Brevet FR2781555A1 — publié le 20000128

CONCEPT' ET PROCEDE DE FABRICAITON DE RESERVOIR DE FLUIDE, D'AIR COMPRIME OU AU TRES GAZ A HAUTE 'PRESSION. L'invention concerne les réservoirs de gaz ou de fluide haute pression notamment pour des véhicules terrestres ou maritimes et plus particulièrement pour ceux fonctionnant avec injection d'air comprimé additionnel, et comportant un réservoir d'air comprimé haute pression. Les réservoirs de gaz comprimé à haute pression ont longtemps été réalisés dans des cylindres d'aciers toutefois, récemment, les concepteurs de réservoirs ont recherché à les alléger soit en utilisant des métaux légers tels que l'aluminium, soit en leur incorporant des enroulements de fibre de verre, de carbone ou autres techniques dites à enroulement filamentaire. Dans ces réservoirs cylindriques les efforts axiaux sont bien évidemment proportionnels à la surface de la section du cylindre fonction du diamètre- ils sont engendrés par la pression du gaz ou du fluide ce qui impose des épaisseurs de parois considérables dés que le diamètre du cylindre devient relativement important dans le but d'obtenir des capacités volumes, par exemple pour un réservoir d'un diamètre de 300 mm contenant un gaz à 300 bars l'effort axial est de 212 tonnes. En outre, les efforts radiaux et axiaux sont encaissés par la même paroi. Une autre difficulté de ce type de réservoir est d'implanter les raccords permettant le remplissage et la vidange qui imposent des réductions de diamètre importantes a son embout qui du fait de la surface de la section subit des efforts particulièrement importants. Quels que soient les matériaux utilisés ces efforts très élevés imposent des réservoirs lourds avec des épaisseurs de parois très importantes par exemple plus de 15 millimètres. L'invention propose de résoudre ces défauts, elle est caractérisée en ce que le réservoir est constitué de plusieurs tubes de faibles sections formant des cellules juxtaposées collées les unes aux autres et reliées entre elles radialement par au moins un orifice pour permettre la circulation du gaz sous pression de l'une à l'autre, chaque tube ou cellule de diamètre ou de section relativement faible par exemple 50 mm, encaisse ses propres efforts axiaux par exemple 5,9 tonne pour 300 bars et est fermé par tout moyen à ses extrémités alors qu'au moins un de ces tubes reçoit à au moins l'une de ses extrémités un embout ou orifice de remplissage et de vidange du réservoir. L'ensemble de ces tubes ou cellules est ensuite maintenu par une enveloppe commune constituée d'un revêtement composite de résine et tissus de fibres et/ou d'enroulement filamentaire ou autres. Les efforts radiaux sont répartis sur des surfaces restreintes et l'enveloppe commune participe à encaisser ces efforts. 2 2781555 Ces tubes peuvent être des cylindres juxtaposés, mais le raccordement et le collage entre eux en un seul point du cercle sera difficile à réaliser, et l'on préférera des tubes avec des sections de forme géométrique comportant des faces planes permettant de les juxtaposer et de les coller entre eux plus facilement tels que triangle, carré, pentagone, hexagone etc... La juxtaposition de ces tubes ou cellules permet aux efforts radiaux dus à la pression de s'opposer de part et d'autre de la paroi juxtaposée et collée afin que les parois de ces tubes travaillent seulement axialement. Les matériaux des tubes peuvent être en métal tel qu'acier, aluminium ou autres mais préférentiellement et selon l'une des caractéristiques de l'invention, chaque tube est réalisé avec une enveloppe interne ou liner en matière plastique renforcée par des matériaux composite et/ou par des enroulements filamentaires de fibre de verre ou autre carbone. Selon une des conceptions préférentielles de l'invention, la section des tubes est un octogone et ces derniers sont réalisés en matière plastique dont quatre des cotés servent de base à des enroulements filamentaires longitudinaux alors que les quatre autres cotés servent au collage et à la mise en communication, par des orifices percés en correspondances, des tubes entre eux. Chaque tube reçoit à chacune de ses extrémités un bouchon octogonal collé, comportant, ou non, un ou plusieurs joint torique d'étanchéité et retenu axialement et mécaniquement par l'enroulement filamentaire longitudinal. Les tubes collés entre eux forment, vu en coupe transversale, un carré qui peut également servir de réservoir si les extrémités comportent une pièce d'obturation adéquate. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, à titre non limitatif, de plusieurs modes de réalisation, faite en regard des dessins annexés ou: La figure 1 représente, vu en coupe transversale et en perspective, un réservoir selon l'invention comportant des cellules triangulaires. La figure 2 représente vu en coupe transversale le même réservoir avec son enveloppe extérieure en revêtement composite. La figure 3 représente une cellule de réservoir de section octogonale La figure 4 représente vu en coupe transversale un réservoir constitué de six cellules octogonales. La figure 5 représente une coupe de cellule octogonale avec des dégagements pour des enroulements filamentaires longitudinaux. La figure 1 représente vu en coupe transversale et en perspective un réservoir de gaz haute pression selon l'invention sans son enveloppe extérieure, comportant dix tubes ou cellules de section triangulaire numérotés de 1 à 10, juxtaposés 2781555 et collés entre eux avec des orifices concordants 11 qui sont percés sur les surfaces communes collées pour mettre en communication chaque cellule entre elles qui contiennent ainsi du gaz à une pression identique. Les efforts radiaux sur les parois de chaque cellule sont compensés par les efforts opposés de la cellule juxtaposée flèche F alors qu'une enveloppe extérieure de maintient 12 figure 2 vient reprendre les efforts radiaux vers l'extérieur du réservoir et maintenir entre elles les dix cellules collées donnant de la cohésion à l'ensemble du réservoir. La figure 3 représente schématiquement vu en coupe transversale et perspective, une cellule de section octogonale, pour la réalisation d'un réservoir selon l'invention, comportant un liner d'étanchéité en plastique extrudé 13 et des enroulements filmentaires longitudinaux 14 réalisés en croix sur quatre des cotés, et destiné à encaisser les efforts axiaux de chaque cellules ainsi qu'à retenir aux extrémités des obturateurs étanches 15, des orifices de communication inter cellules 16 sont ménagés sur les quatre autres faces de juxtaposition et de collage avec les autres cellules constituant le réservoir, ces orifices n'étant pas percés sur les faces communiquant avec l'extérieur de l'assemblage des cellules du réservoir. Les cellules sont juxtaposées et collées pour constituer un réservoir vu en coupe transversale sur la figure 4 et délimitent entre elles un volume de section carrée 17 qui peut avantageusement contenir également le gaz sous pression permettant d'annuler les efforts radiaux sur les parois concernées de chaque cellule, un obturateur étanche étant dans ce cas implanté à chaque extrémité de ce volume de section carré qui est mis en communication avec les cellules octogonales. Une enveloppe extérieure de maintien 18 en tissus de verre (ou autres matériaux et/ou en enroulement filamentaire) vient assurer la cohésion de l'ensemble du réservoir, et assurer les efforts radiaux exercés par la pression sur les faces extérieures des cellules extérieures. L'enveloppe extérieure peut suivre les formes extérieures des cellules octogonales, ou selon une vanriante de l'invention des profilés de formes triangulaires 19 en mousse de polyuréthanne -ou autres matériaux- sont positionnes et/ ou collés entre les cellules octogonales et permettent ainsi d'une part de mieux encaisser les efforts radiaux dus à la pression des gaz sur les faces concernées, et d'autre part d'obtenir un réservoir avec des flans sensiblement plats plus facilement réalisables et stockables. Selon une variante de l'invention figure 5, les cellules octogonales 20 comportent sur les quatre faces recevant des enroulements filamentaires longitudinaux 14, un décrochement 21 permettant de noyer ledit enroulement dans ledit décrochement. Bien entendu, la forme géométrique de la section des cellules, les systèmes d'obturation aux extrémités de chaque cellule et les systèmes de remplissage 4 2781555 et/ou de vidange, le nombre de cellules, les procédés de collage inter cellules peuvent varier sans pour cela changer le principe de l'invention qui vient d'être décrite. De même qu'en lieu et place ou en complément de l'enroulement filamentaire, des bandes de tissus de verre ou d'autre fibres tels que carbonne, aramide, etc. imprégnées ou stratifiées peuvent être utilisé sans changer le principe de l'invention décrite. REVENDICATION S 1.- Réservoir de fluides, sous haute pression notamment d'air comprimé ou autre gaz caractérisé en ce que le réservoir est constitué de plusieurs tubes (1 à 10) de faible s section formant des cellules juxtaposées collées les unes aux autres et reliees entre elles radialement par au moins un orifice (11) pour permettre la circulation du gaz sous pression de l'une à l'autre, chaque cellule de diamètre et/ou de section relativement faible encaissant ses propres efforts axiaux et étant fermée par tout moyen étanche à ses extrémités alors qu'au moins un de ces tubes reçoit à au moins l'une de ses extrémités un embout ou orifice de remplissage et de vidange du réservoir, et caractérisé en ce que l'ensemble de ces tubes ou cellules est maintenu par une enveloppe commune (12) qui participe aux efforts radiaux exercés sur les parois des cellules. 2.- Réservoir de fluides sous pression selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes ou cellules ont des sections de forme géométrique comportant des faces planes permettant de les juxtaposer et de les coller entre eux plus facilement, tels que triangle, carré, pentagone, hexagone ou autres. 3.- Réservoir de fluides sous pression selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les cellules ont des sections de forme octogonale et sont réalisées en matière plastique dont quatre des cotés servent de base à au moins un enroulement filamentaire longitudinal croisé (14) alors que les quatre autres cotés servent au collage et à la mise en communication, par des orifices percés en correspondance (16), des tubes entre eux, en ce que chaque cellule reçoit à chacune de ses extrémités un bouchon octogonal collé (15), comportant ou non un ou plusieurs joint torique d'étanchéité et retenu axialement et mécaniquement par l'enroulement filamentaire longitudinal, et en ce que les cellules collées entre elles délimitent un, ou plusieurs volumes de section carré qui peuvent également servir de réservoir si leurs extrémités comportent une pièce d'obturation adéquate. 4.- Réservoir de fluides sous pression selon la revendication 3 caractérisé en ce que des profilés de forme triangulaire (19) en mousse de polyuréthanne sont positionnes et/ ou collés sur la périphérie du réservoir entre les cellules octogonales permettant ainsi de mieux encaisser les efforts radiaux dus à la pression des gaz sur les faces concernées 5.- Réservoir de fluides sous pression selon la revendication 4 caractérisé en ce que chaque cellule octogonale comporte sur les quatre flans recevant l'enroulement filamentaire longitudinal, un décrochement permettant de noyer ledit enroulement dans l'épaisseur du décrochement.