogène à haute pureté, etc.
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NORME INTERNATIONALE ISO 16111:2008(F)
Appareils de stockage de gaz transportables — Hydrogène
absorbé dans un hydrure métallique réversible
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit les exigences applicables aux matériaux, à la conception, à la
fabrication et à la mise à l'essai des systèmes de stockage de l'hydrogène gazeux transportables, appelés
systèmes à hydrures métalliques (systèmes HM), qui utilisent des enveloppes ayant un volume interne
inférieur ou égal à 150 l et ayant une pression développée maximale (MDP) ne dépassant pas 25 MPa
(250 bar). La présente Norme internationale est applicable uniquement aux systèmes HM de stockage
rechargeables où l'hydrogène est le seul élément transféré. Les systèmes HM de stockage destinés à être
utilisés comme réservoirs de carburant fixes à bord des véhicules à hydrogène sont exclus. La présente
Norme internationale est destinée à être utilisée à des fins de certification.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7225, Bouteilles à gaz — Étiquettes informatives
ISO 7866, Bouteilles à gaz — Bouteilles sans soudure en alliage d'aluminium destinées à être rechargées —
Conception, construction et essais
ISO 9809-1, Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans soudure — Conception,
construction et essais — Partie 1: Bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction
inférieure à 1 100 MPa
ISO 9809-2, Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans soudure — Conception,
construction et essais — Partie 2: Bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction
supérieure ou égale à 1 100 MPa
ISO 9809-3, Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans soudure — Conception,
construction et essais — Partie 3: Bouteilles en acier normalisé
ISO 10297:2006, Bouteilles à gaz transportables — Robinets de bouteilles — Spécifications et essais de type
ISO 11114-4, Bouteilles à gaz transportables — Compatibilité des matériaux des bouteilles et des robinets avec
les contenus gazeux — Partie 4: Méthodes d'essai pour le choix de matériaux métalliques résistants à la
fragilisation par l'hydrogène
ISO 11119-1, Bouteilles à gaz composites — Spécifications et méthodes d'essai — Partie 1: Bouteilles à gaz
frettées en matériau composite
ISO 11119-2:2002, Bouteilles à gaz composites — Spécifications et méthodes d'essai — Partie 2: Bouteilles à
gaz composites entièrement bobinées renforcées par des liners métalliques transmettant la charge
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ISO 14246, Bouteilles à gaz transportables — Robinets de bouteilles à gaz — Essais de fabrication et
contrôles
ISO 14687, Carburant hydrogène — Spécification de produit
ISO 16528-1, Chaudières et récipients sous pression — Partie 1: Exigences de performance
Recommandations de l'ONU relatives au transport des marchandises dangereuses. Règlement type
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
absorbé
fixé et retenu par la formation de liaisons moléculaires dans la masse du matériau de stockage
3.2
pression de rupture
pression maximale atteinte dans un système HM au cours d'un essai de rupture
3.3
limite des contraintes de calcul
niveau maximal des contraintes de charge pouvant être appliquées à la paroi de l'enveloppe
NOTE Dans les systèmes HM, la conception de l'enveloppe prend en compte la pression des gaz de même que
d'autres facteurs de contraintes, comme la pression exercée lors de la dilatation de l'alliage absorbant l'hydrogène.
3.4
réservoir pour pile à combustible
dispositif qui permet de stocker un combustible destiné à être déchargé, dans une pile à combustible, à
travers un (des) robinet(s) contrôlant le déchargement du carburant dans la pile à combustible
3.5
réservoir pour pile à combustible
système HM, permettant de stocker de l'hydrogène destiné à alimenter une pile à combustible
3.6
pression nominale au débit maximal
pression du gaz à laquelle le dispositif contre les surpressions est complètement ouvert
3.7
alliage absorbant l'hydrogène
matériau capable de créer directement des liaisons moléculaires avec l'hydrogène gazeux pour constituer un
hydrure métallique réversible
3.8
composant interne
structure, matrice, matériau ou dispositif contenus à l'intérieur de l'enveloppe (à l'exclusion de l'hydrogène
gazeux, de l'alliage absorbant l'hydrogène, et des hydrures métalliques)
NOTE Les composants internes peuvent servir à assurer le transfert de chaleur, à empêcher le déplacement de
l'alliage absorbant l'hydrogène ou des hydrures métalliques, et/ou à empêcher que la dilatation de l'hydrure provoque des
contraintes excessives sur les parois de l'enveloppe.
3.9
volume interne
capacité volumétrique de l'enveloppe en eau
2 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 16111:2008(F)
3.10
pression développée maximale
MDP
pression manométrique la plus élevée d'un système HM rempli à sa capacité nominale et en équilibre
thermique à sa température maximale de service
NOTE Le sigle MDP a été spécifiquement choisi pour les systèmes HM afin d'éviter la confusion avec le sigle MAWP
et avec la pression de service utilisée dans d'autres Normes internationales de l'ISO.
3.11
hydrure métallique
matériau solide résultant d'une réaction moléculaire entre l'hydrogène et l'alliage absorbant l'hydrogène
3.12
système à hydrures métalliques
système unique complet de stockage d'hydrogène, y compris l'enveloppe, les hydrures métalliques, le
dispositif contre les surpressions (PRD), le robinet d'arrêt, les autres accessoires et composants internes
NOTE 1 Le système HM comprend et inclut seulement le premier robinet d'arrêt.
NOTE 2 Un réservoir pour pile à combustible constitue un type de système HM.
3.13
conditions normales de fonctionnement
plages de pression, de température, de débit d'hydrogène, de qualité de l'hydrogène, etc., spécifiées pour
toutes utilisations et toutes opérations de remplissage
3.14
conditions normales de service
plages de pression, de température, de débit d'hydrogène, de qualité d'hydrogène, etc., spécifiées pour toutes
les conditions normales de fonctionnement, de transport et de stockage
3.15
dispositif contre les surpressions
PRD
dispositif destiné à empêcher la rupture d'un système HM en cas de surpression ou d'exposition au feu
NOTE Le dispositif contre les surpressions peut être muni d'un «détecteur de pression», réglé pour se déclencher à
une pression donnée. Au lieu de cela, le dispositif contre les surpressions peut être muni d'un «détecteur de température»,
réglé pour se déclencher à une certaine température. Le dispositif contre les surpressions peut aussi être déclenché à la
fois par un «détecteur de pression» et par un «détecteur de température».
3.16
soupape contre les surpressions
PRV
PRD refermable
3.17
capacité nominale
quantité maximale d'hydrogène pouvant être produite dans les conditions spécifiées
3.18
pression nominale de remplissage
RCP
pression maximale, applicable au système HM lors du remplissage
NOTE La RCP n'est pas nécessairement égale à la pression au plateau d'équilibre de l'alliage absorbant
l'hydrogène.
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3.19
hydrure métallique réversible
hydrure métallique pour lequel il existe un état d'équilibre entre l'alliage absorbant l'hydrogène gazeux,
l'hydrogène gazeux et l'hydrure métallique
NOTE Des changements de pression ou de température auront pour effet de déplacer le point d'équilibre en
favorisant la formation ou la décomposition de l'hydrure métallique par rapport à l'alliage absorbant l'hydrogène gazeux et
l'hydrogène gazeux.
3.20
rupture
défaillance structurelle de l'enveloppe entraînant le dégagement soudain de l'énergie emmagasinée
3.21
enveloppe
enceinte de n'importe quelle forme (cylindrique, prismatique, cubique, etc.) destinée à contenir l'hydrogène
gazeux, des hydrures métalliques et les autres composants internes du système HM
NOTE L'enveloppe peut être un cylindre, un récipient sous pression ou un autre type de contenant.
3.22
niveau des contraintes à MDP
somme des contraintes appliquées sur la paroi de l'enveloppe par les hydrures métalliques à capacité
nominale, par l'hydrogène gazeux à MDP et par toute autre contrainte mécanique applicable
3.23
pression d'essai
pression requise appliquée durant l'essai sous pression pour l'homologation
4 Conditions de service
4.1 Pressions
4.1.1 Pression développée maximale (MDP)
La MDP doit être établie par le fabricant en fonction des caractéristiques de température-pression de l'hydrure
métallique à la température maximale de service. En aucun cas, la MDP ne doit dépasser 0,8 fois la pression
d'essai de l'enveloppe. La MDP ne doit pas dépasser 25 MPa (250 bar).
4.1.2 Pression nominale de remplissage (RCP)
La RCP doit être spécifiée par le fabricant afin d'empêcher le remplissage à une pression pouvant provoquer
des contraintes excédant les limites des contraintes de calcul sur les parois de l'enveloppe.
4.1.3 Niveau de contrainte à la MDP
Le niveau de contrainte à la MDP doit être déterminé par le fabricant en fonction des propriétés de tassement
et de dilatation de l'alliage absorbant l'hydrogène, de la MDP du système HM, et des autres contraintes
mécaniques applicables.
4.2 Capacité nominale
Le fabricant doit préciser la capacité nominale du système HM par unités de masse d'hydrogène.
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ISO 16111:2008(F)
4.3 Plages de température
4.3.1 Plage de température de fonctionnement
Les températures minimale et maximale correspondant aux conditions normales de fonctionnement du
système HM doivent être spécifiées par le fabricant.
4.3.2 Plage de température de service
Les températures minimale et maximale correspondant aux conditions normales de service du système HM
doivent être spécifiées par le fabricant. Au minimum, ces plages de températures doivent varier de −40 °C à
65 °C et doivent couvrir toute la plage de températures de fonctionnement.
4.4 Conditions environnementales
Les systèmes HM sont susceptibles d'être exposés à diverses conditions environnementales au cours de leur
durée de vie utile, notamment à des vibrations et des chocs, à des niveaux d'humidité variables, et à des
environnements corrosifs. Le fabricant doit spécifier les conditions environnementales pour lesquelles le
système HM a été conçu.
4.5 Durée de vie utile
La durée de vie utile des systèmes HM doit être précisée par le fabricant en fonction des conditions de service
spécifiées dans le présent document. La durée de vie utile ne doit pas dépasser celle spécifiée dans la norme
en fonction de laquelle l'enveloppe est conçue, conformément à 5.3.
4.6 Qualité de l'hydrogène
La qualité minimale de l'hydrogène gazeux qui doit être utilisé pour remplir le système HM doit être spécifiée
par le fabricant, conformément à l'ISO 14687 ou aux exigences appropriées.
NOTE S'il est essentiel d'assurer la qualité de l'hydrogène gazeux pour empêcher la perte de rendement du système
HM, le fabricant peut envisager d'ajouter des renseignements à cet effet sur l'étiquette du produit.
4.7 Conditions particulières de service
Toute autre condition de service indispensable au fonctionnement, à la manipulation et à l'utilisation
sécuritaire du système HM doit être spécifiée par le fabricant.
5 Considérations relatives à la conception
5.1 Généralités
Le système HM doit être conçu et fabriqué de manière à empêcher les fuites d'hydrogène ou de particules
d'hydrures métalliques dans des conditions normales de stockage et de transport.
5.2 Choix des matériaux
5.2.1 Généralités
Les composants du système HM doivent être faits de matériaux appropriés à la gamme des conditions
attendues pendant la durée de vie utile du système HM. Les composants qui sont en contact avec de
l'hydrogène gazeux et/ou des hydrures métalliques doivent être suffisamment résistants à leur action
chimique et physique, dans des conditions normales de service, pour maintenir un fonctionnement normal et
une pression de confinement adéquate.
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ISO 16111:2008(F)
Les alliages absorbant l'hydrogène et/ou les hydrures métalliques classés dans les matières explosives de
type I conformément aux Recommandations de l'ONU relatives au transport des marchandises dangereuses
ne doivent pas être utilisés dans un système HM.
5.2.2 Surfaces extérieures
L'enveloppe du système HM, le robinet d'arrêt, les PRD et les autres accessoires doivent pouvoir résister aux
conditions environnementales spécifiées en 4.4. La résistance à ces conditions environnementales peut être
assurée par l'utilisation de matériaux ayant une résistance intrinsèque aux effets environnementaux, ou par
l'application sur les composants d'enduits résistant à de tels effets. La protection extérieure peut être assurée
par l'utilisation d'un état de surface fournissant une protection adéquate contre la corrosion (par exemple
métallisation sur l'aluminium ou anodisation) ou un enduit protecteur (par exemple enduit organique ou
peinture). Lorsque la conception prévoit un enduit extérieur, cet enduit doit être évalué selon les méthodes
d'essai applicables décrites à l'Annexe B. Tout enduit appliqué sur les parois des systèmes HM doit avoir des
propriétés telles que le procédé d'application ne détériore en rien les propriétés mécaniques de l'enveloppe ou
le rendement et le fonctionnement d'autres composants. Les enduits doivent être sélectionnés de façon que
l'inspection subséquente en mode de service en soit facilitée, et le fabricant doit fournir des conseils sur le
traitement de l'enduit au cours de telles inspections afin d'assurer l'intégrité et la durabilité du système HM.
5.2.3 Compatibilité
La compatibilité des matériaux du système HM avec les fluides et les solides du processus, notamment la
fragilisation due à l'exposition à l'hydrogène, doit être prise en compte. Des indications sur la compatibilité des
matériaux et des gaz sont fournies dans l'ISO 11114-1 et l'ISO 11114-2. Les matériaux nécessaires à
l'intégrité de la structure et de ses accessoires intérieurs et extérieurs, ainsi qu'au maintien de la pression de
confinement du système HM, doivent pouvoir résister à la fragilisation par l'hydrogène, à la dégradation par
l'hydrogène, et à la réactivité avec les matériaux contenus, tout en préservant leur intégrité au cours de la
durée de vie utile du système HM. Des méthodes d'essai reconnues, telles celles spécifiées dans
l'ISO 11114-4, doivent être utilisées pour sélectionner des matériaux métalliques résistant à la fragilisation par
l'hydrogène, lorsque nécessaires au maintien de la pression ou à la préservation de l'intégrité structurale.
L'effet que la température peut avoir sur la fragilisation des matériaux métalliques par l'hydrogène doit être
pris en considération.
L'on doit également prendre en considération tous les composés chimiques qui peuvent être présents en
situation de charge, de charge partielle ou de décharge, et la réactivité potentielle de ces composés avec les
matériaux constituant le système HM. Les matériaux du système HM doivent être sélectionnés de manière
que leur combinaison ne compromette pas l'intégrité du système HM.
NOTE Des indications sur la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène de quelques métaux couramment utilisés
sont sommairement données dans l'ISO/TR 15916. Des conseils supplémentaires sur la compatibilité avec l'hydrogène
sont fournis dans l'Annexe A.
5.2.4 Température
Les matériaux constituant le système HM doivent être appropriés aux plages de températures de service
indiquées en 4.3.2.
5.3 Conception de l'enveloppe
5.3.1 Enveloppes ayant un volume interne supérieur à 120 ml
L'enveloppe du système HM doit être conçue et soumise à essai, selon le cas, conformément à l'ISO 7866,
l'ISO 9809-1, l'ISO 9809-3, l'ISO 11119-1, l'ISO 11119-2 ou selon des normes enregistrées en conformité
avec l'ISO 16528-1. Les enveloppes conçues et mises à l'essai conformément à l'ISO 9809-1 doivent avoir
une résistance à la traction inférieure à 950 MPa. Les enveloppes conçues et mises à l'essai conformément à
l'ISO 11119-1 ou l'ISO 11119-2 et qui comportent des parois en acier sans soudure conformément à
l'ISO 9809-2 ou l'ISO 9809-1 doivent avoir une résistance à la traction inférieure à 950 MPa.
6 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 16111:2008(F)
La capacité de l'enveloppe ne doit pas être supérieure à 150 l d'eau, et la MDP ne doit pas dépasser 25 MPa
(250 bar). Le niveau de contrainte à la MDP, y compris les facteurs connexes énumérés en 5.4, doit être égal
ou inférieur à la limite des contraintes de calcul permise par la norme selon laquelle l'enveloppe est conçue.
NOTE 1 Les enveloppes peuvent être conçues et mises à l'essai conformément à l'une des Normes internationales
ci-avant spécifiées, même dans le cas où le volume interne de l'enveloppe est inférieur à celui que couvre la Norme
internationale.
NOTE 2 Une pression des gaz calculée comme équivalant au niveau de contrainte à la MDP peut être utilisée comme
pression hydraulique de conception servant à définir l'épaisseur minimale de la paroi de l'enveloppe.
5.3.2 Enveloppes ayant un volume interne égal ou inférieur à 120 ml
Pour les systèmes HM ayant un volume intérieur égal ou inférieur à 120 ml, l'enveloppe doit également être
conçue de façon à répondre à toutes les exigences de 5.3.1 et de manière que le système HM réponde aux
critères de conception et d'essai suivants:
a) la pression dans le système HM ne doit pas dépasser 5 MPa (50 bar) à 55 °C lorsque le système HM est
rempli à sa capacité nominale;
b) la conception du système HM doit lui permettre de supporter, comme spécifié en 6.2.3, sans fuite ni
éclatement, une pression minimale
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.