Brevet FR3099094A1 — publié le 20210129

Description Titre de l'invention : Système de stockage d'hydrogène Domaine technique [0001] L'invention concerne le domaine des systèmes de stockage d'hydrogène. Un tel système de stockage d'hydrogène est conçu pour être embarqué à bord d'un véhicule, léger ou poids lourd, afin d'alimenter des piles à combustible. Technique antérieure [0002] Il est connu pour réaliser un système de stockage d'hydrogène, d'utiliser un réservoir sensiblement cylindrique comportant un ou deux goulots disposés aux extrémités axiales dudit cylindre. Le réservoir est avantageusement réalisé en composite. Ledit au moins un goulot accueille classiquement un dispositif de puisage. [0003] Afin d'une part de protéger le réservoir et d'autre part de faciliter l'intégration du système de stockage d'hydrogène sur véhicule, il est prévu une structure sensiblement parallélépipédique entourant et supportant le réservoir. La structure est avantageusement réalisée en matériau métallique ou en composite. [0004] En cas de choc, par exemple consécutif à un accident impliquant le véhicule, il convient de protéger le système de stockage d'hydrogène. La structure assure une protection du réservoir. [0005] Lc dispositif de puisage est particulièrement critique. Son arrachement hors du réservoir est crainte, s'il est soumis à des efforts importants. Un tel arrachement, libérant le dispositif de puisage, peut de manière préjudiciable, d'une part le transformer en projectile, et d'autre part, en libérant brutalement l'hydrogène contenu, créer un risque d'incendie ou d'explosion. [0006] Aussi convient-il de protéger particulièrement le dispositif de puisage. Résumé de l'invention 100071 Afin de résoudre ce problème, l'invention propose d'ajouter au système de stockage d'hydrogène une cage entourant le dispositif de puisage. La cage est solidaire de la structure au moyen d'au moins une pièce d'interface conformée pour se déformer et/ou rompre en cas de choc. Ainsi la cage reste solidaire du dispositif de puisage et ne transmet pas ou peu d'effort au dispositif de puisage. 100081 Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : 100091 - le système comprend encore au moins une canalisation rigide reliant le dispositif de puisage à un utilisateur, ladite au moins une canalisation comprenant au moins une chicane entre le dispositif de puisage et l'utilisateur, apte à se déformer plutôt que de transmettre un effort au dispositif de puisage, 2 100101 - le système comprend encore un premier moyen de fixation de ladite au moins une canalisation à la cage, en amont de ladite au moins une chicane, de préférence au plus près du dispositif de puisage, [0011] - le système comprend encore un deuxième moyen de fixation de ladite au moins une canalisation à la structure, en aval de ladite au moins une chicane, [0012] - la cage est en aluminium, en acier ou en composite, [0013] - le réservoir présente un diamètre compris entre 200 et 700 mm et une longueur comprise entre 500 et 3000 mm. [0014] Dans un deuxième aspect, l'invention concerne un véhicule équipé d'au moins un tel système de stockage d'hydrogène. Brève description des dessins [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : [0016] - [fig.1] la figure 1 montre en vue perspective un système de stockage d'hydrogène, [0017] - [fig.2] la figure 2 montre en vue perspective un détail de l'interface entre le dispositif de puisage et la structure, [0018] - [fig.3] la figure 3 montre en vue perspective le détail de la figure 2 depuis un autre point de vue, [0019] - [fig.4] la figure 4 montre en détail une pièce d'interface fragilisée, [0020] - [fig.5] la figure 5 montre en détail une canalisation de puisage. Description des modes de réalisation 100211 La figure 1, illustre un système de stockage d'hydrogène 1. Ce système de stockage d'hydrogène 1 comprend un réservoir 3 sensiblement cylindrique. Ce réservoir 3 comporte un ou deux goulots 5 avantageusement disposés aux extrémités axiales du cylindre formant le réservoir 3. Le réservoir 3 est avantageusement réalisé en composite, par exemple par enroulement nlamentaire. Ledit au moins un goulot 5 accueille classiquement un dispositif de puisage 6. Un dispositif de puisage 6 comprend une embase, avantageusement métallique, fixée au réservoir 3 de manière étanche dans le goulot 5. Dans cette embase est pratiquée au moins une canalisation permettant de relier l'intérieur du réservoir 3 à l'extérieur afin de réaliser toutes les opérations de remplissage du réservoir 3 avec de l'hydrogène ou de puisage pour utiliser ledit hydrogène issu du réservoir 3. Sur cette au moins une canalisation et/ou embase est encore disposé au moins une vanne permettant de contrôler l'entrée ou la sortie d'hydrogène ainsi qu'au moins un dispositif de contrôle et/ou de sécurité, tel qu'un manomètre et/ou une soupape de sûreté. 100221 Afin de protéger le réservoir 3, il lui est adjoint une structure 2 entourant le réservoir 3. Une telle structure 2 protège ainsi le réservoir 3 en lui fournissant une enveloppe 3 externe. Cette structure 2, avantageusement métallique, fournit des moyens de fixation avec le véhicule, facilitant ainsi l'intégration du système de stockage d'hydrogène 1 sur le véhicule. La structure 2 présente encore une forme sensiblement parallélépipédique, plus simple à manipuler, à empiler et à intégrer sur un véhicule. [0023] Le réservoir 3 est avantageusement immobilisé relativement à la structure 2. Ceci est réalisé par des moyens de fixation. Ces moyens de fixation peuvent être variés. Ainsi tel qu'illustré à la figure 1, le réservoir 3 peut être solidarisé avec la structure 2 au moyen d'une cage 7 solidaire de la structure 2 et fixant une extrémité axiale du réservoir 3 en enserrant le goulot 5 et/ou le dispositif de puisage 6. Il est possible de procéder de même pour l'autre extrémité axiale. Alternativement, selon une autre mode de réalisation non représenté, le réservoir 3 peut être immobilisé relativement à la structure 2, au moyen de sangles entourant le réservoir 3 transversalement relativement à son axe. [0024] En cas de choc, par exemple consécutif à un accident impliquant le véhicule portant le système de stockage d'hydrogène 1, il convient de protéger le système de stockage d'hydrogène 1. La structure 2 assure une protection pour le réservoir 3. [0025] Cependant le dispositif de puisage 6, de par sa disposition, ses contacts et son inertie, présente potentiellement de gros risques en cas de crash. [0026] Une fixation du réservoir 3 au moyen d'une cage 7 supportant le réservoir 3 par son goulot 5 ou par le dispositif de puisage 6, crée un risque d'arrachement du dispositif de puisage 6 par la cage 7 elle-même, transmettant au dispositif de puisage 6 un effort issu de la structure 2. [0027] De plus de par sa différence d'inertie, dispositif massif métallique relativement à un réservoir 3 majoritairement composite, un effort différentiel trop important appliqué au dispositif de puisage 6 risque de causer son arrachement du goulot 5. [0028] Un tel arrachement, en ce qu'il libère le dispositif de puisage 6, peut de manière pré- judiciable, le transformer en projectile, potentiellement vulnérant. Un tel arrachement peut encore, en libérant brutalement l'hydrogène contenu dans le réservoir 3, créer un risque d'incendie ou d'explosion. [0029] La cage 7 est solidaire de la structure 2 de manière à supporter, en conditions normales, le dispositif de puisage 6 et le réservoir 3 relativement à la structure 2. Cependant, en conditions de choc important, il convient que la cage 7 ne transmette pas ou peu d'effort au dispositif de puisage 6 depuis la structure 2. Aussi la cage 7 comprend au niveau de son assemblage avec la structure 2, au moins une pièce d'interface 8 conformée de manière à se déformer et/ou à se rompre en cas de choc. Avantageusement toutes les jonctions entre la cage 7 et la structure 3 sont équipées de telles pièces d'interface 8 fragilisées. Avantageusement encore, les jonctions sont en nombre réduit, préférentiellement à quatre ou trois ou encore préférentiellement à deux. Ainsi les éventuels efforts sont absorbés grâce à la déformation et/ou ne sont plus transmis grâce à la rupture. En cas de rupture, la cage 7 reste solidaire du dispositif de puisage 6. Ceci limite ou supprime la transmission d'effort au dispositif de puisage 6 en provenance de la structure 2. Ceci contribue à ce que, en cas de choc, le dispositif de puisage 6 reste solidaire du réservoir 3. [0030] Telle qu'illustrée aux figures 2 et 3, la cage 7 porte le dispositif de puisage 6 et ainsi le réservoir 3. La cage 7 est solidaire de la structure 2 via des pièces d'interface 8. Le nombre de pièces d'interface 8 est ici de quatre. Il peut être observé que ces pièces d'interfaces 8 présentent une section réduite afin de maîtriser leur résistance et sont de plus percées et découpées, afin de les fragiliser autant que de besoin. Les découpages et/ou perçages d'une pièce d'interface 8, dans leur nombre et leur forme, sont déterminés par la mesure nécessaire de la fragilisation souhaitée. Cette mesure est déterminée de manière à produire une rupture en cas de crash (choc important suite à un accident), mais à supporter le réservoir 3 pour des efforts inférieurs. La conception retenue pour une pièce d'interface 8 est ensuite validée par le calcul ou par un test de crash. [0031] Afin de créer un système de stockage d'hydrogène 1 polyvalent, toutes les hy- pothèses d'orientation des efforts de crash sont considérées. Ainsi le système de stockage d'hydrogène 1 selon l'invention est avantageusement apte à être intégré selon toute orientation sur un véhicule. [0032] Il existe une autre cause de transmission d'effort au dispositif de puisage 6. En effet, le dispositif de puisage 6 est, par nécessité fonctionnelle, connecté à au moins un utilisateur à l'extérieur du système de stockage d'hydrogène 1, au moyen d'au moins une canalisation 9 distribuant l'hydrogène audit utilisateur ou encore permettant le remplissage du réservoir 3. Ladite au moins une canalisation 9 est nécessairement rigide. [0033] Aussi, afin que ladite au moins une canalisation 9 n'exerce pas d'effort trop important sur le dispositif de puisage 6, en cas de choc, ladite canalisation 9 comprend au moins une chicane 12. [0034] Cette chicane 12, plus particulièrement visible aux figures 2-5, est disposée sur ladite au moins une canalisation 9, entre le dispositif de puisage 6 et l'utilisateur à l'extérieur du dispositif 1. Cette chicane 12, en forme de U, de double U tête-bêche (en S) ou toute autre forme offrant une capacité de déformation de la canalisation 9 permet de déformer la canalisation 9 au niveau de la chicane 12 en évitant ainsi que la canalisation 9 ne transmette un effort au dispositif de puisage 6. [0035] Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée aux figures 2, 5, le système de stockage d'hydrogène 1 comprend encore un premier moyen de fixation 10 de ladite au moins une canalisation 9 à la cage 7. Ce premier moyen de fixation 10 est avantageusement disposé, en amont de ladite au moins une chicane 12, et de préférence au plus près du dispositif de puisage 6. [0036] Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée aux figures 3, 4, 5, le système de stockage d'hydrogène 1 comprend encore un deuxième moyen de fixation 11 de ladite au moins une canalisation 9 à la structure 2, en aval de ladite au moins une chicane 12. L'amont et l'aval s'entendent ici dans le sens de l'écoulement spontané ou du puisage, soit du réservoir 3 vers l'extérieur. [0037] Selon une autre caractéristique, la cage 7 peut être réalisée en tout matériau. Avanta- geusement la cage 7 est en aluminium, en acier ou en composite. [0038] Selon une autre caractéristique, le réservoir présente un diamètre compris entre 200 et 700 mm et une longueur comprise entre 500 et 3000 mm. A titre d'exemple un système de stockage pour véhicule léger comprend un réservoir présentant un diamètre de 220 mm, une longueur de 1900 mm, un poids à vide de 29,7 kg et permet d'embarquer 1,67 kg d'hydrogène à 700 bars. A titre d'exemple un système de stockage pour poids lourd comprend un réservoir présentant un diamètre de 415 mm, une longueur de 2035 mm, un poids à vide de 59,7 kg et permet d'embarquer 4,7 kg d'hydrogène à 350 bars. [0039] L'invention concerne encore un véhicule équipé d'au moins un système de stockage d'hydrogène 1 selon l'une quelconque des revendications précédentes [0040] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Liste des signes de référence [0041] 1 : système de stockage d'hydrogène, [0042] 2 : structure, [0043] 3 : réservoir, [0044] 5 : goulot, [0045] 6 : dispositif de puisage, [0046] 7 : cage, [0047] 8 : pièce d'interface, [0048] 9 : canalisation, [0049] 10-11 : moyens de fixation, [0050] 12 : chicane. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Système dc stockage d'hydrogène (1), comprenant un réservoir (3) sen- siblement cylindrique comportant au moins un goulot (5) axial accueillant un dispositif dc puisage (6), une structure (2) sensiblement parallélépipédique entourant le réservoir (3), caractérisé en ce qu'il comprend encore une cage (7) supportant le réservoir (3) en enserrant le dispositif de puisage (6) et solidaire de la structure (2) au moyen d'au moins unc pièce d'interface (8) conformée pour se déformer et/ou rompre en cas de choc afin que la cage (7) reste solidaire du dispositif de puisage (6) et ne transmette pas ou peu d' effort au dispositif de puisage (6). [Revendication 2] Système de stockage d'hydrogène (1) selon la revendication 1, comprenant encore au moins une canalisation (9) rigide reliant le dispositif de puisage (6) à un utilisateur, ladite au moins une canalisation (9) comprenant au moins une chicane (12) entre le dispositif de puisage (6) et l'utilisateur, apte à se déformer plutôt que de transmettre un effort au dispositif de puisage (6). [Revendication 3] Système de stockage d'hydrogène (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 ou 2, comprenant encore un premier moyen de fixation (10) de ladite au moins une canalisation (9) à la cage (7), en amont de ladite au moins une chicane (12), de préférence au plus près du dispositif de puisage (6). [Revendication 4] Système de stockage d'hydrogène (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, comprenant encore un deuxième moyen de fixation (11) de ladite au moins une canalisation (9) à la structure (2), en aval de ladite au moins une chicane (12). [Revendication 5] Système de stockage d'hydrogène (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, où la cage (7) est en aluminium, en acier ou en composite. [Revendication 6] Système de stockage d'hydrogène (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, où le réservoir (3) présente un diamètre compris entre 200 et 700 mm et une longueur comprise entre 500 et 3000 mm. [Revendication 7] Véhicule équipé d'au moins un système de stockage d'hydrogène (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.