Brevet FR2838177A1 — publié le 20031010

coulissante (17). Domaine de l'invention L'invention concerne un réservoir pour fluide sous pression élevée, c'est-à-dire une pression supérieure à 1 MPa. Un domaine particulier, mais non exclusif, d'application de l'invention est celui des réservoirs GNV (Gaz Naturel Véhicule) destinés à contenir un gaz comprimé à environ 20 MPa pour véhicule automobile. Arrière-plan de l'invention Le développement de la propuision automobile par carburants gazeux ou liquéfiés sous pression a conduit à rechercher des solutions de stockage de carburant permettant, dans les meilleures conditions de sécurité: - I'obtention d'un indice de performance en volume, ou coefficient de remplissage (rapport entre volume embarqué et encombrement autorisé) le plus élevé possible, - I'obtention d'un indice constructif (rapport entre volume embarqué et masse du réservoir) le plus élevé possible, et - I'utilisation de technologies à coûts réduits. Dans le cas de la motorisation par GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié), les pressions de service sont relativement faibles (de l'ordre de 1 MPa), de sorte que l'indice constructif est moins discriminant que les autres facteurs. Par contre, dans le cas de la motorisation par GNV, la pression est beaucoup plus élevée, de l'ordre de 20 MPa. Dans ce domaine, les réservoirs existants sont constitués d'un ou plusieurs conteneurs élémentaires, ou modules de forme générale cylindrique et réalisés soit en matériau métallique, soit en matériau composite. Un réservoir permettant de stocker un fluide sous pression élevée tout en conservant un bon coefficient de remplissage a été proposé dans la demande de brevet WO 98/26209. Ce réservoir connu est formé d'une pluralité de conteneurs élémentaires tubulaires et présente une architecture polymorphe avec les avantages particuliers suivants: - grande facilité d'adaptation à l'espace disponible, - modularité, - fractionnement du volume de stockage avec possibilité d'isolement éventuel de conteneurs élémentaires pour répondre aux objectifs de sécurité, et - une masse relativement peu élevée, du fait que l'exigence d'épaisseur de paroi pour chaque conteneur élémentaire est bien moins sévère que pour un réservoir monocorps ayant le même volume total utile. Lorsque les modules sont en matériau métallique, ils présentent un indice constructif relativement faible. Dans le cas de modules en matériau composite, I'indice constructif est sensiblement plus élevé mais la contrainte de tenue en pression induit une épaisseur de paroi élevée, ce qui affecte le coefficient de remplissage. En outre, la réalisation de réservoirs monolithes de type fonds + virole en matériau composite induit des contraintes de fabrication importantes, notamment pour la réalisation du bobinage et/ou du drapage du renfort fibreux du matériau composite, et pour les outillages nécessaires, en particulier mandrins ou formes qui doivent permettre le démontage de la structure bobinée ou drapée. Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de proposer des réservoirs pour fluide sous pression élevée qui soient formés d'un ou d'une pluralité de conteneurs élémentaires, mais avec une simplification de la réalisation du ou des conteneurs élémentaires, et donc une réduction sensible du coût de fabrication, tout en permettant l'obtention de réservoirs compacts et performants. Ce but est atteint du fait que le ou chaque conteneur comprend un corps cylindrique en matériau composite, deux flasques obturant le corps cylindrique à ses extrémités axiales, et au moins une sangle ceinturant le conteneur sensiblement en direction longitudinale en prenant appui sur des parties des faces extérieures des flasques. La réalisation de chaque conteneur en un corps cylindrique complété par deux flasques d'extrémité apporte un certain nombre d'avantages: - le corps cylindrique peut être dimension né pour ten ir aux seuis efforts radiaux engendrés par la pression interne, ce qui autorise une épaisseur de paroi réduite, - la séparation des fonctions de reprise des efforts radiaux et de reprise des efforts longitudinaux permet d'élargir la possibilité de choix des matériaux utilisés pour le corps cylindrique, la ou les sangles et les flasques, et du dimensionnement de ces pièces, - le corps cylindrique étant à section constante, différents modes de fabrication en continu ou semi-continu peuvent être utilisés, c'est-àdire non seulement les techniques de bobinage ou de drapage, mais d'autres processus d'obtention de structures tubulaires en matériau composite, tels que des processus de pultrusion. De préférence, le ou chaque conteneur est ceinturé par au moins deux sangles disposées de part et d'autre d'un plan longitudinal médian du corps cylindrique. L'espace entre les sangles, au niveau d'au moins un des flasques, peut être mis à profit pour former un évidement permettant de loger un équipement de mesure, de sécurité ou de raccordement, sans pénaliser l'encombrement. Les sangles peuvent être en matériau métallique ou en matériau composite. Dans ce dernier cas, elles comportent un renfort fibreux formé de fibres continues. Les flasques peuvent être en matériau métallique ou en matériau composite structural. Ava ntageusement, la ou chaque sa ng le passe da ns une gorge ménagée à la face extérieure de chaque flasque. Avantageusement encore, chaque flasque a une forme de bouchon avec une partie engagée de fason étanche à une extrémité du corps cylindrique. Un élément de verrouiliage en rotation peut en outre être prévu entre le corps cylindrique et l'un au moins des flasques pour s'opposer à une rotation du flasque par rapport au corps cylindrique autour de l'axe de celui-ci. Le corps cylindrique et les flasques de chaque conteneur peuvent être munis d'un revêtement interne en un matériau étanche au fluide, selon la nature des matériaux constitutifs du conteneur et du fluide contenu. Dans le cas d'une pluralité de conteneurs, ceux-ci s'inscrivent avantageusement dans des volumes parallélégipédiques ou prismatiques définis par les flasques, ce qui permet un assemblage des conteneurs de fason modulaire en les disposant côte à côte. La liaison mécanique entre deux conteneurs adjacents peut alors être obtenue par un organe de liaison mécanique les reliant par exemple au niveau des flasques disposés côte à côte de ces deux conteneurs. En variante, des conteneurs peuvent être assemblés en faisceau en étant maintenus ensemble au moins partiellement par un dispositif ceinturant le faisceau. Les volumes internes de deux conteneurs adjacents peuvent être mis en communication l'un avec l'autre à travers au moins une liaison de fluide reliant des flasques situés côte à côte de ces deux conteneurs. En variante ou en complément, au moins certains des conteneurs peuvent être reliés à un collecteur de fluide par au moins une sortie formée à travers un flasque. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages du réservoir selon l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après à titre indicatif mais non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle très schématique en perspective d'un mode de réalisation d'un réservoir conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en perspective et à échelle agrandie d'un conteneur élémentaire du réservoir de la figure 1; - la figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale du conteneur de la figure 2; - la figure 4 est une vue éclatée partielle en perspective et à échelle agrandie montrant un mode de réalisation d'un raccordement entre conteneurs adjacents dans le réservoir de la figure 1; - la figure 5 est une vue partielle en coupe du raccordement entre deux conteneurs adjacents selon le mode de réalisation de la figure 4; - la figure 6 montre très schématiquement une variante de réalisation de l'assemblage de conteneurs formant un réservoir; - la figure 7 montre très schématiquement une variante de réalisation du raccordement des volumes internes des conteneurs formant un réservoir; - la figure 8 est une vue schématique en coupe montrant un raccordement entre un conteneur d'un réservoir et un tube collecteur; - les figures 9 à 11 sont des vues en coupe montrant des variantes de réalisation d'un flasque d'un conteneur permettant ie logement d'équipement(s). Description détaillée des modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un réservoir 10 formé d'un assemblage de modules ou conteneurs élémentaires 20 disposés côte à côte (non tous représentés). Chaque conteneur 20 comprend un corps cylindrique 22 obturé à ses extrémités axiales par des flasques 30. Les conteneurs 20 sont disposés parallèlement les uns aux autres, chacun s'inscrivant à I'intérieur d'un volume parallélépipédique 21 défini par la forme des flasques 30. L'ensemble des conteneurs s'inscrit dans un volume défini par l'encombrement autorisé pour le réservoir. En section transversale, cet ensemble s'inscrit dans un polygone régulier ou non réqulier, certains conteneurs pouvant en outre présenter des longueurs différentes de celles des autres conteneurs, de sorte que le réservoir peut présenter des renfoncements ou des parties en saillie (non montrées sur la figure l). Les figures 2 et 3 illustrent plus en détail un conteneur élémentaire 20. Le corps cylindrique 22, par exemple à section circulaire, est réalisé en matériau composite structural formé d'un renfort fibreux densifié par une matrice. Les fibres du renfort peuvent être par exemple des fibres en carbone, verre, aramide, polyéthylène ou autre. La matrice peut être par exemple en une résine thermoplastique ou thermodurcissable. Le corps cylindrique 22 peut aussi être en matériau composite thermostructural avec fibres de renfort et matrice en carbone ou céramique. Le corps cylindrique 22 confère au conteneur 20 la tenue à la composante radiale de la pression du fluide qu'il contient. Différents procédés connus peuvent être utilisés pour réaliser le corps cylindrique 22, tels que par exemple le bobinage filamentaire par fil préimprégné sur un mandrin, ou l'enroulement de bandes ou strates fibreuses pré-imprégnées sur un mandrin ou encore le moulage de strates avec transfert de résine (ou procédé RTM). La forme cylindrique permet également de faire appel au procédé de pultrusion qui autorise la réalisation en continu de tubes de grande longueur dans lequel les corps cylindriques 22 sont découpés aux longueurs voulues. Le corps cylindrique 22 est muni si nécessaire sur sa face interne d'un revêtement 24 (ou liner) étanche aux fluides d'épaisseur sensiblement constante. Le revêtement 24 peut être formé par une feuille métallique, par exemple en alliage d'aluminium, ou par un matériau plastique, par exemple polyéthylène ou polytétrafluoroéthylène (PTFE), ou par un élastomère. Le revêtement 24 est présent au moins sur toute la surface interne au contact du fluide. Le revêtement 24 peut être collé sur la face interne du corps cylindrique 22 après réalisation de celui-ci. En variante, I'intégration du revêtement 24 peut être réalisée au stade de la fabrication du corps cylindrique 22, par exemple en réalisant un bobinage ou drapage directement sur la feuille de revêtement ou en réalisant la pultrusion avec amenée simultanée du matériau du revêtement. Les flasques 30 obturant le corps cylindrique 22 à ses extrémités ont une forme de bouchon avec une tête 32 qui s'appuie sur l'extrémité du corps cylindrique et une jupe 34 qui pénètre à l'intérieur de celui-ci. Les flasques peuvent être réalisés en une seule pièce en matériau composite structural. De même que le corps cylindrique 22, les flasques peuvent être alors munis si nécessaire d'un revêtement étanche au fluide sur leurs surfaces internes, revêtement réalisé en continuité avec celui 24 du corps cylindrique 22. De préférence, les flasques 30 sont réalisés en une seule pièce en matériau métallique, par exemple en alliage d'aluminium. La tête 32 a une section transversale polygonale qui s'inscrit dans la section du volume parallélépipédique 21 définissant l'encombrement du conteneur 20. La jupe 34 présente au moins une gorge dans laquelle est logé un joint d'étanchéité 35 qui s'appuie sur la face interne du revêtement 24. Afin de s'opposer à une rotation entre chaque flasque 30 et le corps cylindrique 22, autour de l'axe de ce dernier, un verrouillage en rotation est réalisé au moyen par exemple dune ou plusieurs goupilles 16, chacune logée à travers une lumière 28 formée dans la paroi du corps cylindrique 22 et dans un trou borgne formé dans la jupe 34, du côté extérieur du joint d'étanchéité 35 par rapport au volume interne du conteneur. La lumière 28 s'étend en direction longitudinale pour autoriser un déplacement axial relatif entre le corps cylindrique et le flasque lorsque le conteneur est sous pression. La tenue des flasques 30 à la pression axiale exercée par le fluide contenu dans le réservoir élémentaire 20 est assurée par deux sangles a, 40b. Celles-ci ceinturent le conteneur 20 longitudinalement en s'appuyant sur les faces externes des flasques 30. Avantageusement, les sangles 40a, 40b passent dans des gorges 36a, 36b formées dans les faces externes des têtes 32 des flasques, de sorte que les sangles sont effficacement maintenues en position. La profondeur des gorges 36a, 36b est choisie pour que les sangles a, 40b s'y logent dans toute leur épaisseur et ne créent pas de protubérances sur les faces externes des têtes 32. Les gorges 36a, 36b assurent ainsi une fonction de protection des sangles aux extrémités du conteneur en plus de la fonction de guidage. Une couche d'interposition, par exemple en élastomère, pourra être disposée au fond des gorges 36a, 36b, les sangles s'appuyant sur cette couche d'interposition. Les sangles 40a, 40b peuvent être constituées par des bandes métalliques fixées autour du conteneur. De préférence, les sangles sont en un matériau composite structural à renfort fibreux et matrice par exemple en résine. Les fibres du renfort sont des fibres continues permettant la tenue aux efforts longitudinaux. Les fibres peuvent être en carbone, verre, aramide, polyéthylène ou autre, tandis que la matrice est par exemple une résine phénolique ou époxy. Les sangles 40a, 40b peuvent alors être mises en place par bobinage de filaments ou de texture fibreuse en bande préimprégnés par la résine de la matrice. Les deux sangles 40a, 40b s'étendent le long de plans parallèles entre eux situés de part et d'autre d'un plan médian du conteneur. De la sorte, les sangles 40a, 40b ainsi que les reliefs des gorges 36_, 36b s'inscrivent dans le volume parallélépipédique 21 et n'augmentent pas l'encombrement. Bien que l'utilisation de deux sangles soit préférée, il est possible d'envisager une seule sangle s'étendant suivant un plan longitudinal médian. Il est possible aussi de prévoir plus de deux sangles, par exempie avec une ou plusieurs sangles supplémentaires disposées selon un plan non parallèle à ceux des sangles 40_, 40b et croisant celles-ci lors de leur passage sur les têtes 32 des flasques. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, chaque conteneur élémentaire est en communication interne avec chacun ou au moins un de ses voisins à une extrémité. A cet effet, comme le montrent les figures 4 et 5, des raccords tubulaires 42 munis d'un passage interne 42_ sont prévus pour être insérés dans des perSages 38 formés dans l'une au moins des faces latérales 32, 322, 323, 324 des têtes 32 des flasques 30. Des joints d'étanchéité 46 sont aussi montés sur les raccords 42 pour s'interposer entre les parties des raccords pénétrant dans les persages 38 et les parois internes de ceux-ci. Le maintien en position du raccord tubulaire 42 entre les deux flasques adjacents est obtenu par exemple par la présence d'une collerette 44 venant se loger dans des lamages 38a formés dans les faces latérales adjacentes des flasques 30. La communication entre les volumes internes de deux conteneurs voisins est alors assurée par les raccords 42 tubulaires et les perCages 38 qui s'ouvrent dans le volume interne du corps cylindrique à travers les jupes 34 des flasques (voir figure 3). Chaque conteneur est en contact physique naturel direct avec un ou plusieurs conteneurs adjacents par appui entre flasques 30 au niveau des faces 32, 322, 323, 324. L'assemblage peut être réalisé au moyen d'attaches locales telles que des brides 50 fixées par exemple par des vis 51 engagées dans des trous 39 des têtes 32 des flasques 30 (voir figures 1 et 4). Les liaisons par brides sont réalisées aux deux extrémités des conteneurs. En variante, ou en complément, l'assemblage du réservoir peut étre réalisé par au moins une ceinture 17 qui encercle le réservoir 10 au niveau des flasques, perpendiculairement aux axes des conteneurs élémentaires comme montré par la figure 6. Lorsque les conteneurs 20 sont dire*ement interconnectés, la liaison de fluide entre le réservoir et un tube collecteur 14 (figure 1) peut être réalisée au niveau d'un seul conteneur 20, au niveau du réservoir qui convient le mieux dans sa configuration d'utilisation. En variante, si nécessaire, en particulier lorsque les conteneurs ne sont pas interconnectés ou pas tous interconnectés, des liaisons de fluide multiples entre un ou plusieurs tubes collecteurs et des conteneurs élémentaires peuvent étre réalisées. La figure 7 montre très schématiquement des conteneurs reliés chacun à une extrémité à un tube collecteur 14. Les tubes collecteurs 14 qui sont reliés en commun à une conduite collectrice 15, peuvent alors avoir une fonction mécanique d'assemblage des conteneurs 20. Un réservoir 10 tel que décrit ci-avant convient particulièrement pour le stockage de gaz sous pression dans un véhicule automobile fonctionnant au GNV. Il est alors avantageusement muni d'un bouclier de protection métallique ou en matériau composite (non représenté), comme connu en soi (on pourra se référer au document WO 98/26209 déjà cité), au moins pour protéger des parties apparentes en matériau composite vis à-vis d'agressions extérieures. La figure 8 illustre une réalisation du raccordement du volume interne d'un conteneur 20 avec un tube collecteur 14. Un conduit 48 est raccordé à un perCage 37 formé dans la tête 32 du flasque 30, à une extrémité du réservoir élémentaire. Le conduit 48 est relié à un tube collecteur 14. Une disposition semblable peut être prévue à l'autre extrémité du réservoi r élé menta ire, auq uel cas celui-ci est relié non pas à un seu l, ma is à deux tubes collecteurs. Avantageusement, I'espace entre les sangles, au niveau des flasques, peut être utilisé pour y intégrer au moins un équipement de mesure, de sécurité ou de raccordement, tel que manomètre, système d'isolement, fusible thermique, limiteur de débit, raccord avec un tube collecteur. Cette disposition permet d'intégrer cet équipement dans le volume du réservoir et, de plus, contribue à le protéger. Dans l'exemple illustré par la figure 9, un équipement 52, par exemple un manomètre, est vissé dans une ouverture centrale formée dans le flasque 30, avec interposition d'un joint d'étanchéité 54. Dans le mode de réalisation de la figure 10, I'équipement 52 est également introduit dans une ouverture centrale du flasque 30 avec joint d'étanchéité 54, mais la liaison mécanique est réalisée par vis 56 traversant une collerette 58 solidaire de l'équipement 52. Quant au mode de réalisation de la figure 11, il se distingue de celui de la figure 9 en ce que l'équipement 52 est traversé par un conduit 60 permettant le raccordement du volume interne du conteneur à un tube collecteur 14. Dans le mode de réalisation de la figure 11, la liaison mécanique de l'équipement 52 sur le flasque pourrait être réalisée par vis, comme montré sur la figure 10. Bien entendu, d'autres variantes pourront être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le volume dans lequel s'inscrit chaque conteneur élémentaire pourra être de forme prismatique autre que parallélépipédique, selon la forme des têtes des flasques. On pourra par exemple conférer aux têtes des flasques une forme à section transversale hexagonale. En outre, un réservoir peut être constitué de différents sous ensembles comprenant chacun un assemblage de conteneurs élémentaires et reliés entre eux par des conduites. Une réalisation du réservoir en de tels sousensembles permet de tirer parti de différents espaces disponibles dans un véhicule. Par ailleurs, le réservoir pourra ne comporter qu'un seul conteneur réalisé de fason semblable à celle décrite ci-avant pour des conteneurs élémentaires. Enfin, bien qu'une application à un réservoir de gaz pour véhicule automobile avec motorisation par GNV ait été envisagée, I'invention s'applique à tout réservoir de fluide sous pression élevée. REVENDICATIONS l. Réservoir pour fluide sous pression, comprenant un ou une pluralité de conteneurs ou modules élémentaires assemblés réalisés au moins en partie en matériau composite, caractérisé en ce que le ou chaque conteneur élémentaire (20) comprend un corps cylindrique (22) en matériau composite, deux flasques (30) obturant le corps cylindrique à ses extrémités axiales, et au moins une sangle (40a, 40b) ceinturant le conteneur sensiblement en direction longitudinale en prenant appui sur des parties des faces extérieures des flasques. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque conteneur (20) est ceinturé par au moins deux sangles disposées (40a, b) de part et d'autre d'un plan longitudinal médian du corps cylindrique (22) . 3. Réservoir selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1'un au moins des flasques (30) d'un conteneur supporte un équipement (52) de mesure, de sécurité ou de raccordement logé dans un espace situé entre les sangles. 4. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les sangles (40a, 40b) sont en matériau composite à renfort en fibres continues. 5. Réservoir selon l'une quelconque des revendications à 3, caractérisé en ce que la ou les sangles (40a, 40b) sont en matériau métallique. 6. Réservoir selon l'une quelconque des revendications à 5, caractérisé en ce que les flasques (30) sont en matériau composite. 7. Réservoir selon la revendication 6, caractérisé en ce que les flasques (30) sont munis d'un revêtement étanche aux fluides à leur surface intérieure. 8. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les flasques (30) sont en matériau métallique. 9. Réservoir selon l'une quelconque des revendications à 8, caractérisé en ce que la ou chaque sang le (40a, 40b) passe dans une gorge (36a, 36b) ménagée à la face extérieure de chaque flasque. 10. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque flasque (30) a une forme de bouchon avec une partie (34) engagée de fason étanche à une extrémité du corps cylindrique (22). 11. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps cylindrique (22) de chaque conteneur est muni d'un revêtement interne (24) en un matériau étanche aux fluides. 12. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins un élément (16) de verrouillage en rotation est prévu entre le corps cylindrique (22) et au moins un flasque (30) pour s'opposer à une rotation du flasque par rapport au corps cyiindrique autour de l'axe de celui-ci. 13. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant une pluralité de conteneurs élémentaires (20), caractérisé en ce que deux conteneurs situés côte à côte sont en contact physique mutuel direct au niveau de flasques adjacents (30). 14. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant une pluralité de conteneurs élémentaires (20), caractérisé en ce que deux conteneurs adJacents sont reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un organe de liaison mécanique (50) reliant des flasques (30) situés côte à côte de ces deux conteneurs. 15. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 comprenant une pluralité de conteneurs élémentaires (20), caractérisé en ce que les volumes internes de deux conteneurs adjacents sont en communication l'un avec l'autre à travers au moins une conduite de liaison (42) reliant des flasques (30) situés côte à côte de ces deux conteneurs. 16. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'au moins certains des réservoirs élémentaires sont reliés à un collecteur de fluide par au moins une sortie formée à travers un flasque. 17. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'une pluralité de réservoirs élémentaires forment un faisceau de réservoirs maintenus ensemble au moins partiellement par un dispositif (17) ceinturant le faisceau. 28381 77 18. Réservoir selon rune quelconque des revendications à 17,