Brevet FR2776751A1 — publié le 19991001

Le secteur technique de la présente invention est celui des réservoirs destinés à contenir des fluides sous pression, tels les réservoirs soumis à une pression interne, et plus particulièrement les réservoirs de gaz de pétrole liquéfié, dits GPL pour véhicules. Généralement, les réservoirs destinés à contenir des fluides sous pression sont constitués d'une enveloppe en matériau métallique sous forme de feuille pour obtenir un ensemble sensiblement cylindrique dont les extrémités se présentent sous la forme d'une portion de sphère. Cette forme est bien adaptée pour répartir uniformément les contraintes sur la périphérie du réservoir. Les réservoirs GPL utilisés par exemple dans les automobiles sont généralement cylindriques ou toriques, classiquement métalliques et de préférence en acier. Les réservoirs toriques sont montés à l'emplacement de la roue de secours. Leur capacité est limitée du fait du manque de place disponible à cet endroit. Les réservoirs cylindriques sont généralement disposés au fond du coffre, o ils réduisent de façon considérable le volume de celui-ci, d'autant plus que le compartiment qui est destiné à les accueillir est parallélépipèdique et que le volume compris entre les angles du compartiment et l'arc de cercle du réservoir est vide. Il en résulte une perte du volume utile, tant pour le coffre que pour le réservoir. Les réservoirs cylindriques peuvent également être montés sous le coffre en porte à faux arrière. L'espace disponible est limité en hauteur, ce qui oblige à utiliser un réservoir cylindrique de petit diamètre, ou plusieurs réservoirs cylindriques de petit diamètre reliés entre eux par un tuyau soudé radialement sur la périphérie des cylindres. Cette solution, si elle permet d'obtenir un grand volume sans empiéter sur le volume du coffre, est néanmoins coûteuse et ne permet pas d'utiliser de façon optimale le volume disponible sous le coffre, puisqu'il subsiste toujours une partie vide entre les deux réservoirs cylindriques accolés. Enfin, on notera que les réservoirs toriques et cylindriques sont souvent intégrés dans des compartiments de forme parallélépipèdique, ce qui interdit une utilisation optimale de l'espace disponible. On a tenté de pallier ces inconvénients en proposant des réservoirs parallélépipédiques. Mais leur forme suppose des arêtes propices aux amorces de rupture et ils présentent l'inconvénient, par rapport à des réservoirs cylindriques ou toriques de même capacité et de même résistance mécanique, d'être beaucoup plus lourds, car il faut prévoir des parois plus épaisses. De plus, le réservoir ne se déforme pas de façon homogène sur toute sa périphérie et les arêtes constituent des zones de sollicitation composée o la contrainte est appliquée de façon multidirectionnelle. Le but de la présente invention est de proposer un réservoir présentant une forme extérieure apte à être logé dans des compartiments d'automobile aux formes parallélépipèdiques, tout en étant léger, et ayant de bonnes caractéristiques mécaniques pour résister à la pression interne engendrée par le fluide sous pression. La présente invention a donc pour objet un réservoir polyédrique de forme extérieure et intérieure sensiblement parallélépipédique destiné à contenir du fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe et des renforts internes disposés à l'intérieur de l'enveloppe, parallèlement les uns aux autres et sensiblement perpendiculairement aux faces internes de l'enveloppe. Les renforts sont des plaques de métal en feuille comprenant au moins un jour. Le jour présente une forme rectangulaire ou triangulaire dont les angles sont arrondis, ou une forme circulaire. Les renforts sont constitués par les éléments sensiblement tubulaires métalliques comprenant des jours et dont les extrémités se terminent en corolle délimitant des pétales évasés à leurs bases. La section dudit élément est circulaire ou polyédrique. L'invention concerne également une réservoir polyédrique de forme extérieure et intérieure sensiblement parallélépipèdique destiné à contenir du fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe et des renforts internes superposés en couches successives solidaires des parois et de la ou des couches situées10 immédiatement au dessus et/ou au dessous. Avantageusement, deux couches successives de renforts internes sont disposées alternativement dans des directions sensiblement perpendiculaires. Les renforts internes se présentent sous la forme de tôle pliée en créneaux. Les renforts internes se présentent sous la forme de tôle pliée en triangle, disposés alternativement tête bêche. Les renforts internes se présentent sous la forme de tôle pliée en demi-cercles alternés. Une des parois de l'enveloppe se présente sous la forme d'une tôle ondulée. Les points d'appuis des renforts sont disposés au niveau de la jonction de deux ondulations adjacentes. Les ondulations sont en forme de voûtes. Les ondulations ont une forme triangulaire. Un avantage du réservoir selon l'invention consiste dans le fait que son enveloppe peut comporter des parties anguleuses et peut occuper tout l'espace disponible offert par un compartiment de réception comportant des formes composées par les parallélépipèdes ayant donc des angles vifs. Un autre avantage du réservoir selon l'invention consiste dans le fait que les renforts qui le constituent empêchent les parois de l'enveloppe de se déformer sous l'effet de la pression interne. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture du complément de description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemple en relation avec des dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue en trois dimensions avec une coupe transversale d'un réservoir selon l'invention, - la figure 2 est une vue en trois dimensions d'une section en coupe transversale d'un autre mode de réalisation du réservoir selon l'invention, - la figure 3 est une vue en trois dimensions d'un renfort de forme cylindrique, - la figure 4 est une vue en trois dimensions d'un renfort à ondulation croisée en forme de créneaux. - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une section d'un réservoir comprenant une paroi en forme de tôle ondulée. Sur la figure 1, on a représenté un réservoir conforme à l'invention dont l'enveloppe 1 est un polyèdre sensiblement parallélépipèdique comprenant des renforts 2. Ces renforts 2 sont disposés parallèlement les uns par rapport aux autres et perpendiculairement aux parois de l'enveloppe 1. Ces renforts 2 sont constitués de plaques de métal en feuille et préférentiellement de plaques en acier. Ils sont fixés sur les parois de l'enveloppe par tout moyen de soudage avec ou sans apport de métal. Ils sont soudés préférentiellement par transparence, c'est à dire par un soudage laser. Ces renforts occupent toute la hauteur et toute la largeur disponible à l'intérieur de l'enveloppe afin d'obtenir une inertie maximale dans le volume disponible. Chacun des renforts 2 comprend une partie inférieure 3 et une partie supérieure 4, la partie inférieure 3 étant plus large que la partie supérieure 4. La partie supérieure 4 du renfort comprend plusieurs jours 5 de formes triangulaires disposés linéairement le long de ladite partie supérieure 4. Les triangles qui constituent les jours 5 ont les angles arrondis et sont disposés de telle sorte que leurs sommets soient alternativement dirigés vers le haut puis vers le bas. Les angles des triangles sont arrondis pour éviter les amorces de rupture. Dans la partie inférieure 3 du renfort, il a été5 également pratiqué des jours 5 de formes triangulaires aux angles arrondis, mais de plus grande taille, et ceux-ci sont également disposés de tel sorte que leurs sommets soient alternativement dirigés vers le haut puis vers le bas. Afin de consolider la structure du réservoir, il est possible de10 relier les renforts deux à deux par une plaque de métal 6 en feuille, préférentiellement en acier, dans laquelle un jour de forme sensiblement rectangulaire 7 a été pratiqué. Cette plaque 6 qui marque la limite entre la partie supérieure 4 et la partie inférieure 3 sera toujours soudée préférentiellement par transparence perpendiculairement aux renforts et perpendiculairement aux parois de l'enveloppe 1. Un autre mode de réalisation des renforts selon l'invention est représenté à la figure 2. Il s'agit d'un renfort sous forme de métal en feuille, préférentiellement en acier, dont les jours 5 sont de forme sensiblement rectangulaire. Contrairement aux renforts 2 ajourés par triangle, le renfort 8 représenté à la figure 2 n'occupe pas toute la hauteur disponible. Dans cet exemple de réalisation non limitatif, le renfort comprend deux jours principaux 5a et 5b situés dans la partie médiane du renfort. Ces jours ont une forme sensiblement rectangulaire aux angles arrondis afin d'éviter les amorces de rupture. Au dessus de ces jours principaux 5a et 5b, se trouvent deux autres jours 5c et 5d de taille plus modeste également de forme sensiblement rectangulaire aux angles arrondis et en dessous de ces jours principaux, se trouvent également un autre jour 5e de forme rectangulaire aux angles arrondis. La distance séparant les jours principaux 5a et 5b est sensiblement égale à la distance séparant les deux jours secondaires supérieurs 5c et 5d formant ainsi une bande de métal pleine dans la partie médiane du renfort. Par ailleurs, le jour principal 5b est équidistant des jours secondaires 5d et 5e. Les extrémités de la plaque de métal feuilleté que constitue le renfort 8 se terminent par des pattes 9 de différentes largeurs et de différentes longueurs suivant les contraintes que subissent les parois. Ces pattes 9 sont soudées sur les parois de l'enveloppe 1 par tout moyen de soudage avec ou sans apport de métal. Elles sont soudées préférentiellement par transparence, c'est à dire par un soudage laser. Ces pattes 9 ont leurs extrémités 10 légèrement plus larges que leur corps afin d'augmenter l'inertie de l'ensemble après soudage. Les jours 11 que créent ces pattes après soudage sur les parois du réservoir ont également une forme sensiblement rectangulaire aux angles arrondis. Les jours 11 sont de préférence situés à chacun des angles formés par deux parois successives du réservoir 1. Afin de consolider la structure du réservoir, il est possible de relier les renforts deux à deux par une plaque de métal feuilleté, préférentiellement en acier, dans laquelle un jour de forme sensiblement rectangulaire a été pratiqué. Cette plaque sera toujours soudée préférentiellement par transparence le long d'une bande médiane M, c'est à dire entre les jours 5a et 5b et les jours 5c, 5d et 5e, perpendiculairement aux renforts et perpendiculairement à la paroi supérieure du réservoir 1. Un autre exemple de réalisation d'un renfort selon l'invention peut être mis en oeuvre. Il s'agit d'un renfort sous forme de métal en feuille, préférentiellement en acier, dont les jours sont de formes sensiblement circulaires. Ce type de renfort présente la même structure que celle du renfort représenté à la figure 2 et les jours sont disposés sensiblement de la même manière que dans le mode de réalisation précédent. Un autre mode de réalisation des renforts selon l'invention est représenté à la figure 3. Ce renfort 12 se présente sous la forme d'un tube cylindrique qui est fixé entre deux parois opposées de l'enveloppe du réservoir par tout moyen de soudage avec ou sans apport de métal. Mais, on -7 préfère une soudure par transparence, c'est à dire par un soudage laser. Le positionnement de ces renforts 12 dans le réservoir 1 se fait selon les contraintes que subit le réservoir en raison du fluide sous pression qu'il contient.5 Cependant, ce type de renfort 12 convient plus particulièrement à des réservoirs de faible hauteur. Ce renfort 12 est un tube de section circulaire dans lequel a été pratiqué des jours 13, indicativement au nombre de quatre, parallèlement à l'axe du tube. Les jours pratiqués sont de forme sensiblement rectangulaire aux angles arrondis toujours afin d'éviter les amorces de rupture et ils se font face deux à deux le long de l'axe du tube. Les extrémités 14 du tube sont en forme de corolles comprenant indicativement quatre pétales 15 évasés à leurs bases dont les extrémités forment un plan parallèle à la paroi du réservoir afin d'augmenter la surface de contact avec ladite paroi ce qui permet d'augmenter l'inertie de la soudure. Bien évidemment, les extrémités 14 en forme de corolle peuvent délimiter un nombre plus grand de pétales 15. Par ailleurs, dans un mode de réalisation équivalent, la section du tube peut être polyédrique; alors, chacune des faces du tube à section polyédrique peut présenter un jour de forme rectangulaire aux angles arrondis le long de l'axe du tube et les extrémités supérieures et inférieures de chacune des faces peuvent comporter un pétale à la base évasée dont les extrémités forment un plan parallèle à la paroi interne du réservoir. Un autre exemple de réalisation du renfort selon l'invention est représenté à la figure 4. Il s'agit d'un renfort en feuille de métal, préférentiellement en acier, dont la structure générale est à ondulations croisées. Ce renfort 16 comporte au moins deux parties, une supérieure et une autre inférieure, de forme sensiblement identique. Dans ce mode de réalisation, chaque plaque de métal feuilleté a été conformée pour obtenir une ondulation en forme de créneaux. Ces créneaux ont une hauteur faible, d'environ 30 mm, ce qui permettra à l'ensemble de la structure d'avoir une bonne inertie. La partie supérieure 16a de ce renfort est disposée dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de la partie inférieure 16b et elle sera 5 préférentiellement soudée par transparence à la dite partie inférieure. De part la forme des créneaux, la surface de contact entre la partie supérieure et la partie inférieure du renfort à ondulation croisée est grande, ce qui assure une grande inertie à la soudure. Par ailleurs, les angles formés par les côtés successifs des créneaux seront de préférence arrondis. Le renfort à ondulation croisée est solidarisée au réservoir 1 par tout moyen de soudage avec ou sans apport de métal, mais il sera soudé préférentiellement par transparence, soit au niveau de sa partie inférieure, soit au niveau de sa partie supérieure soit au niveau des deux. Il est à noter que l'ondulation peut être obtenue par une tôle pliée en forme de triangles disposés alternativement tête bêche ou bien encore en tôle pliée en forme de demi-cercles alternés. Un autre exemple de réalisation d'un réservoir selon l'invention est représenté à la figure 5 qui représente une vue en coupe longitudinale d'une section d'un réservoir. Le réservoir représenté est polyédrique de forme sensiblement parallélépipèdique. Il comprend au moins une paroi en forme de tôle ondulée et des renforts internes 2 disposés parallèlement les uns par rapport aux autres et perpendiculairement aux parois de l'enveloppe du réservoir. Ces renforts 2 se présentent sous la forme de plaques sensiblement planes. L'ondulation de la paroi est formée par la succession de voûtes 17 dont le rayon de courbure de chacune d'elles varie en fonction des contraintes subies par la paroi du réservoir en raison du fluide sous pression qu'il contient. L'ondulation de la paroi peut ne pas être uniforme, c'est à dire que les rayons de courbure de deux voûtes 17 successives peuvent être différents. Chacune des voûtes 17 qui forment la paroi du réservoir se situe entre les points d'appui des renforts 2, c'est à dire que l'intersection de deux voûtes 17 successives forment une arête qui correspond avec précision à l'extrémité d'un renfort 2. Les arêtes formées par deux voûtes 17 successives seront soudées par tout moyen de soudage avec ou sans apport de métal, préférentiellement par transparence, le long de la partie supérieure de chaque renfort 2. Les renforts 2 peuvent être de forme quelconque et préférentiellement de forme ajouré par triangle ou par rectangle comme décrits dans les paragraphes précédents. Cependant, ces types de réservoirs peuvent trouver des applications sur tous les corps creux, de forme "non de révolution", soumis à une pression interne comme par exemple dans le domaine des accumulateurs hydrauliques. REVENDICATIONS 1 - Réservoir polyédrique de forme extérieure et intérieure sensiblement parallélépipédique destiné à contenir du fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe (1) et des renforts internes (2) disposés à l'intérieur de l'enveloppe, parallèlement les uns par rapport aux autres et sensiblement perpendiculairement aux faces internes de l'enveloppe. 2 - Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que les renforts (2) sont des plaques de métal en feuille comprenant au moins un jour (5). 3 - Réservoir selon la revendication 2, caractérisé en ce que le jour présente une forme rectangulaire ou triangulaire dont les angles sont arrondis, ou une forme circulaire. 4 - Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que les renforts (12) sont constitués par les éléments sensiblement tubulaires métalliques comprenant des jours (13) et dont les extrémités (14) se terminent en corolle délimitant des pétales (15) évasés à leurs bases. - Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section desdits éléments (12) est circulaire ou polyédrique. 6 - Réservoir polyédrique de forme extérieure et intérieure sensiblement parallélépipèdique destiné à contenir du fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe (1) et des renforts internes (16) superposés en couches successives (16a, 16b) solidaires des parois et de la ou des couches situées immédiatement au dessus et /ou au dessous. 7 - Réservoir selon la revendication 6, caractérisé en ce que deux couches successives (16a, 16b) de renforts internes sont disposés alternativement dans des directions sensiblement perpendiculaires. 8 - Réservoir selon la revendication 7, caractérisé en ce que les renforts internes (16) se présente sous la forme de tôle pliée en créneaux. 9 - Réservoir selon la revendication 6, caractérisé en ce que les renforts internes (16) se présentent sous la forme de tôle pliée en triangle, disposés alternativement tête bêche. - Réservoir selon la revendication 6, caractérisé en ce que les renforts internes (16) se présentent sous la forme de tôle pliée en demi-cercles alternés. 11 - Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une des parois de l'enveloppe se présente sous la forme d'une tôle ondulée. 12 Réservoir selon la revendication 11, caractérisé en ce que les points d'appuis des renforts (2) sont disposés au niveau de la jonction de deux ondulations adjacentes. 13 - Réservoir selon les revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les dites ondulations (17) sont en forme de voûtes. 14 - Réservoir selon les revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les dites ondulations (17) ont une forme triangulaire.