Brevet FR3146502A1 — publié le 20240913

Ce réservoir (22) pour un fluide sous pression comprenant un liner (24) formant une cavité (26) destinée à contenir le fluide sous pression et au moins une embase (34), l’embase (34) comprenant une première partie (36) formant un passage (38) longitudinal depuis l’intérieur du liner (24) vers l’extérieur du liner (24), et une deuxième partie (40) de dimensions transversales supérieures aux dimensions transversales de la première partie (36), la deuxième partie (40) de l’embase (34) étant positionnée intégralement dans la cavité (26) formée par le liner (24), le liner (24) comprenant au moins une ouverture (32) de dimensions correspondant sensiblement aux dimensions transversales de la première partie (36) de l’embase (34), la première partie (36) de l’embase (34) passant au travers de ladite ouverture (32) et étant destinée à accueillir un détendeur. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Réservoir pour un fluide sous pression et procédé de fabrication associé La présente invention concerne les réservoirs pour le transport de fluide sous pression. En particulier, la présente invention concerne les réservoirs pour gaz sous pression de type IV ou V, par exemple du dihydrogène, destiné à être embarqué dans des véhicules dont le carburant comprend du dihydrogène. Techniques antérieures Un réservoir pour gaz et/ou liquide sous pression comprend généralement une forme principale cylindrique dont les extrémités sont arrondies. Une telle forme principale permet une optimisation des performances et de la résistance mécaniques des matériaux dudit réservoir afin de résister aux fortes pressions. On a représenté sur la un réservoir 2 pour fluide sous pression selon l’état de la technique. Le réservoir 2 comprend un liner 4, une embase 6 et une coque de renfort 8 en matériau composite. Le liner 4 comprend une partie cylindrique 10 et deux dômes 12 hémisphériques, ou ellipsoïdaux ou de forme libre proche issue d’un calcul d’optimisation mécanique aux extrémités de la partie cylindrique 10. L’assemblage de la partie cylindrique 10 et des deux dômes 12 permet la formation d’une cavité pour le transport du fluide sous pression. L’embase 6 est positionnée à une extrémité longitudinale du liner 4, par exemple au centre d’un dôme 12. Optionnellement, une seconde embase 14 est positionnée au centre du deuxième dôme 12. L’embase 6 comprend une première partie 16 formant un passage longitudinal 18 depuis l’intérieur du liner 10 vers l’extérieur du liner 10, et une deuxième partie 20 de dimensions transversales supérieures aux dimensions transversales de la première partie 16. La deuxième partie 20 est destinée à être positionnée sur le liner 10, par exemple par collage sur la surface extérieur d’un dôme 12 du liner 10. En variante, le dôme 12 est surmoulé sous l’embase 6. Le dôme 12 sur lequel est fixé l’embase 6 comprend une ouverture (non représentée) de sorte que le fluide sous pression peut circuler depuis l’intérieur de la cavité vers l’extérieur en passant par ladite ouverture et le passage formé par la première partie 16. La coque de renfort 8 est formée autour du liner 4 et de la deuxième partie 20 de l’embase 6. Seule la première partie 16 de l’embase 6 dépasse de la coque de renfort 8 afin de pouvoir remplir ou vider aisément le réservoir 2 lorsque la première partie 16 est reliée à un connecteur. Cependant, ce réservoir 2 présente des défauts du fait que le liner 4 peut glisser vis-à-vis de l’embase 6 au niveau de la surface de contact entre la deuxième partie 20 de l’embase 6 et du liner 4. L’ouverture du liner 4 étant cachée de la vue extérieure par la deuxième partie 20 de l’embase 6, il est également difficile de contrôler le bon assemblage du réservoir 2. De plus, des points P particuliers du réservoir 2 sont soumis à des contraintes mécaniques forte, ces points P étant au contact à la fois de l’embase 6, du liner 4 et de la coque de renfort 8 et donc soumis à de nombreux frottements et contraintes mécaniques. Le fluide sous pression est alors susceptible de s’échapper ou de s’accumuler entre le liner 4 et la coque de renfort 8 et de fissurer le liner 4. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de fournir un réservoir simple à assembler, dont l’assemblage est facilement contrôlable, et dont la solidité au niveau d’une embase de sortie de fluide est accrue. La présente invention a pour objet un réservoir pour un fluide sous pression comprenant un liner formant une cavité destinée à contenir le fluide sous pression et au moins une embase, l’embase comprenant une première partie formant un passage longitudinal depuis l’intérieur du liner vers l’extérieur du liner, et une deuxième partie de dimensions transversales supérieures aux dimensions transversales de la première partie, la deuxième partie de l’embase étant positionnée intégralement dans la cavité formée par le liner, le liner comprenant au moins une ouverture de dimensions correspondant sensiblement aux dimensions transversales de la première partie de l’embase, la première partie de l’embase passant au travers de ladite ouverture et étant destinée à accueillir un détendeur. Ainsi, l’embase est positionnée de manière à simplifier l’assemblage et le contrôle du réservoir. L’embase permet également de garantir la bonne tenue et la solidité du réservoir, les points P particuliers de l’état de la technique étant supprimées, même en réalisant une coque de renfort par-dessus le liner. Dans un mode de réalisation, le liner comprend une partie principale tubulaire et deux dômes hémisphériques, ou ellipsoïdaux ou de forme libre proche issue du calcul d’optimisation mécanique chacun situé à une extrémité longitudinale de la partie principale tubulaire, au moins un dôme comprenant l’ouverture. Avantageusement, le réservoir comprend une coque de renfort recouvrant le liner, la coque de renfort étant réalisée en matériau composite. Dans un mode particulier de réalisation, le réservoir comprend une bague de serrage positionnée autour de la première partie de l’embase et destinée à exercer un serrage du liner entre la coque de renfort et l’embase. Avantageusement, la première partie de l’embase et la bague de serrage comprennent chacune un filetage permettant le positionnement et le serrage de la bague de serrage sur la première partie de l’embase. Dans un mode particulier de réalisation, le liner est réalisé dans un matériau polymère. Avantageusement, la deuxième partie de l’embase comprend une surface d’accroche mécanique et/ou chimique destinée à être fixée dans la matière du liner. Dans un mode de réalisation, l’embase est réalisée dans un matériau métallique ou dans un matériau composite. Avantageusement, le réservoir comprend une seconde embase et une soupape de décharge, la seconde embase étant reliée à la soupape de décharge. La présente invention a également pour objet un procédé de fixation de l’embase avec au moins un élément du liner du réservoir tel que défini précédemment, le procédé comprenant les étapes suivantes : - Fixation de l’embase sur un axe piloté longitudinalement par un vérin ; - Introduction de l’embase dans un moule, les dimensions du moule étant adaptées à la fabrication d’au moins un élément du liner comprenant l’ouverture ; - Fermeture du moule, l’axe étant positionné au travers d’une lumière du moule destinée à former l’ouverture du liner ; - Formation de l’au moins un élément du liner par rotomoulage ou par extrusion soufflage d’un polymère sur les parois du moule, le polymère étant chauffée de manière à être malléable ; - Mise en mouvement longitudinal de l’embase par le vérin de manière à venir comprimer le polymère de l’élément du liner entre le moule et la deuxième partie de l’embase, cette étape de mise en mouvement de l’axe étant effectuée lorsque le polymère est encore légèrement malléable ou collant ; - Refroidissement du polymère de manière à solidariser la deuxième partie de l’embase au polymère. Avantageusement, l’élément du liner est un dôme hémisphérique, ellipsoïdal ou de forme libre proche issue du calcul d’optimisation mécanique. 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 : est une vue d’un réservoir pour fluide sous pression selon l’état de la technique ; est une vue schématique en coupe d’un mode de réalisation d’un réservoir pour fluide sous pression selon l’invention ; et est une représentation schématique des étapes d’un mode de mise en œuvre d’un procédé de fixation de l’embase avec au moins un élément du liner du réservoir selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté schématiquement sur la un mode de réalisation d’un réservoir 22 pour un fluide sous pression selon l’invention. Le réservoir 22 comprend un liner 24 formant une cavité 26 destinée à contenir un fluide sous pression. Le liner 24 comprend de préférence une partie principale 28 tubulaire et deux dômes 30 hémisphériques, ellipsoïdaux ou de forme libre proche issue du calcul d’optimisation mécanique, chaque dôme 30 étant situé à une extrémité longitudinale de la partie principale 28 tubulaire. L’assemblage de la partie principale 28 tubulaire avec les deux dômes 30 permet de former la cavité 26. Cette forme de liner 24 permet une optimisation des performances et de la résistance mécaniques du matériau du liner de sorte que le liner 24 résiste à de fortes pressions. D’autres formes de liner 24 sont néanmoins réalisables. Le matériau du liner 24 est par exemple un polymère, de préférence rigide à des températures communes, par exemple entre -40°C à 85°C. Le liner 24 est par exemple formé par un procédé de rotomoulage ou par extrusion soufflage. Le liner 24 peut être formé d’une seule pièce ou d’un assemblage de plusieurs pièces, par exemple d’une partie principale tubulaire 28 et de deux dômes 30 assemblés par fusion plastique, par exemple par chaleur ou ultrasons. Le rotomoulage est préféré pour la réalisation de liner 24 ayant une longueur supérieure ou égale à 2 mètres, associée à un diamètre supérieur ou égal à 300 millimètres. En variante, l’extrusion-soufflage peut être préféré, notamment pour de la fabrication en grande série, de plus de 10 000 pièces par an. Le liner 24 comprend en outre une ouverture 32 réalisée dans sa paroi de manière à pouvoir remplir ou vider le contenu de la cavité 26. L’ouverture 32 est de préférence réalisée au centre d’un dôme 30, cette disposition maximisant la résistance mécanique du liner 24. Le réservoir 22 comprend également une embase 34 permettant de faire communiquer la cavité 26 avec l’extérieur du réservoir 22. L’embase 34 est notamment destinée à accueillir un détendeur (non représenté). Le détendeur fixé à l’embase 34 permet alors d’effectuer des fonctions de régulation de la pression dans la cavité 26 et de communication du fluide vers ou depuis la cavité 26. L’embase 34 est par exemple réalisée dans un matériau dur, de préférence dans un matériau métallique ou composite. L’embase 34 comprend une première partie 36, de préférence tubulaire, formant un passage 38 longitudinal depuis la cavité 26 vers l’extérieur du liner 22. L’embase 34 comprend également une deuxième partie 40 de dimensions transversales supérieures aux dimensions transversales de la première partie 36. En particulier, la deuxième partie 40 comprend une surface 42 fixée à une extrémité de la première partie 36 de sorte que l’embase 34 a une forme en « T », le passage 38 longitudinal formé par la première partie 36 s’étendant également longitudinalement dans la deuxième partie 40. L’embase 34 est fixée sur la paroi du liner 24 au travers de l’ouverture 32 du liner 24 et/ou à tout autre dispositif mis en place au bout du passage 38 pour fixer et guider l’embase 34 longitudinalement. En particulier, les dimensions transversales de la première partie 36 de l’embase 34 correspondent aux dimensions de l’ouverture 32. Autrement dit, lorsque la première partie 36 est tubulaire, le diamètre de l’ouverture 32 correspond au diamètre externe de la première partie 36 tubulaire de sorte que la première partie 36 tubulaire est positionné de sorte que la première partie 36 tubulaire passe au travers de l’ouverture 32. La deuxième partie 40 de l’embase 34 est positionnée intégralement dans la cavité 26 formée par le liner 24. En particulier, la surface 42 de la deuxième partie 40 sur laquelle est fixée une extrémité de la première partie 34 vient en butée contre la paroi du liner 24, de préférence totalement en butée. Dans un mode de réalisation particulier, ladite surface 42 comprend une surface d’accroche mécanique et/ou chimique destinée à être fixée dans la matière du liner 24. Par exemple, la surface 42 d’accroche mécanique et/ou chimique comprend des interstices dans lesquels la matière du liner peut s’infiltrer lors de la fabrication du liner 24 ou du dôme 30 du liner 24 par surmoulage sur l’embase 34. En variante, la surface 42 est une surface recouverte d’un primaire d’adhérence ou d’une couche d’un polymère pouvant fusionner avec le polymère du liner. Dans une deuxième variante, la surface 42 est réalisée par sablage mécanique. La surface 42 d’accroche mécanique garantit ainsi une liaison embase-liner solide. Par ailleurs et quel que soit le mode de réalisation, lorsque le liner 24 comprend un fluide sous pression, le fluide exerce une pression sur l’embase 34 dont la deuxième partie 40 prend appui sur la paroi du liner 24, la première partie 36 de l’embase 34 empêchant un glissement transversal de l’embase 34 trop prononcé. De préférence, le réservoir 22 comprend en outre une coque de renfort 44 recouvrant extérieurement le liner 24. La coque de renfort 44 est par exemple réalisée en matériau composite. La coque de renfort 44 permet de protéger le liner de l’environnement extérieur et permet également de rigidifier le réservoir 22 de manière à renforcer la résistance mécanique du liner 24 lorsque le liner 24 est soumis à de fortes pressions de la part du fluide sous pression contenu dans la cavité 26. La coque de renfort 44 est par exemple réalisée par enroulement d’un matériau composite autour du liner 24, en laissant un espace de sortie pour la première partie 36 de l’embase 34. La présence du liner 24 entre la deuxième partie 40 de l’embase 34 et la coque de renfort 44 a en particulier pour avantage de moins fragiliser la zone du réservoir 22 autour de l’embase 34. Optionnellement, le réservoir 22 comprend une bague de serrage 46 positionnée autour de la première partie 36 de l’embase 34 et destinée à exercer un serrage longitudinal du liner 24 entre la coque de renfort 44 et l’embase 34. Autrement dit, la bague de serrage 46 effectue une compression longitudinale du liner 24 entre la coque de renfort 44 et l’embase 34. En effet, la zone proche de l’embase 34 est la zone du réservoir 22 la plus fragile. La bague de serrage 46 permet notamment de renforcer cette zone et d’éviter des fuites de fluides ainsi que de renforcer la résistance aux chocs du réservoir 22. La bague de serrage 46 est par exemple réalisée en matériau métallique ou dans un matériau composite. Dans un mode particulier de réalisation, la première partie 36 de l’embase 34 comprend un filetage externe (non représenté) et la bague de serrage 46 comprend un filetage interne (non représenté) permettant le positionnement, la fixation et le serrage de la bague de serrage 46 autour de la première partie 36 de l’embase 34 et en comprimant la coque de renfort 44 vers le liner 24 et la deuxième partie 40 de l’embase 34. Optionnellement, la bague de serrage 46 comprend un support de fixation (non représenté) pour fixer le réservoir 22 au châssis d’un véhicule transportant ledit réservoir 22. Dans une variante, le réservoir 22 comprend une seconde embase (non représentée). La seconde embase est par exemple fixée à l’opposé de la première embase 34 décrite précédemment et est similaire à l’embase 34. Chacune des deux embases 34 est par exemple positionnée au centre d’un dôme 30 au travers d’une ouverture 32. La seconde embase peut être utile dans l’utilisation de grand réservoir, par exemple de longueur supérieure ou égale à 2 mètres et de diamètre de 300 millimètres. Avantageusement, le réservoir 22 comprend une première soupape de décharge liée à une sonde de température et fixée à l’embase 34, ainsi qu’une seconde soupape de décharge liée à une sonde de température et fixée à la seconde embase, les soupapes de décharge ayant alors pour fonction d’évacuer le gaz contenu dans le réservoir en cas d’incendie et de faire chuter rapidement sa pression. En variante, une seule soupape de décharge est fixée à l’embase 34 lorsqu’il n’y a qu’une embase 34, par exemple pour un réservoir 22 de longueur inférieure à 800 mm et de diamètre compris entre 150 et 400 millimètres. On a représenté schématiquement sur la les différentes étapes d’un procédé de fixation de l’embase 34 avec au moins un élément du liner 24. En particulier l’élément du liner 24 peut être l’intégralité du liner 24 ou une portion comprenant une ouverture 32, par exemple un dôme 30 hémisphérique, ellipsoïdal ou de forme libre proche issue du calcul d’optimisation mécanique. Optionnellement, préalablement à la mise en œuvre de ce procédé, l’embase 34 est traitée au niveau de la surface 42 pour faciliter l’adhésion entre l’embase 34 et la paroi interne du liner 24. Ce traitement peut être un sablage mécanique et/ou un traitement de dépose chimique en une ou deux couches d’un primaire d’adhérence et/ou d’une couche de polymère pouvant fusionner avec le polymère du liner. Ce primaire et/ou ce polymère sont également appelés traitement chimique. Pour la mise en œuvre de ce procédé, on effectue en premier lieu une étape 50 de fixation de l’embase 34 sur un axe dont le mouvement longitudinal est piloté par un vérin. Par exemple, on fixe la première partie 36 de l’embase 34 à l’axe. Puis, on introduit l’embase dans un moule lors d’une étape 52, les dimensions dudit moule correspondant aux dimensions de l’élément du liner 24 à fabriquer, le moule comprenant une lumière destinée à former l’ouverture 32 du liner 24. En variante, on peut introduire l’axe dans le moule par une lumière du moule destinée à former l’ouverture 32 du liner 24, puis fixer l’embase 34 à l’axe en ouvrant le moule. Ensuite, on effectue une étape 54 de fermeture du moule. A l’issue de cette étape 54, le moule du liner 24 ou d’un dôme 30 est fermé et l’axe est positionné au travers de la lumière. On effectue ensuite l’étape 56 de formation de l’élément du liner 24 par rotomoulage ou par extrusion-soufflage d’un polymère sur les parois du moule, le polymère étant chauffé au préalable de manière à être malléable, par exemple à une température supérieure à 150° selon le type de matériau et le procédé. Selon certaines variantes du procédé utilisé et son degré d’automatisation, la matière destinée à former le liner 24 est introduite sous différentes formes et à différentes étapes. En rotomoulage, la matière sera par exemple introduite manuellement et parallèlement à l’étape 52. En rotomoulage avec un système d’introduction automatique de matière, la matière du liner 24 sera introduite parallèlement à l’étape 52 ou parallèlement à l’étape 56, la matière étant alors introduite au travers d’une cavité prévue à cet effet dans le moule qui sera ensuite automatiquement fermée. En extrusion soufflage, une paraison de matière chaude destinée à former le liner 24 vient descendre à la verticale d’une vis d’extrusion dans le moule du liner 24 et va glisser en entourant l’embase 34, par exemple parallèlement à l’étape 52. Dans ce mode de mise en œuvre, une seule embase 34 est présente tandis que le rotomoulage permet la présence de deux embases 34. Le soufflage d’air ou d’un gaz dans la paraison est effectué par le passage 38. En extrusion soufflage, la fermeture du moule de l’étape 54 entraine un rétrécissement de la paraison de sorte que le liner 24 vient s’ajuster autour de la première partie 36 de l’embase 34. Lorsque le polymère est encore malléable ou collant, autrement dit lorsqu’il est encore en phase taquante avant son refroidissement complet, on effectue une étape 58 de mise en mouvement longitudinal de l’embase 34 à l’aide du vérin de manière à venir comprimer le polymère de l’élément du liner 24 entre le moule et la deuxième partie 40 de l’embase 34. Cela revient à effectuer une étape de surmoulage du liner 24 contre la deuxième partie 40 de l’embase 34, en particulier contre la surface 42 d’accroche mécanique. Lorsqu’un traitement chimique est apporté à la surface 42 de l’embase, l’embase 34 est idéalement chauffé au moyen de résistances électriques, de lampes à rayons ultraviolets ou infrarouges, de façon à faciliter la fusion entre le liner 24 et l’embase 34. Ce chauffage est réalisé durant ou avant les étapes du procédé décrites ci-dessus. Ainsi, le traitement chimique au niveau de la surface 42 est ainsi maintenue malléable et/ou collant, de manière à réaliser un soudage par fusion entre le traitement chimique de la surface 42 et le polymère du liner 24. On effectue finalement une étape 60 de refroidissement du polymère et de l’embase de manière à solidariser la deuxième partie 40 de l’embase 34 avec l’élément du liner 24. L’embase 34 est alors prise dans le polymère. On peut également retirer la fixation de l’embase 34 sur l’axe. Pour la fabrication du réservoir 22 complet, il est possible d’entourer le liner 24 assemblé par un matériau composite de manière à former la coque de renfort 44 et en laissant la première partie 36 de l’embase 34 libre pour une éventuelle bague de serrage 46. Réservoir (22) pour un fluide sous pression comprenant un liner (24) formant une cavité (26) destinée à contenir le fluide sous pression et au moins une embase (34), l’embase (34) comprenant une première partie (36) formant un passage (38) longitudinal depuis l’intérieur du liner (24) vers l’extérieur du liner (24), et une deuxième partie (40) de dimensions transversales supérieures aux dimensions transversales de la première partie (36), caractérisé en ce que la deuxième partie (40) de l’embase (34) est positionnée intégralement dans la cavité (26) formée par le liner (24), le liner (24) comprenant au moins une ouverture (32) de dimensions correspondant sensiblement aux dimensions transversales de la première partie (36) de l’embase (34), la première partie (36) de l’embase (34) passant au travers de ladite ouverture (32) et étant destinée à accueillir un détendeur. Réservoir selon la revendication 1, dans lequel le liner (24) comprend une partie principale (28) tubulaire et deux dômes (30) hémisphériques, ou ellipsoïdaux ou de forme libre proche issue du calcul d’optimisation mécanique chacun situé à une extrémité longitudinale de la partie principale (28) tubulaire, au moins un dôme (30) comprenant l’ouverture (32). Réservoir selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant une coque de renfort (44) recouvrant le liner (24), la coque de renfort (44) étant réalisée en matériau composite. Réservoir selon la revendication 3, comprenant une bague de serrage (46) positionnée autour de la première partie (36) de l’embase (34) et destinée à exercer un serrage du liner (24) entre la coque de renfort (44) et l’embase (34). Réservoir selon la revendication 4, dans lequel la première partie (36) de l’embase (34) et la bague de serrage (46) comprennent chacune un filetage permettant le positionnement et le serrage de la bague de serrage (46) sur la première partie (36) de l’embase (34). Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le liner (24) est réalisé dans un matériau polymère. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la deuxième partie (40) de l’embase (34) comprend une surface (42) d’accroche mécanique et/ou chimique destinée à être fixée dans la matière du liner (24). Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’embase (34) est réalisée dans un matériau métallique ou dans un matériau composite. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une seconde embase et une soupape de décharge, la seconde embase étant reliée à la soupape de décharge. Procédé de fixation de l’embase avec au moins un élément du liner (24) du réservoir (22) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Fixation (étape 50) de l’embase (34) sur un axe piloté longitudinalement par un vérin ; Introduction de l’embase (34) dans un moule (étape 52), les dimensions du moule étant adaptées à la fabrication d’au moins un élément du liner (24) comprenant l’ouverture (32) ; Fermeture du moule (étape 54), l’axe étant positionné au travers d’une lumière du moule destinée à former l’ouverture (32) du liner (24) ; Formation de l’au moins un élément du liner (24) par rotomoulage ou par extrusion soufflage d’un polymère sur les parois du moule (étape 56), le polymère étant chauffée de manière à être malléable ; Mise en mouvement longitudinal de l’embase (34) par le vérin (étape 58) de manière à venir comprimer le polymère de l’élément du liner (24) entre le moule et la deuxième partie (40) de l’embase (34), cette étape (58) de mise en mouvement de l’axe étant effectuée lorsque le polymère est encore légèrement malléable ou collant ; Refroidissement du polymère (étape 60) de manière à solidariser la deuxième partie (40) de l’embase (34) au polymère.