Brevet FR3072156A1 — publié le 20190412

Domaine technique La présente invention concerne le domaine général des réservoirs, notamment pour gaz sous pression, ces réservoirs de type IV comportant un liner définissant une chambre de stockage, une structure de renfort entourant le liner, une embase permettant le remplissage et le vidage de la chambre de stockage. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel réservoir. Technique antérieure Dans le cadre de la recherche de sources d'énergie alternatives aux énergies fossiles, certains gaz et en particulier l'hydrogène, non polluant et dont le pouvoir calorifique est élevé, s'annonce être un vecteur d'énergie particulièrement prometteur. Les gaz sont couramment transportés, comprimés dans des réservoirs le plus souvent cylindriques, ces réservoirs étant fermés par des dômes pourvus ou non chacun d'une embase. Pour 20 résister aux fortes pressions des gaz contenus, ces réservoirs comportent généralement un liner logé dans une structure de renfort réalisée en matériau composite. Les réservoirs peuvent ainsi être de plusieurs types, soit totalement métallique (Type I), soit avec un liner métallique 25 recouvert d'une couche de composite sur la partie centrale (Type II), soit avec un liner métallique totalement recouvert de composite (Type III), soit avec un liner polymère recouvert de composite (Type IV). La présente invention concerne un réservoir de ce 30 dernier cas (Type IV) dans lequel le liner polymère est raccordé à une ou deux embases métalliques. Un des problèmes rencontrés par les réservoirs de type IV est la liaison entre l'embase métallique et le liner polymère qui constitue une zone de jonction particulièrement MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG - 2 - fragile notamment lors des sollicitations répétées. Cette zone de jonction est source de problèmes de fiabilité, importants à long terme. Ces problèmes sont particulièrement sensibles pour les réservoirs d'hydrogène soumis à des 5 pressions élevées. De plus, lorsque l'hydrogène est utilisé comme carburant d'un véhicule à moteur, ces problèmes sont renforcés par la fréquence importante des cycles de mise en pression et les changements de température. 10 Exposé de l'invention Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients précédemment cités en proposant un réservoir de type IV et un procédé de fabrication de ce réservoir, ledit réservoir ayant une conception combinant un poids 15 modéré pour des performances mécaniques importantes et durables, en particulier une bonne tenue à la fatigue lors de mises sous pression répétées. A cet égard, la présente invention a pour objet un réservoir de type IV comportant un liner en polymère déterminant un volume de stockage d'un gaz sous pression muni d'un orifice et logé à l'intérieur d'une structure de renfort en composite muni d'un orifice, et une embase permettant de mettre en relation ledit volume de stockage avec l'extérieur dudit réservoir au travers desdits orifices afin de charger/décharger ce dernier en gaz sous pression, le réservoir étant remarquable en ce que l'embase comporte au moins : - un embout externe comportant un tube creux pourvu à l'une de ses extrémités d'une collerette, et étant solidarisé à la structure de renfort en introduisant ledit tube dans l'orifice de la structure de renfort jusqu'à ce que ladite collerette vienne en appui sur la face interne de cette dernière, - un embout interne comportant un tube creux pourvu à MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG l'une de ses extrémités d'une collerette, ledit tube étant introduit dans l'orifice du liner puis au moins en partie dans le tube de l'embout externe par le côté de la collerette pour être solidarisé de manière étanche dans l'embout 5 externe, et - un écrou vissé sur l'extrémité libre dudit embout interne, les embouts externe et interne, l'écrou et la structure de renfort étant conformés pour comprimer la partie du liner 10 entourant l'orifice en donnant à la ligne neutre dudit liner dans une section transversale issue de l'embase une forme globale de N incliné et aplati et en formant un coin au niveau du bord de l'orifice du liner. De manière avantageuse, l'écrou comporte du côté opposé 15 au volume de stockage une rainure apte à recevoir un rebord du liner s'étendant autour de l'orifice en direction de l'intérieur dudit volume de stockage, de manière à créer un point fixe. La collerette de l'embout externe est de préférence 20 telle que sa face située du côté du tube dudit embout externe épouse la forme de la face interne de ladite structure de renfort, et que sa face située du côté opposé est formée par deux faces tronconiques interne et externe se rejoignant, ces dernières sont telles que leurs génératrices respectives 25 forment entre elles un angle a obtus dont le sommet est orienté vers le volume de stockage, lorsque l'embout externe est solidaire de la structure de renfort. La collerette de l'embout interne est alors avantageusement telle que sa face située du côté du tube 30 dudit embout interne est tronconique, ladite face étant disposée en vis-à-vis de la face tronconique interne de la face de la collerette de l'embout externe et sa génératrice formant avec la génératrice de ladite face tronconique interne un angle J positif, lorsque l'embout interne est MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG - 4 - assemblé sur l'embout externe. De même, l'écrou 8 comporte avantageusement du côté opposé au volume de stockage une face tronconique, cette dernière étant disposée en vis-à-vis de la face tronconique 5 externe de la face de la collerette de l'embout externe et sa génératrice étant sensiblement parallèle à la génératrice ladite face tronconique externe, lorsque l'embout interne est assemblé sur l'embout externe et que l'écrou est vissé sur ledit embout interne. 10 De manière avantageuse, le tube de l'embout externe comporte, du côté de sa collerette, un lamage et dans le prolongement de ce dernier un taraudage dont le diamètre est inférieur à celui dudit lamage, et le tube de l'embout interne a un diamètre extérieur légèrement inférieur à celui dudit 15 lamage et comporte un premier filetage dont le diamètre extérieur est inférieur à celui dudit tube et apte à coopérer avec ledit taraudage. Le tube de l'embout interne comporte alors de préférence une gorge périmétrique apte à recevoir un organe 20 d'étanchéité. Description sommaire des figures D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'un exemple 25 particulier de réalisation, donné à titre d'illustration non limitative, d'un réservoir de type IV conforme à l'invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une vue de coupe longitudinale d'un réservoir de type IV selon l'invention ; 30 - la figure 2 est une vue de détail agrandie de l'embase du réservoir de type IV de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de détail agrandie de l'embase du réservoir de type IV de la figure 2. MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG - 5 - Meilleure manière de réaliser l'invention technique En référence aux figures 1 et 2 et conformément à l'invention, on a représenté un réservoir 1 de type IV de 5 forme globalement cylindrique comportant un liner 2 déterminant un volume de stockage 3 d'un gaz sous pression et logé à l'intérieur d'une structure de renfort 4 réalisée en matériau composite, et une embase 5 métallique disposée à l'une des extrémités longitudinales du réservoir 1 et 10 permettant de mettre en relation ledit volume de stockage 3 avec l'extérieur dudit réservoir afin de charger/décharger ce dernier en gaz sous pression, tout en assurant l'étanchéité entre le liner 2 et la structure de renfort 4. Il va de soi que le réservoir 1 pourra comporter plus 15 d'une embase 5 et que l'embase 5 pourra être disposée différemment sur ledit réservoir 1, sans sortir du cadre de la présente invention. Le liner 2, dont la fonction est de faire barrière à la perméation et aux fuites du gaz sous pression qu'il 20 contient, est réalisé en matériau polymère et comprend une partie centrale tubulaire 21 creuse fermée à ses extrémités par deux dômes 22,23. Le liner 2 peut être obtenu par toute technique adaptée telle que, par exemple, le rotomoulage, l'extrusion-soufflage ou encore l'assemblage par collage. 25 Le liner 2 comporte au moins un orifice 24 pour permettre le chargement/déchargement en gaz sous pression du volume de stockage 3 qu'il détermine. Dans l'exemple de réalisation décrit, l'orifice 24 est aménagé au droit de la zone centrale du dôme 23. 30 Par ailleurs, pour garantir son maintien en position sur l'embase 5, le liner 2 comporte un rebord circulaire 25 s'étendant autour dudit orifice 24 de façon concentrique et en direction de l'intérieur du volume de stockage 3. La structure de renfort 4, dont la fonction est de MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG résister aux contraintes mécaniques générées par le gaz sous pression contenu dans le volume de stockage 3 déterminé par le liner 2, est réalisée en matériau composite et comprend une partie centrale tubulaire 41 creuse fermée à ses 5 extrémités par deux dômes 42,43. La structure de renfort 4 comporte au moins un orifice 44 pour permettre le chargement/déchargement en gaz sous pression du volume de stockage 3. Dans l'exemple de réalisation décrit, l'orifice 44 est aménagé de préférence 10 au droit de la zone centrale du dôme 43. L'embase 5 est de préférence métallique et comporte un embout externe 6 apte à être solidarisé à la structure de renfort 4, un embout interne 7 apte à être solidarisé, avantageusement de façon étanche, sur ledit embout externe 6, 15 un écrou 8 fixé sur ledit embout interne 7 et un organe de blocage 9 dudit embout externe 6 sur la structure de renfort 4. L'embout externe 6 comprend un tube 61 creux de section transversale circulaire étant pourvu à l'une de ses 20 extrémités d'une collerette 62 annulaire globalement circulaire, et apte à être introduit dans l'orifice 44 de la structure de renfort 4 jusqu'à ce que ladite collerette 62 vienne en appui sur la face interne de ladite structure de renfort 4. 25 La face 63 de ladite collerette 62 située du côté du tube 61 de l'embout externe 6 est de préférence non plane pour épouser la forme de la face interne de ladite structure de renfort 4, et dans l'exemple de réalisation décrit la forme de la face interne de son dôme 43. 30 La face 64 de ladite collerette 62 située du côté opposée au tube 61 de l'embout externe 6 présente un chanfrein aménagé le long de chacune de ses arêtes interne et externe de manière à obtenir une face 64 formée par deux faces tronconiques interne 65 et externe 66 se rejoignant. MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG - 7 - Ces dernières sont telles que leurs génératrices respectives forment entre elles un angle a obtus, c'est-à-dire compris entre 90 et 180°, dont le sommet est orienté de préférence vers le volume de stockage 3, lorsque l'embout externe 6 est 5 solidaire de la structure de renfort 4. Une fois que le tube 61 est introduit dans l'orifice 44 de la structure de renfort 4 jusqu'à ce que la collerette 62 vienne en appui sur la face interne de la structure de renfort 4, l'embout externe 6 est bloqué en position sur la 10 structure de renfort 4 par l'organe de blocage 9 coopérant avec l'extrémité libre dudit tube 61 dépassant de la structure de renfort 4 à l'extérieur du réservoir 1. L'organe de blocage 9 est de préférence un écrou vissé sur ladite extrémité libre du tube 61 qui comporte par 15 conséquent une portion filetée 67. L'embout interne 7 comprend un tube 71 creux de section transversale circulaire étant apte à être introduit au moins en partie par le côté de la collerette 62 et solidarisé de manière étanche dans le tube 61 de l'embout externe 6. Pour 20 cela, le tube 61 comporte, du côté de la collerette 62, un lamage 68 et dans le prolongement de ce dernier un taraudage 69 dont le diamètre est inférieur à celui dudit lamage 68, et le tube 71 a un diamètre extérieur légèrement inférieur à celui du lamage 68 du tube 61 de l'embout 25 externe 6 et comporte un premier filetage 72 dont le diamètre extérieur est inférieur à celui dudit tube 71 et apte à coopérer avec le taraudage 69 dudit tube 61. Par ailleurs, pour assurer l'étanchéité de l'assemblage embout externe 6 - embout interne 7, le tube 71 comporte une 30 gorge 73 périmétrique apte à recevoir un organe d'étanchéité, non représenté sur les figures, tel que, par exemple, un joint torique garantissant l'étanchéité entre la face interne du lamage 68 du tube 61 de l'embout externe 6 et la face externe du tube 71 de l'embout interne 7. MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG Ainsi, pour solidariser de façon étanche l'embout interne 7 au moins en partie dans l'embout externe 6, il faut introduire le tube 71 de l'embout interne 7 dans le lamage 68 du tube 61 de l'embout externe 6 et visser le premier 5 filetage 72 dans le taraudage 69 jusqu'à ce que le tube 71 vienne en butée contre le fond du lamage 68. Par ailleurs, le tube 71 de l'embout interne 7 comprend également un deuxième filetage 74 situé à son extrémité libre opposée au premier filetage 72 et une collerette 75 annulaire 10 s'étendant perpendiculairement de la face externe dudit tube 71 entre les premier et deuxième filetages 72,74. La face 76 de la collerette 75 située du côté opposé au tube 71 dudit embout externe (6) est circulaire et plane alors que la face 77 de la collerette 75 située du côté dudit 15 tube 71 est tronconique, la génératrice de ladite face 77 formant avec la génératrice de la face tronconique interne 65 de la collerette 62 de l'embout externe 6 un angle J positif, lorsque l'embout interne 7 est assemblé sur l'embout externe 6. 20 Ledit deuxième filetage 74 est apte à coopérer avec l'écrou 8 pour permettre la solidarisation de ce dernier sur l'embout interne 7. Ledit écrou 8 comporte en outre du côté opposé au volume de stockage 3 : 25 - une face 81 circulaire plane apte à venir en contact avec la face 76 de la collerette 75 située du côté du deuxième filetage 74, - une rainure 82 avantageusement circulaire aménagée au-delà de ladite face 81 circulaire et apte à recevoir le 30 rebord circulaire 25 du liner 2 pour maintenir en position ce dernier, et - une face tronconique 83 s'étendant depuis le bord externe de ladite rainure 82, la génératrice de la face tronconique 83 étant sensiblement parallèle à la génératrice MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG la face tronconique externe 66 de la face 64 de la collerette 62, lorsque l'embout interne 7 est assemblé sur l'embout externe 6 et que l'écrou 8 est vissé sur ledit embout interne 7. 5 Avec cette configuration, l'assemblage du réservoir 1 de type IV conforme à l'invention s'effectue selon les étapes suivantes : - mise en place de l'embout externe 6 sur le liner 2 en introduisant le tube 61 creux de l'embout externe 6 dans 10 l'orifice 24 dudit liner 2, en déposant au préalable un produit adhésif sur les surfaces qui vont être en contact, puis en assemblant l'embout interne 7 au moins en partie dans l'embout externe 6, en introduisant le tube 71 de l'embout interne 7 dans le lamage 68 du tube 61 de l'embout externe 6 15 et en vissant le premier filetage 72 dans le taraudage 69 jusqu'à ce que le tube 71 vienne en butée contre le fond du lamage 68, l'assemblage pouvant être rendu définitif par collage entre les embouts externe 6 et interne 7 ; serrage mécanique de l'écrou 8 sur l'embout interne 7 20 jusqu'à sa face 81 circulaire plane vienne en contact avec la face 76 de la collerette 75 dudit embout interne 7, située du côté du deuxième filetage 74 ; - mise en place de l'ensemble ainsi obtenu dans la structure de renfort 4 en introduisant le tube 61 creux de 25 l'embout externe 6 dans l'orifice 44 de ladite structure de renfort 4 jusqu'à ce que la collerette 62 dudit embout externe 6 vienne en appui sur la face interne de ladite structure de renfort 4, puis par un serrage mécanique entre l'embout externe 6 et l'organe de blocage 9. 30 En référence à la figure 3, on comprend bien avec cette configuration, qu'une fois le liner 2 mis en place dans l'embase 5 et la structure de renfort 4, la ligne neutre 26 dudit liner 2 dans une section transversale issue de l'embase 5 a une forme globale de N incliné et aplati. En MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG - 10 - effet, ladite ligne neutre 26 s'étend depuis l'embout interne 7 d'abord en direction du volume de stockage 3 entre la face tronconique interne 65 de la collerette 62 de l'embout externe 6 et la face tronconique 77 de la 5 collerette 75 de l'embout interne 7. Ensuite, au droit du rebord 25, la ligne neutre 26 change de direction et s'étend en direction de la structure de renfort 4 entre la face tronconique externe 66 de la collerette 62 de l'embout externe 6 et la face tronconique 83 10 de l'écrou 8. Enfin, la ligne neutre 26 change à nouveau de direction et s'étend en longeant la forme de la structure de renfort 4. On comprend bien que cette configuration en N, permet de maintenir une pression de contact importante entre le 15 liner 2 et l'embase 5. Ainsi, la première zone, située entre la face tronconique interne 65 de la collerette 62 de l'embout externe 6 et la face tronconique 77 de la collerette 75 de l'embout interne 7, est la principale zone d'étanchéité dans 20 laquelle le liner 2 est comprimé entre les embouts externe 6 et interne 7. Par ailleurs, dans cette première zone, les lignes directrices respectives de la face tronconique interne 65 et de la face tronconique 77 forment un angle J positif de sorte 25 que le bord de l'orifice 24 du liner 2 forme un coin, favorisant son maintien en place même lors d'une déformation sous l'effet d'un chargement mécanique ou thermique. En effet, en cas de variation de température, la longueur de l'extrémité du liner 2 peut augmenter ou réduire, par contre 30 l'angle L ne change pas. De plus, le rebord 25 dudit liner 2 permet, quelle que soit la température et/ou la pression, de créer un point fixe garantissant le contact entre les embouts externe 6 et interne 7 et le liner 2. MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG Par ailleurs, la deuxième zone, située entre la face tronconique externe 66 de la collerette 62 de l'embout externe 6 et la face tronconique 83 de l'écrou 8, est une zone permettant la liaison entre le liner 2 et l'embout 5 externe 6 et le maintien du liner 2 par l'écrou 8. Possibilité d'application industrielle On comprend bien que le réservoir 1 de type IV conforme à l'invention est de préférence utilisé pour contenir de 10 l'hydrogène sous pression. Toutefois, il est évident que le réservoir 1 peut être adapté et utilisé pour contenir d'autres types de gaz ou de liquides sous pression. Enfin, il va de soi que les exemples de réservoirs 1 conformes à l'invention qui viennent d'être décrits ne sont 15 que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives de l'invention. MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG REVENDICATIONS1 - Réservoir (1) de type IV comportant un liner (2) en polymère déterminant un volume de stockage (3) d'un gaz sous pression muni d'un orifice (24) et logé à l'intérieur d'une structure de renfort (4) en composite muni d'un orifice (44), et une embase (5) permettant de mettre en relation ledit volume de stockage (3) avec l'extérieur dudit réservoir (1) au travers desdits orifices (24,44) afin de charger/décharger ce dernier en gaz sous pression, le réservoir (1) étant caractérisé en ce que l'embase (5) comporte au moins : - un embout externe (6) comportant un tube (61) creux pourvu à l'une de ses extrémités d'une collerette (62), et étant solidarisé à la structure de renfort (4) en introduisant ledit tube (61) dans l'orifice (44) de la structure de renfort (4) jusqu'à ce que ladite collerette (62) vienne en appui sur la face interne de cette dernière, - un embout interne (7) comportant un tube (71) creux pourvu à l'une de ses extrémités d'une collerette (75), ledit tube (71) étant introduit dans l'orifice (24) du liner (2) 20 puis au moins en partie dans le tube (61) de l'embout externe (6) par le côté de la collerette (62) pour être solidarisé de manière étanche dans l'embout externe (6), et - un écrou (8) vissé sur l'extrémité libre dudit embout interne (7), 25 les embouts externe (6) et interne (7) et l'écrou (8) et la structure de renfort (4) étant conformés pour comprimer la partie du liner (2) entourant l'orifice (24) en donnant à la ligne neutre (26) dudit liner (2) dans une section transversale issue de l'embase (5) une forme globale de N 30 incliné et aplati et en formant un coin au niveau du bord de l'orifice (24) du liner (2). 2 - Réservoir (1) selon la revendication 1 caractérisé MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG - 13 - en ce que l'écrou (8) comporte du côté opposé au volume de stockage (3) une rainure (82) apte à recevoir un rebord (25) du liner (2) s'étendant autour de l'orifice (24) en direction de l'intérieur dudit volume de stockage (3) de manière à 5 créer un point fixe. 3 - Réservoir (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la collerette (62) de l'embout externe (6) est telle que sa 10 face (63) située du côté du tube (61) dudit embout externe (6) épouse la forme de la face interne de ladite structure de renfort (4), et que sa face (64) située du côté opposé est formée par deux faces tronconiques interne (65) et externe (66) se rejoignant, ces dernières sont telles que 15 leurs génératrices respectives forment entre elles un angle a obtus dont le sommet est orienté vers le volume de stockage (3), lorsque l'embout externe (6) est solidaire de la structure de renfort (4). 4 - Réservoir (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la collerette (75) de l'embout interne (7) est telle que sa face (77) située du côté du tube (71) dudit embout interne (7) est tronconique, ladite face (77) étant disposée en vis-à-vis de la face tronconique interne (65) de la face (64) de la collerette (62) de l'embout externe (6) et sa génératrice formant avec la génératrice de ladite face tronconique interne (65) un angle L positif, lorsque l'embout interne (7) est assemblé sur l'embout externe (6). 5 - Réservoir (1) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'écrou 8 comporte du côté opposé au volume de stockage (3) une face tronconique (83), cette dernière étant disposée en vis-à-vis MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG - 14 - de la face tronconique externe (66) de la face (64) de la collerette (62) de l'embout externe (6) et sa génératrice étant sensiblement parallèle à la génératrice ladite face tronconique externe (66), lorsque l'embout interne (7) est 5 assemblé sur l'embout externe (6) et que l'écrou (8) est vissé sur ledit embout interne (7). 6 - Réservoir (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tube (61) de 10 l'embout externe (6) comporte, du côté de sa collerette (62), un lamage (68) et dans le prolongement de ce dernier un taraudage (69) dont le diamètre est inférieur à celui dudit lamage (68), et en ce que le tube (71) de l'embout interne (7) a un diamètre extérieur légèrement inférieur à celui dudit 15 lamage (68) et comporte un premier filetage (72) dont le diamètre extérieur est inférieur à celui dudit tube (71) et apte à coopérer avec ledit taraudage (69). 7 - Réservoir (1) selon la revendication 6 caractérisé 20 en ce que le tube (71) de l'embout interne (7) comporte une gorge (73) périmétrique apte à recevoir un organe d'étanchéité. MAHYT1-FR-2 TEXTE DEPOSE RG/AG