Brevet FR3107739A1 — publié le 20210903

Dispositif de maintien d’un réservoir intérieur d’une citerne de transport de liquide cryogénique La citerne (1) de transport de liquide cryogénique selon l’invention comprend un réservoir intérieur (2), de forme sensiblement cylindrique, disposé dans une enveloppe extérieure (3) et destiné à recevoir un liquide cryogénique, le réservoir intérieur (2) et l’enveloppe extérieure (3) sont coaxiaux d’axe X, ledit réservoir intérieur (2) étant relié à l’enveloppe extérieure (3) par un dispositif de soutien, elle est caractérisée en ce que le dispositif de soutien comprend une fixation rigide et une bielle (5), un premier côté (53) de la bielle (5) étant fixé à l’autre extrémité du réservoir intérieur (2) et un deuxième côté (54) de la bielle (5) étant fixé à l’enveloppe extérieure (3). Figure à publier avec l’abrégé: Figure 2 Dispositif de maintien d’un réservoir intérieur d’une citerne de transport de liquide cryogénique DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention se rapporte au domaine des citernes et plus particulièrement celles destinées à transporter des liquides cryogéniques que ce soit par conteneur, semi-remorques ou toute autre citerne transportable. Les transports de liquides cryogéniques, à cause de la différence de température entre le liquide transporté et l’air ambiant est souvent de l’ordre de 200°C, ce qui nécessite d’isoler thermiquement la citerne. La solution traditionnelle d’isolation est faite par des matériaux de type polyuréthane ou d’autres matériaux combustibles, cependant ceux-ci sont interdits par l’ADR ( A ccord pour le transport des marchandises D angereuses par la R oute) pour les produits au-dessous de -182°C. Les autres matériaux solides, tels que la perlite, pour une même performance d’isolation nécessitent souvent une épaisseur plus importante d’où une masse totale plus importante. Etant donné la limite de la masse totale roulante autorisée, toute masse supplémentaire entraine par conséquence une réduction de la masse de produit transportable. Même pour des produits légers comme le méthane, l’isolation trop épaisse dépasserait du gabarit routier autorisé. Pour ces différentes raisons, les citernes à simple parois avec isolation rigide sont maintenant abandonnées pour les gaz liquides à basse température. Aujourd’hui, le marché est donc aux citernes à double parois entre lesquelles on réalise un vide d’air poussé pour empêcher le transfert thermique par conduction. Ces citernes sont constituées d’un réservoir intérieur dans lequel est transporté le liquide cryogénique et une enveloppe extérieure. Cependant avec 200°C de différence entre les parois, le rayonnement est très important. Il est géré soit en remplissant l’inter-paroi de perlite (solution assez lourde et nécessitant une épaisseur d’inter-paroi assez importante pour limiter le flux conductif), soit par une isolation en multi couches (MLI Multi Layer Insulation) comme celle utilisées autour des satellites. La solution vide d’air poussé et MLI est aujourd’hui la solution la plus performante du marché. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION L’utilisation de citerne à double parois soulève le problème du soutien du réservoir intérieur dans l’enveloppe extérieure. Ces supports doivent répondre à trois problèmes principaux : Soutenir la masse du réservoir intérieur par rapport à la gravité, mais aussi les autres accélérations qu’il peut rencontrer sur la route; Résister à la dilatation thermique : l’enveloppe extérieure reste à température ambiante tandis que le réservoir intérieur peut rétrécir jusqu’à environ 7 mm au niveau du diamètre et de 40 mm en longueur; Avoir le moins possible de déperdition thermique par conduction (utilisation de matériaux peu conducteurs, faibles sections et grande longueur). Il est connu de prévoir un cône disposé à l’arrière et une pièce coulissante à l’avant. La pièce coulissante à l’avant permet au réservoir intérieur de coulisser par rapport à l’enveloppe extérieure lors d’une dilatation thermique. Cependant cette solution nécessite que la partie froide coulisse dans une fausse cloison percée. La partie froide allant se contracter en refroidissant, du jeu risque d’apparaitre dans la liaison ce qui va, à terme, entraîner de l’usure voire plus grave de la fatigue et une rupture possible. On connait également un dispositif constitué de deux plots fixes et deux plots mobiles disposés en partie basse. Les plots sont constitués d’un empilement de cônes soudés pour limiter la conduction. Cependant il est difficile de maitriser les jeux: il en faut assez pour permettre le mouvement, mais pas trop car cela engendrerait des chocs indésirables. La tenue dans le temps n’est pas contrôlable. Il est aussi utilisé des chaines pour suspendre la cuve intérieure, ou encore de la poser sur des cales. Cependant ces systèmes ne sont pas suffisamment fiables, le réservoir intérieur n’étant pas suffisamment maintenu. L’objet de l’invention est de répondre à ces problèmes et de garantir un maintien fiable du réservoir intérieur à la fois à l’avant et à l’arrière tout en permettant une récupération de la dilatation longitudinale. La citerne de transport de liquide cryogénique selon l’invention comprend un réservoir intérieur, de forme sensiblement cylindrique, disposé dans une enveloppe extérieure et destiné à recevoir un liquide cryogénique, le réservoir intérieur et l’enveloppe extérieure sont coaxiaux d’axe X, ledit réservoir intérieur étant relié à l’enveloppe extérieure par un dispositif de soutien, elle est caractérisée en ce que le dispositif de soutien comprend une fixation rigide et une bielle, un premier côté de la bielle étant fixé à l’autre extrémité du réservoir intérieur et un deuxième côté de la bielle étant fixé à l’enveloppe extérieure. Il n’y a pas de pièces coulissantes du côté froid (réservoir), mais uniquement des liaisons pivots (mécaniques) plus fiables et plus faciles à ajuster Le dispositif de soutien comprend un élément de soutien à chaque extrémité du réservoir, ces éléments sont disposés à proximité des pièces de coins du cadre qui portent la citerne. La fixation rigide pourra par exemple être constitué d’un cône d’axe X avec une base et un sommet, le sommet étant fixée à une extrémité du réservoir intérieur et la base à l’enveloppe extérieure, Le cône pourra être fixé par soudage. Le cône concentrique relié au réservoir garantit un espacement périphérique régulier de celui-ci avec l’enveloppe extérieure. Le cône est de fixation simple, sa grande longueur, entre 400 et 1500mm, limite les déperditions par conduction et permet une bonne répartition des contraintes sur tout son pourtour. Avantageusement, la citerne comprend des tuyaux de remplissage du réservoir disposé à une extrémité et le cône est disposé à ladite extrémité. Avoir un point fixe (le cône), résistant et fiable du côté des tuyauteries, permet d’avoir un minimum de contrainte dans ces dernières lors des dilatations. Avantageusement, le cône présente des perçages. Ils permettent de limiter les flux thermiques entre le réservoir intérieur et l’enveloppe extérieure. Selon une disposition particulière, la bielle est articulée dans un plan perpendiculaire à l’axe X. Le mouvement de la bielle est ainsi dirigé selon l’orientation où la dilatation thermique est la plus forte, la dilatation longitudinale. Avantageusement, la bielle a une longueur proportionnelle à la longueur du réservoir intérieur. La grandeur de la dilatation étant proportionnelle à la longueur du réservoir, on peut prévoir des tailles différentes de bielles selon la dimension du réservoir intérieur. D’autre part, la longueur de la bielle et de ses supports permet de limiter les déperditions par conduction et de s’affranchir de matériaux isolants sensibles à l’usure ou avec des coefficients de dilatation différents pouvant entrainer des jeux ou des efforts importants. Avantageusement, la bielle comprend des bagues en bronze. Le bronze garantit l’absence d’usure et de risques de grippage. Avantageusement, la bielle est disposée dans une cuvette prévue à l’extrémité du réservoir intérieur. La cuvette rentrant dans le fond du réservoir intérieur permet d’avoir une citerne très compacte qui permet de garder les extrémités du réservoir intérieur et de l’enveloppe extérieure très proches l’une de l’autre et ainsi de maximiser le volume transportable. Selon une disposition particulière, la bielle a une position repliée où elle est rentrée dans la cuvette et une position déployée où est sensiblement verticale. Ainsi, lors du refroidissement du réservoir intérieur, la bielle pivote sans efforts pour se retrouver en position verticale optimale pour reprendre la charge. L’invention concerne aussi un procédé de montage d’une citerne avec au moins une des caractéristiques précédentes, il est caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes: soudage du sommet du cône sur le réservoir intérieur, montage de la bielle sur le réservoir intérieur, introduction du réservoir intérieur dans l’enveloppe extérieure, soudage de la base du cône sur l’enveloppe extérieure, montage de la bielle sur l’enveloppe extérieure. Selon une caractéristique particulière: l’enveloppe extérieure comprend une ouverture à une de ses extrémités, au moment de l’introduction du réservoir intérieur, la bielle est dépliée la bielle dépasse par l’ouverture en fin d’introduction, on monte la bielle sur un couvercle et on soude le couvercle à l’enveloppe extérieure. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent données uniquement à titre d’exemple. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES est une vue d’une citerne selon l’invention; est une vue en perspective de la citerne de la figure 1: montre le détail de la bielle selon l’invention; est une vue de coté de la bielle en position repliée; est une vue de la bielle de la figure 3 en position déployée; est une vue en perspective de la fixation de la bielle sur le réservoir intérieur; montre la fixation de la bielle sur le couvercle; illustre la mise en place du couvercle sur l’enveloppe extérieure; est une vue en coupe de la figure 3. DESCRIPTION DETAILLEE Dans la suite de la description on considèrera que l’avant correspond à l’avant de la citerne et l’arrière à l’arrière de la citerne où sont placés les tuyauteries de remplissage de ladite citerne. Comme on peut le voir aux figures 1 et 2, la citerne 1 est une citerne cylindrique à double paroi constituée d’un réservoir intérieur 2 et d’une enveloppe extérieure 3, l’ensemble est orienté selon un axe X sensiblement horizontal est disposé dans un cadre 7. Un cône 4 est fixé à l’arrière de la citerne 1 entre le réservoir 2 et l’enveloppe 3. Le cône 4 comprend une base 40 et un sommet 41. La base 40 a un diamètre plus grand que le sommet 41. La base 40 est reliée à l’extrémité arrière de l’enveloppe extérieure 3, tandis que le sommet 41 est relié à l’arrière 24 du réservoir 2 un peu plus en avant. Le cône 4 étant relié de façon fixe entre le réservoir 2 et l’enveloppe 3 à l’arrière de la citerne 1 à côté des tuyauteries 6, il permet de limiter au maximum les contraintes dans ces tuyaux lors des dilatations du réservoir 2. La base 40 étant relié à l’extrémité arrière de la citerne 1, elle facilite la reprise des charges du réservoir 2 via des pièces de coin 70. Le cône 4 est troué de perçages 42 (cf. figure 1) afin de l’alléger et de limiter la conduction thermique entre le réservoir intérieur 2 et l’enveloppe extérieure 3. Ici les perçages 42 sont ronds et de taille identique mais ils pourraient être de forme et de taille différente. Une bielle 5 (cf. figure 3 et 4) est reliée d’un premier coté 53 à l’avant 23 du réservoir intérieur 2 et d’un deuxième coté 54 à un couvercle 30 disposé à l’avant de l’enveloppe extérieure 3 et destiné à fermer une ouverture 33 (voir figure 7) placée à l’avant de ladite enveloppe 3. Elle présente un premier axe de rotation 50 avec le réservoir intérieur 2 et un deuxième axe de rotation 51 avec l’enveloppe extérieure 3. Les axes 50 et 51 comprennent des bagues et sont parallèles et orientés dans un plan perpendiculaire à l’axe X. Dans l’exemple illustré sur les figures, les deux axes sont horizontaux, mais ils pourraient aussi avoir une autre orientation comme verticale par exemple. La bielle 5, le couvercle 30 et l’ouverture 33 sont placés sur l’axe X à l’extrémité avant du la citerne 1. La bielle 5 et ses axes 50 et 51 sont disposés dans une cuvette 20 disposée à l’avant du réservoir intérieur 2. Des nervures 21 (ici 4) sont prévues dans la cuvette 20, elles comportent des trous traversants 22 afin de recevoir l’axe 50. Des nervures 31 sont également prévues sur le couvercle 30, elles comportent des trous traversants 32 pour recevoir l’axe 51. Comme on peut le voir figure 4, à vide, la citerne 1 présente un espace e 0 entre les parois du réservoir 2 et de l’enveloppe 3. Lors du chargement du liquide cryogénique dans le réservoir 2 celui-ci va se rétracter à cause du froid tandis que l’enveloppe 3 va rester à température ambiante et garder les mêmes dimensions. Le réservoir intérieur 2 étant relié de façon fixe à l’enveloppe extérieure 3 à l’arrière par le cône 4, la rétractation R du réservoir 2 va entrainer un écartement du réservoir 2 par rapport à l’enveloppe 3 qui sera repris par la bielle 5 à cet endroit on aura un espacement e 1 (voir figure 5). Les figures 4 et 5 montrent comment la bielle 5 va permettre le déplacement du réservoir intérieur 2 par rapport à l’enveloppe extérieure 3 quand celui-ci se rétracte du fait du froid. La rétractation R du réservoir 2 entrainant un agrandissement de l’espace e 0 à e 1 , la bielle 5 va basculer passant d’une position inclinée à une position verticale. De la même façon, après avoir vidé le réservoir 2, celui-ci va reprendre sa taille normale et la bielle 5 rebasculera en sens opposé. La bielle 5 et la cuvette 20 pourront être réalisées par fonderie, les surfaces utiles étant ensuite réusinées. Le montage de la citerne 1 est fait de la façon suivante: On soude la cuvette 20 sur le fond du réservoir intérieur2 ; On monte la bielle 5 dans la cuvette 20en enfilant l’axe 50 dans les trous traversants 22 (cf. figure 6) ; On insère le réservoir intérieur 2 dans l’enveloppe extérieure 3, la bielle 4 dépliée dépassant par l’ouverture 33; On enfile l’axe 51 dans les trous traversants 32 pour lier la bielle 4 au couvercle 30(cf. figure 7) ; On remonte ensuite la bielle 4 en plaquant le couvercle 30 sur l’enveloppe extérieure 3 (cf. figure 8) et on soude l’enveloppe 3 avec le couvercle 30 (cf. figure 9). D’autre modes de réalisations sont possibles, comme l’utilisation de plusieurs bielles 5 disposées sur la partie avant de l’enveloppe 3 en dehors de l’axe X, l’orientation du cône 4 avec la base 40 dirigée vers l’avant au lieu de l’arrière. De la même manière, le montage de la bielle pourra être réalisé d’une autre façon. Citerne (1) de transport de liquide cryogénique comprenant un réservoir intérieur (2), de forme sensiblement cylindrique, disposé dans une enveloppe extérieure (3) et destiné à recevoir un liquide cryogénique, le réservoir intérieur (2) et l’enveloppe extérieure (3) sont coaxiaux d’axe X, ledit réservoir intérieur (2) étant relié à l’enveloppe extérieure (3) par un dispositif de soutien, caractérisée en ce que le dispositif de soutien comprend une fixation rigide et une bielle (5), un premier côté (53) de la bielle (5) étant fixé à l’autre extrémité (24, 23) du réservoir intérieur (2) et un deuxième côté (54) de la bielle (5) étant fixé à l’enveloppe extérieure (3). Citerne (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce qu’elle comprend des tuyaux (6) de remplissage du réservoir (2) disposé à une extrémité (24) et que le cône (4) est disposé à ladite extrémité. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que la fixation rigide est un cône (4) présentant des perçages (42). Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que la bielle (5) est articulée dans un plan perpendiculaire à l’axe X. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que la bielle (5) a une longueur proportionnelle à la longueur du réservoir intérieur (2). Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que la bielle (5) comprend des bagues en bronze. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que la bielle (5) est disposée dans une cuvette (20) prévue à l’extrémité (24, 23) du réservoir intérieur (2). Citerne (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce que la bielle (5) a une position repliée où elle est rentrée dans la cuvette (20) et une position déployée où est sensiblement verticale. Procédé de montage d’une citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce qu’il comprend les étapes suivantes: soudage du sommet (41) du cône (4) sur le réservoir intérieur (2), montage de la bielle (5) sur le réservoir intérieur (2), introduction du réservoir intérieur (2) dans l’enveloppe extérieure (3), soudage de la base (40) du cône sur l’enveloppe extérieure (3), montage de la bielle (5) sur l’enveloppe extérieure (3). Procédé selon la revendication précédente caractérisée en ce que l’enveloppe extérieure (2) comprend une ouverture (33) à une de ses extrémités, qu’au moment de l’introduction du réservoir intérieur (2), la bielle (5) est dépliée, qu’elle dépasse par l’ouverture (33) en fin d’introduction, qu’on monte la bielle (5) sur un couvercle (20) et qu’on soude le couvercle (20) à l’enveloppe extérieure (3).