Brevet FR3128763A1 — publié le 20230505

Ce réservoir (4) conformable pour fluide sous pression comporte un liner (5) comprenant un assemblage de caissons (9) étanches, les caissons (9) étant reliés par un réseau de connexion. Figure pour l’abrégé : Fig 2 Réservoir comprenant un liner en plusieurs parties L’invention concerne, de manière générale, les réservoirs de gaz ou de liquides sous pression. En particulier, l’invention concerne les réservoirs de fluides tels que l’hydrogène et destinés à être embarqués dans un environnement dont le volume est contraint. Une application particulièrement intéressante de l’invention concerne les réservoirs d’hydrogène embarqués dans des véhicules automobiles et nécessitant d’être disposés dans les véhicules de sorte qu’ils occupent le volume le plus faible. Techniques antérieures Les réservoirs pour fluides sous pression sont généralement de forme cylindrique. En effet, le matériau d’un réservoir devant résister à la pression du fluide qu’il contient, la forme cylindrique est celle qui offre la meilleure performance mécanique au matériau. Cependant, la forme cylindrique d’une bombonne ou d’un réservoir de fluide engendre une perte importante de volume, notamment pour le stockage de plusieurs réservoirs ou d’un réservoir embarqué, par exemple dans un véhicule automobile. Par exemple, pour un emplacement de stockage parallélépipédique d’un réservoir de fluide cylindrique, environ 50% du volume disponible de cet emplacement de stockage est perdu. Un moyen pour remédier à cette perte de volume est l’utilisation de réservoirs dont la forme évoque celle d’un parallélépipède afin d’optimiser le volume. Un tel réservoir est toutefois relativement fragile, les faces latérales, de surface accrue, ayant tendance à se déformer vers l’extérieur sous l’effet de la pression interne. Une solution de renforcement des faces d’un réservoir parallélépipédique consiste à introduire des piliers de renfort au travers du liner définissant le volume utilisable du réservoir. Pour cela, le liner est construit avec des fourreaux à pilier de renfort. La illustre un liner 1 d’un réservoir 2 parallélépipédique comprenant des fourreaux 3 dans lesquels peuvent être introduits des piliers de renforts afin de soutenir les faces du liner. Seules deux faces parallèles au plan xOz sont ici suffisamment grandes pour risquer par déformation de provoquer un gonflement du réservoir. La profondeur y du réservoir 2 est faible comparée aux longueurs x et largeur z du réservoir 2. Ainsi, seules ces deux faces comprennent des fourreaux 3 qui les relient. Cependant, pour des réservoirs dont quatre ou six faces sont suffisamment grandes pour risquer de subir une déformation, la fabrication de tels réservoirs, et notamment de liners avec suffisamment de fourreaux, est difficile. En effet, les procédés de fabrication, tels que rotomoulage, extrusion par soufflage, injection ou thermoformage ne sont pas performants pour des grandes pièces comprenant de nombreux fourreaux selon plusieurs axes : cela impose la mise en place dans le moule de pavés amovibles et/ou d’inserts en polymères nombreux. La mise en place de ces éléments et le démoulage de l’ensemble est long. La fabrication des réservoirs est donc difficile à mettre en place et chronophage. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients des réservoirs précités et de fournir un réservoir de fluide sous pression dont la forme évoque celle d’un parallélépipède et dont les dimensions de hauteur, de largeur et de longueur ne sont pas un frein à la fabrication du réservoir. L’invention a donc pour objet un réservoir conformable pour fluide sous pression comportant un liner comprenant un assemblage de caissons étanches, les caissons étant reliés par un réseau de connexion. Avantageusement, le liner comprend des fourreaux formés par les caissons et traversant le liner, le réservoir comprenant des piliers de renfort insérés dans lesdits fourreaux. Avantageusement, le réservoir comprend une coque en composite entourant le liner et les piliers de renfort de sorte à maintenir mécaniquement l’intégrité du liner, et comprenant au moins un connecteur de sortie de sorte qu’un fluide sous pression entre ou sort du réservoir par le connecteur de sortie. Avantageusement, les caissons sont reliés par un réseau de connexion isobare et étanche. Avantageusement, le réseau de connexion comprend des trous de communication entre chaque caisson, les trous de communication étant soudés entre eux de sorte que le fluide du réservoir circule dans tout le liner. Avantageusement, les trous de communications sont soudés par fil chaud, ou par vibration, ou par ultrason, ou par laser, ou par collage. Dans un mode de réalisation, le réseau de connexion comprend plusieurs connecteurs de sortie reliés à autant de caissons étanches, le réseau de connexion comprenant un réseau de tuyauterie externe isobare reliant chaque connecteur de sortie. Avantageusement, le volume interne du réservoir ne subit au maximum que 2% d’expansion volumétrique lorsque le réservoir est rempli. L’invention a également pour objet un véhicule automobile, ou tout autre usage pour lequel l’encombrement du réservoir est à minimiser, comprenant un réservoir tel que décrit précédemment. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un réservoir conformable pour fluide sous pression comportant un liner constitué d’un assemblage de caissons étanches reliés par un réseau de connexion, le procédé comprenant les étapes suivantes : Moulage de chaque caisson par rotomoulage ou extrusion-soufflage ou thermoformage ; Assemblage et soudage des caissons par des trous de communication, et/ou assemblage des caissons à l’aide de sangles et connexion des caissons par un réseau de tuyauterie externe ; Insertion d’au moins un connecteur de sortie sur le liner ; et Mise en place de piliers de renforts dans des fourreaux formés entre les caissons ; et Enroulement ou tressage ou placement de fibres avec une matrice autour du liner de sorte qu’une coque en matériau composite est formée. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : dont il a déjà été fait mention, illustre une vue d’un liner de réservoir de fluide comprenant des fourreaux aptes à recueillir des piliers de renfort ; illustre un réservoir de fluide sous pression selon l’invention et comprenant 4x9x12 piliers de renfort ; illustre un schéma simplifié du liner du réservoir de fluide de la vu selon l’axe x et avant assemblage ; illustre une vue de face du liner de la selon l’axe y ; illustre une vue de dessus du liner de la selon l’axe z ; et illustre un liner d’un réservoir selon l’invention comprenant plusieurs connecteurs de sortie ; et illustre les étapes du procédé de fabrication d’un réservoir pour fluide sous pression selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté sur la un réservoir 4 conformable pour fluide sous pression selon un mode de réalisation de l’invention. Le réservoir 4 comprend un liner 5 détaillé sur les figures 3A, 3B et 3C, des piliers de renforts 6 traversant le liner 5, une coque 7 et un connecteur de sortie 8. Les figures 3A, 3B et 3C sont différentes vues schématiques d’un même mode de réalisation du liner 5. Le liner 5 est constitué d’un assemblage de caissons 9 étanches. Le réservoir 4 représenté comprend un liner 5 comprenant 24 caissons 9 étanches répartis en quatre empilements de six caissons 9. Lors de la conception d’un réservoir, le nombre de caissons 9 varie pour s’adapter à la forme finale du réservoir 4 et aux contraintes de fabrication du réservoir 4. De même, la forme du réservoir 4 est différente selon les destinations de stockage ou d’utilisation du réservoir 4. Une forme évoquant celle d’un parallélépipède est cependant souvent utile puisque pouvant remplir entièrement un espace de même forme, dont les dimensions sont plus communes qu’un espace cylindrique. L’avantage que présente un liner 5 constitué de plusieurs caissons 9 est une fabrication facilitée. Chaque caisson 9 est moulé indépendamment des autres puis assemblé afin de former le liner 5 complet. A l’inverse, un liner fait en un seul moulage est onéreux et difficile à mettre au point, surtout pour des formes nécessitant une architecture avec de nombreux piliers de renfort 6. Les caissons 9 sont par exemple fabriqués en matière plastique et de forme sensiblement parallélépipédique. Le procédé de fabrication s’effectue par exemple par rotomoulage, extrusion-soufflage, injection de gaz, thermoformage et/ou soudures de deux parties pour former un caisson 9. L’assemblage des caissons 9 pour former le liner 5 s’effectue par exemple avec des sangles ou par d’autres modes de réalisation tels que par collage ou par soudage des caissons entre eux, ces modes de réalisation étant compatibles entre eux. De plus, le liner 5 comprend un réseau de connexion comprenant des trous de communication 10. Par exemple, les trous de communication 10 sont des trous pratiqués dans chaque caisson 9 et comprennent des replis leur permettant d’être soudés un à un avec un autre trou d’un autre caisson 9 et de manière étanche. Les trous de communication 10 sont par exemple soudés entre eux par fil chaud, par vibration, ou par ultrasons, ou par laser, ou encore par collage. Les trous de communication 10 sont placés préférentiellement vers les bords du liner 5 de sorte que l’accès aux trous de communication 10 est facilité pour effectuer le soudage. Les trous de communication 10 permettent au réservoir 4 d’avoir une pression uniforme dans tous les caissons 9. Ainsi, le réseau de connexion isobare permet au réservoir 4 de se comporter comme un réservoir classique fabriqué en une seule pièce, où le fluide/gaz se déplace librement dans le réservoir. Le liner 5 comprend des fourreaux 11 formés par les caissons 9 et traversant le liner 5. Par exemple, le réservoir 4 représenté comprend quatre fourreaux 11 alignés selon un premier axe x, douze fourreaux 11 selon un second axe y, et neuf fourreaux 11 sur un dernier axe z, les trois axes x, y et z étant orthogonaux. Par exemple, chaque fourreau 11 est formé entre une succession de caissons 9 opposés deux à deux. Dans un mode de réalisation, les fourreaux 11 sont cylindriques et traversent entièrement le liner 5. Les fourreaux 11 sont par exemple tubulaires et s’évasent aux abords des faces externes du liner 5. Le réservoir 4 comprend des piliers de renfort 6 afin d’éviter que la surface externe du liner 5 ne gonfle sous l’effet de la pression du fluide interne. En particulier, chaque fourreau 11 accueille un pilier de renfort 6. Par exemple, les piliers de renforts 6 sont réalisés en carbone et comprennent deux têtes 12 à leurs extrémités, de diamètre plus grand que celui de la tubulure des fourreaux 11, de sorte que les piliers de renfort 6 ne peuvent pas se déplacer selon leur axe longitudinal. Les têtes 12 des piliers de renforts 6 sont par exemple vissées aux extrémités d’un pilier 6 une fois le pilier introduit dans un fourreau 11. La coque 7 est réalisée en matériaux composites et assure la tenue mécanique du réservoir 4, par exemple en maintenant assemblés les différents caissons 9 du liner 5. La coque 7 est composée d’un matériau composite, par exemple un mélange d’une matrice en carbone et d’une résine époxy ou en thermoplastique. La coque 7 entourant le liner 5, ainsi que les piliers de renfort 6, permet également de protéger le liner 5 de son environnement. Les piliers de renfort 6 ainsi que la coque 7 en composites permettent de minimiser l’expansion volumétrique du réservoir 4 lorsque le réservoir 4 est rempli de fluide. Par exemple le volume interne du réservoir 4 n’augmente au maximum que de 2 %. Le connecteur de sortie 8 est par exemple placé à une extrémité ou dans un angle du réservoir 4 et permet le remplissage ou la sortie du fluide depuis le réservoir 4. Dans un autre mode de réalisation visible , le réseau de connexion comprend plusieurs connecteurs de sortie 13 reliés à autant de caissons 14 étanches. Le réseau de connexion comprend en outre un réseau de tuyauterie 15 externe reliant chaque connecteur de sortie 13 à un circuit commun 16, rendant le réseau de tuyauterie 15 isobare. Dans ce mode de réalisation, les caissons 14 étanches ne sont par exemple pas reliés par des trous de communication. En effet, le réseau de tuyauterie 15 externe permet de rendre le réservoir 17 isobare et d’accéder au fluide de chacun des caissons 14. Cependant, la mise en œuvre de trous de communications et d’un réseau de tuyauterie simultanément n’est pas exclue. Le réservoir 4 ou 17 pour fluide sous pression est par exemple destiné à être employé comme réservoir de carburant dans un véhicule, par exemple un véhicule automobile. Le fluide est par exemple de l’hydrogène gazeux, de l’hydrogène liquide, du gaz de pétrole liquéfié, du gaz naturel ou tout autre fluide. La fabrication d’un réservoir conformable pour fluide sous pression s’effectue avec le procédé illustré à la . Ce procédé permet la fabrication d’un réservoir 4 ou 17 comportant un liner 5 constitué d’un assemblage de caissons 9 ou 14 étanches reliés par un réseau de connexion. Il comprend une première étape 21 de moulage de chaque caisson 9 ou 14, par exemple par rotomoulage ou extrusion-soufflage ou encore thermoformage. Ensuite, une seconde étape 22 d’assemblage des caissons 9 ou 14 est effectuée. Par exemple, des fourreaux (11) sont formés entre les caissons et traversent le liner. L’étape 22 d’assemblage est par exemple menée parallèlement au soudage des caissons 9 ou 14 par les trous de communication 10. Dans un mode de mise en œuvre alternatif, compatible avec le soudage des caissons 9 ou 14 par des trous de communication 10, l’assemblage des caissons 9 ou 14 est effectué à l’aide de sangles. Une troisième étape 23 est effectuée dans laquelle on insère au moins un connecteur de sortie 8 sur le liner 5. Dans un mode de mise en œuvre, certains caissons 14 sont munis de connecteurs de sortie 13 les reliant à un réseau de tuyauterie externe. C’est notamment le cas lorsqu’aucun trou de communication 10 n’est pratiqué entre les caissons. Puis, on insère dans une étape 24 un ou plusieurs piliers de renforts (6), par exemple en matériau composite, dans le liner, chaque pilier de renfort (6) est mis en place dans un fourreau (11) formé entre les caissons 9 ou 14. Enfin, lors d’une dernière étape 25, on enroule ou on effectue un tressage ou un placement de fibre autour du liner de sorte qu’une coque 7 en matériaux composites est créée autour du liner 5. Réservoir (4 ; 17) conformable pour fluide sous pression, caractérisé en ce qu’il comporte un liner (5) comprenant un assemblage de caissons (9 ; 14) étanches, les caissons (9 ; 14) étant reliés par un réseau de connexion. Réservoir selon la revendication 1, dans lequel le liner (5) comprend des fourreaux (11) formés par les caissons (9 ; 14) et traversant le liner (5), le réservoir (4 ; 17) comprenant des piliers de renfort (6) insérés dans lesdits fourreaux (11). Réservoir selon la revendication 2 comprenant une coque (7) en composite entourant le liner (5) et les piliers de renfort (6) de sorte à maintenir mécaniquement l’intégrité du liner (5), et comprenant au moins un connecteur de sortie (8 ; 13) de sorte qu’un fluide sous pression entre ou sort du réservoir par le connecteur de sortie (8 ; 13). Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel les caissons (9 ; 14) sont reliés par un réseau de connexion isobare et étanche. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le réseau de connexion comprend des trous de communication (10) entre chaque caisson (9 ; 14), les trous de communication (10) étant soudés entre eux de sorte que le fluide du réservoir (4 ; 17) circule dans tout le liner (5). Réservoir selon la revendication 5 dans lequel les trous de communication (10) sont soudés par fil chaud, ou par vibration, ou par ultrason, ou par laser, ou par collage. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le réseau de connexion comprend plusieurs connecteurs de sortie (13) reliés à autant de caissons (14) étanches, le réseau de connexion comprenant un réseau de tuyauterie (15) externe isobare reliant chaque connecteur de sortie (13). Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dont le volume interne ne subit au maximum que 2% d’expansion volumétrique lorsque le réservoir (4 ; 17) est rempli. Véhicule automobile comprenant un réservoir (4 ; 17) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Procédé de fabrication d’un réservoir conformable pour fluide sous pression comportant un liner (5) constitué d’un assemblage de caissons étanches reliés par un réseau de connexion, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Moulage (étape 21) de chaque caisson (9 ; 14) par rotomoulage ou extrusion-soufflage ou thermoformage ; Assemblage (étape 22) et soudage des caissons (9 ; 14) par des trous de communication (10), et/ou assemblage des caissons à l’aide de sangles et connexion des caissons par un réseau de tuyauterie externe ; Insertion (étape 23) d’au moins un connecteur de sortie (13) sur le liner ; Mise en place (étape 24) de piliers de renforts (6) dans des fourreaux (11) formés entre les caissons (9 ; 14) ; et Enroulement (étape 25) ou tressage ou placement de fibres avec une matrice autour du liner de sorte qu’une coque en matériau composite est formée.