Brevet FR3117186A1 — publié le 20220610

Réservoir de gaz à haute pression et dispositif de détection de déformations de ce réservoir Le réservoir (12) de gaz sous haute pression comprend une paroi composite (16) délimitant une chambre de stockage de gaz (18), la paroi composite (16) comprenant un revêtement intérieur (22) et une structure en fibres de carbone (24) entourant le revêtement intérieur (22). Il comprend au moins un conducteur électrique (28) s’étendant dans la paroi composite (16) ou sur une face interne ou externe de la paroi composite (16), le conducteur électrique (28) comprenant des moyens de connexion à un dispositif (14) de détection de déformations du réservoir. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Réservoir de gaz à haute pression et dispositif de détection de déformations de ce réservoir La présente invention concerne un dispositif de détection de déformations pour un réservoir de gaz à haute pression, notamment un réservoir de stockage d’hydrogène. Un tel réservoir de stockage d’hydrogène est par exemple destiné à équiper un véhicule, notamment un véhicule automobile. Le dispositif de détection de déformations est destiné à surveiller la tenue mécanique du réservoir, afin par exemple d’estimer son usure. L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de détection à la fois économique et performant. A cet effet, l’invention a notamment pour objet un réservoir de gaz sous haute pression, notamment un réservoir à hydrogène, comprenant une paroi composite délimitant une chambre de stockage de gaz, la paroi composite comprenant un revêtement intérieur et une structure en fibres de carbone entourant le revêtement intérieur, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un conducteur électrique s’étendant dans la paroi composite ou sur une face interne ou externe de la paroi composite, le conducteur électrique comprenant des moyens de connexion à un dispositif de détection de déformations du réservoir. Un tel dispositif de détection utilise une technologie peu coûteuse, et l’intégration du conducteur dans la paroi composite permet des détections précises de déformations. Un ensemble selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Le conducteur électrique est agencé selon l’un des agencements suivants : le conducteur électrique s’étend dans le revêtement intérieur, ou sur une face interne du revêtement intérieur, opposée à la structure en fibre de carbone ; le conducteur électrique s’étend dans la structure en fibre de carbone, ou sur une face externe de la structure en fibre de carbone opposée au revêtement intérieur ; ou le conducteur électrique s’étend entre le revêtement intérieur et la structure en fibre de carbone. - Le conducteur électrique est replié en forme de U, dont les deux branches s’étendent parallèlement l’une par rapport à l’autre, ou le réservoir de gaz comporte deux conducteurs s’étendant parallèlement l’un par rapport à l’autre. - Le conducteur électrique est réalisé dans un matériau choisi entre un alliage de cuivre, un métal ou un polymère comprenant des particules conductrices. - La paroi composite comporte une virole refermée à ses extrémités par des fonds bombés respectifs, le conducteur électrique s’étendant le long de la virole et/ou d’au moins l’un des fonds bombés. - La virole présente une forme générale de révolution définie autour d’un axe longitudinal, dans lequel le conducteur électrique est enroulé autour de la virole en hélicoïde définie autour de l’axe longitudinal. - La paroi composite comporte une couche en fibres de verre entourant la structure en fibres de carbone. - Le conducteur électrique est formé, sur sa longueur, de plusieurs parties de nature différente, par exemple de plusieurs parties réalisées en matériaux différents, et/ou de plusieurs parties présentant des réactions différentes à la température. L’invention concerne également un ensemble d’un réservoir de gaz sous haute pression tel que défini précédemment, et d’un dispositif de détection de déformations du réservoir, dans lequel le conducteur électrique est connecté au dispositif de détection pour permettre une détection de déformations du réservoir. De manière optionnelle, le dispositif de détection comporte un dispositif de réflectométrie. L’invention concerne enfin un véhicule, notamment véhicule automobile, comprenant un réservoir de gaz tel que défini précédemment. Différents aspects et avantage de l’invention seront mis en lumière à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : La est une vue de perspective partiellement découpée d’un ensemble selon un premier exemple de mode de réalisation de l’invention ; La est une vue de perspective partiellement découpée d’un détail d’un ensemble selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l’invention ; La est une vue de perspective partiellement découpée d’un détail d’un ensemble selon un troisième exemple de mode de réalisation de l’invention ; La est une vue de perspective partiellement découpée d’un détail d’un ensemble selon un quatrième exemple de mode de réalisation de l’invention ; La est une vue de perspective partiellement découpée d’un détail d’un ensemble selon un cinquième exemple de mode de réalisation de l’invention ; La est un graphique représentant des signaux de réflectométrie. On a représenté, sur la , un ensemble 10 d’un réservoir 12 de stockage de gaz à haute pression et d’un dispositif 14 de détection de déformations du réservoir 12. Le réservoir de stockage 12 est par exemple destiné à stocker de l’hydrogène sous haute pression. Le réservoir de stockage 12 comporte une paroi composite 16 délimitant une chambre de stockage 18. La paroi composite 16 comporte par exemple une virole 16A refermée à ses extrémités par des fonds bombés 16B respectifs. L’un des fonds bombés 16B comporte de manière classique une vanne 20 de passage de gaz. Il est à noter que les fonds bombés ne sont pas toujours hémisphériques (il peut facilement y avoir plusieurs rayons dont les profils sont tangents par exemple). La réflectométrie pourrait aussi s’appliquer à d’autres formes de réservoir par exemple avec des embases à profil sinus / polynomial, etc. La virole 16A présente de préférence une forme générale cylindrique définie le long d’un axe longitudinal X. Le réservoir de stockage 12 présente par exemple une forme générale de révolution définie autour de l’axe longitudinal X. La paroi composite 16 comporte plusieurs couches décrites ci-dessous, de l’intérieur vers l’extérieur. La paroi composite 16 comporte tout d’abord un revêtement intérieur 22, présentant une première face interne délimitant la chambre de stockage 18, et une première face externe opposée radialement à la première face interne. La paroi composite 16 comporte ensuite une structure en fibres de carbone 24, entourant le revêtement intérieur 22, présentant une seconde face interne en contact avec la première face externe du revêtement intérieur 22, et une seconde face externe opposée radialement à la seconde face interne. La paroi composite 16 comporte ensuite avantageusement une couche en fibres de verre 26, entourant la structure en fibres de carbone 24, présentant une troisième face interne en contact avec la seconde face externe de la structure 24, et une troisième face externe opposée radialement à la troisième face interne. La paroi composite 16 comporte enfin de préférence un revêtement extérieur entourant la couche en fibres de verre 26. Le dispositif de détection 14 comporte au moins un conducteur électrique 28, par exemple un câble électrique 28, s’étendant dans la paroi composite 16 ou sur une face interne ou externe de la paroi composite 16. Le dispositif de détection 14 comporte par exemple un dispositif de réflectométrie 30 connecté au conducteur électrique 28. Le conducteur électrique 28 s’étendant le long de la virole 16A et/ou d’au moins l’un des fonds bombés 16B. Par exemple, le conducteur électrique 28 est enroulé autour de la paroi composite 16 en hélicoïde définie autour de l’axe longitudinal X. Le conducteur électrique 28 s’étend de préférence sur toute la longueur de la paroi composite 16. Différents exemples d’agencement du conducteur électrique 28 sont représentés sur les figures 1 à 5. Conformément au mode de réalisation de la , le conducteur électrique 28 s’étend dans le revêtement intérieur 22. Le conducteur électrique 28 est donc intégré au revêtement intérieur 22 lors de la fabrication de celui-ci. Conformément à une variante non représentée, le conducteur électrique 28 s’étend contre la première face interne du revêtement intérieur 22. Conformément au mode de réalisation de la , le conducteur électrique 28 s’étend entre le revêtement intérieur 22 et la structure en fibres de carbone 24. En d’autres termes, le conducteur électrique 28 s’étend sur la première face externe du revêtement intérieur et sur la seconde face interne de la structure en fibres de carbone 24. Le conducteur électrique 28 est alors intégré lors de l’assemblage du revêtement intérieur 22 et la structure en fibres de carbone 24. Conformément au mode de réalisation de la , le conducteur électrique 28 s’étend dans la structure en fibres de carbone 24. Le conducteur électrique 28 est donc intégré à la structure en fibres de carbone 24 lors de la fabrication de celle-ci. Conformément au mode de réalisation de la , le conducteur électrique 28 s’étend entre la structure en fibres de carbone 24 et la couche en fibres de verre 26. En d’autres termes, le conducteur électrique 28 s’étend sur la seconde face externe de la structure en fibres de carbone 24. Le conducteur électrique 28 est alors intégré lors de l’assemblage de la structure en fibres de carbone 24 et de la couche en fibres de verre 26. Conformément au mode de réalisation de la , le conducteur électrique 28 s’étend sur la troisième face externe de la couche en fibres de verre 26. Dans ce cas, le conducteur électrique 28 est de préférence recouvert par le revêtement externe. Conformément à un mode de réalisation non représenté, le conducteur électrique 28 s’étend dans la couche en fibres de verre 26. Le conducteur électrique 28 est donc intégré à la couche en fibres de verre 26 lors de la fabrication de celle-ci. Tous ces modes de réalisation ne diffèrent que par la position du conducteur électrique 28. Les autres caractéristiques, notamment celles décrites ci-dessous, peuvent être appliquées indifféremment à chaque mode de réalisation. Le conducteur électrique 28 est par exemple réalisé dans un matériau choisi entre un alliage de cuivre, un métal ou un polymère comprenant des particules conductrices. Avantageusement, le conducteur électrique 28 est formé, sur sa longueur, de plusieurs parties de nature différente, par exemple de plusieurs parties réalisées en matériaux différents, et/ou de plusieurs parties présentant des réactions différentes à la température. Dans ce cas, chaque partie du conducteur électrique présente une conductivité différente et/ou une sensibilité différente à la température. Ceci permet de générer une singularité dans la trace de réflectométrie. Il est à noter qu’une augmentation de température de la paroi 16 implique une élongation mécanique dans cette paroi 16. Une élongation peut également être la conséquence d’une contrainte mécanique (extérieure, pression intérieure, etc.). Les élongations dans la paroi 16 sont donc des conséquences d’effets mécaniques et thermiques. L’agencement de plusieurs parties de conducteur de nature différente permet de déterminer si l’élongation est due à un effet thermique ou à un effet mécanique uniquement, ou aux deux effets mécanique et thermique. En effet, chaque partie de conducteur donne une courbe ou une valeur permettant de résoudre une équation à une inconnue. Avec plusieurs parties de conducteur mises bout à bout donnant au moins deux courbes ou valeurs permettant de résoudre ce système d’équations à deux inconnues, cela permet d’en déduire la contribution de chaque cause de déformation. Avantageusement, le conducteur électrique 28 est replié en forme de U, dont les deux branches s’étendent parallèlement l’une par rapport à l’autre. Les deux branches du U sont alors espacées d’une distance avantageusement comprise entre 0 et 20 mm, de préférence d’une distance sensiblement égale à 10 mm, cette distance de 10 mm représentant un compromis optimal pour la meilleure détection de déformations. En variante, le dispositif de détection 14 comporte deux conducteurs électriques s’étendant parallèlement l’un par rapport à l’autre. Ces deux conducteurs électriques sont alors espacés d’une distance avantageusement comprise entre 0 et 20 mm. Dans ce cas où le dispositif de détection 14 comporte deux conducteurs électriques, les deux extrémités des conducteurs peuvent être libres à leur extrémité, ou jointives, ou connectées avec un composant électrique ayant une résistance électrique. Le fonctionnement du dispositif de réflectométrie électrique est connu en soit. Il peut être réalisé de manière classique en utilisant un appareil oscilloscope analyseur vectoriel ou des réflectomètres packagés (notamment une carte électronique ou une valise de contrôle). Le dispositif de réflectométrie envoie une impulsion ou un spectre de fréquence qui se propage le long des branches du conducteur 28 en U ou des conducteurs parallèles, et écoute le signal retour. L’analyse du signal retour permet de manière connue en soi de donner la position d’un défaut générant un écho, par mesure du temps de parcours. Le dispositif de réflectométrie selon l’invention est configuré sauvegarder au moins une courbe de réflectométrie de référence R1, R2 (représentées sur la ). Une courbe de réflectométrie présente en abscisse la distance le long du câble électrique et en ordonnée l’impédance mesurée (ou en variante une autre caractéristique d’un conducteur électrique). Sur la , la courbe R1 représente la courbe de réflectométrie en sortie de ligne de fabrication. Cette courbe présente des fluctuations représentant par exemple des tensions résiduelles dans la paroi composite. La courbe R2 est une autre courbe de référence, correspondant à un réservoir plein. Celui-ci subit alors des tensions dues à la présente du gaz comprimé, impliquant un allongement général, des variations locales et éventuellement des défauts, si bien qu’il y a un décalage entre la courbe R1 et la courbe R2. Il est possible de prévoir d’autres courbes de référence en fonction du taux de remplissage de la chambre de stockage 18, ou d’extrapoler de telles courbes de référence à partir des courbes R1 et R2. La détection de déformations est réalisée au cours de la vie du réservoir 12, en générant de nouvelles courbes de réflectométrie, et en comparant celles-ci avec la ou les courbes de référence. On détecte ainsi une déformation du réservoir 12 en cas de discordance entre une courbe de réflectométrie mesurée et la courbe de référence adéquate. Une telle déformation est par exemple une micro-élongation locale. Conformément au principe de la réflectométrie, la zone de discordance sur la courbe permet de connaitre la zone de déformation du réservoir 12, ce qui permet de faciliter la réalisation d’un diagnostic en cas de déformation détectée. L’intensité de la discordance permet également d’établir quelle est l’intensité de la déformation. Il est à noter que l’intégration du câble électrique 28 dans la paroi composite 16 permet une surveillance précise de cette paroi composite 16. Toute fluctuation du câble électrique 28 correspond en effet à une tension dans la paroi composite 16. Il est à noter que le dispositif de réflectométrie 30 peut être intégré au réservoir 12, ou en variante agencé à distance, par exemple en étant intégré dans le véhicule. Conformément à une autre variante, le dispositif de réflectométrie 30 est disposé sur une installation fixe, extérieure au véhicule, par exemple à une station-service. Dans ce cas, le dispositif de réflectométrie 30 doit être branché au câble électrique 28 pour effectuer une détection de déformations. La connexion est alors réalisée lors d’opération de contrôle ou de maintenance. Dans ce cas, une personne vient enlever un capuchon plastique sur le réservoir pour avoir accès à un connecteur électrique et connecter le dispositif de réflectométrie 30 extérieur. La connexion peut également être réalisée lors des opérations de remplissage. Dans ce cas, le pistolet de remplissage comporte un premier connecteur, et le véhicule comporte un second connecteur, les deux connecteurs étant connectés lors du branchement, le dispositif de réflectométrie pouvant alors librement interroger l’état de santé du réservoir. Réservoir (12) de gaz sous haute pression, notamment un réservoir à hydrogène, comprenant une paroi composite (16) délimitant une chambre de stockage de gaz (18), la paroi composite (16) comprenant un revêtement intérieur (22) et une structure en fibres de carbone (24) entourant le revêtement intérieur (22), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un conducteur électrique (28) s’étendant dans la paroi composite (16) ou sur une face interne ou externe de la paroi composite (16), le conducteur électrique (28) comprenant des moyens de connexion à un dispositif (14) de détection de déformations du réservoir. Réservoir de gaz (12) selon la revendication 1, dans lequel le conducteur électrique (28) est agencé selon l’un des agencements suivants : - le conducteur électrique (28) s’étend dans le revêtement intérieur (22), ou sur une face interne du revêtement intérieur, opposée à la structure en fibre de carbone (24) ; - le conducteur électrique (28) s’étend dans la structure en fibre de carbone (24), ou sur une face externe de la structure en fibre de carbone (24) opposée au revêtement intérieur (22) ; ou - le conducteur électrique (28) s’étend entre le revêtement intérieur (22) et la structure en fibre de carbone (24). Réservoir de gaz (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le conducteur électrique (28) est replié en forme de U, dont les deux branches s’étendent parallèlement l’une par rapport à l’autre, ou le réservoir de gaz comporte deux conducteurs s’étendant parallèlement l’un par rapport à l’autre. Réservoir de gaz (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conducteur électrique (28) est réalisé dans un matériau choisi entre un alliage de cuivre, un métal ou un polymère comprenant des particules conductrices. Réservoir de gaz (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi composite (16) comporte une virole (16A) refermée à ses extrémités par des fonds bombés (16B) respectifs, le conducteur électrique (28) s’étendant le long de la virole (16A) et/ou d’au moins l’un des fonds bombés (16B). Réservoir de gaz (12) selon la revendication 5, dans lequel la virole (16A) présente une forme générale de révolution définie autour d’un axe longitudinal (X), dans lequel le conducteur électrique (28) est enroulé autour de la virole (16A) en hélicoïde définie autour de l’axe longitudinal (X). Réservoir de gaz (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi composite (16) comporte une couche (26) en fibres de verre entourant la structure en fibres de carbone (24). Réservoir de gaz (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conducteur électrique (28) est formé, sur sa longueur, de plusieurs parties de nature différente, par exemple de plusieurs parties réalisées en matériaux différents, et/ou de plusieurs parties présentant des réactions différentes à la température. Ensemble (10) d’un réservoir (12) de gaz sous haute pression selon l’une quelconque des revendications précédentes, et d’un dispositif (14) de détection de déformations du réservoir, dans lequel le conducteur électrique (28) est connecté au dispositif de détection (14) pour permettre une détection de déformations du réservoir (12). Ensemble (10) selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de détection (14) comporte un dispositif de réflectométrie (30). Véhicule, notamment véhicule automobile, comprenant un réservoir de gaz (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.