Brevet FR3163707A1 — publié le 20251226

Réservoir pour gaz sous pression L’invention concerne un réservoir (1) pour gaz sous pression, notamment de l’hydrogène, comprenant une structure (2) composite et une enveloppe d’étanchéité (3), où l’enveloppe d’étanchéité (3) comprend au moins deux tubes (4) parallèles s’étendant sensiblement le long d’une première direction (X), et, à chaque extrémité des tubes (4), une coquille extrémale (5, 6) commune, fermant de manière étanche tous les tubes (4), et en ce que la structure (2) comprend une structure élémentaire (2e) autour de chaque tube (4) et une structure globale (2g) autour de l’assemblage des tubes (4) et des coquilles extrémales (5, 6). L’invention concerne encore un procédé de réalisation d’un tel réservoir (1). Figure pour l'abrégé : figure 1 Réservoir pour gaz sous pression L’invention concerne un réservoir pour le stockage de gaz sous pression. Un réservoir pour gaz sous pression est typiquement utilisé pour embarquer un gaz à bord d’un véhicule. La pression de stockage dudit gaz peut être élevée, jusqu’à atteindre des pressions de l’ordre de 1000 bars. Le gaz est, par exemple, de l’hydrogène destiné à la propulsion dudit véhicule, soit par combustion directe dans un moteur à hydrogène, soit par production d’électricité au sein d’une pile à combustible. Un tel réservoir, tout en supportant les contraintes liées à la pression, doit rester léger afin de ne pas amputer le budget masse du véhicule. Aussi, un tel réservoir est, de manière connue, réalisé en matériau composite. Un mode de réalisation connu utilise une structure en composite, comprenant des fibres noyées dans une matrice en résine. Cette structure assure une fonction de charpente du réservoir, garante de sa forme, et garantit la tenue des contraintes mécaniques. Cependant, un tel matériau ne saurait être étanche au gaz. Aussi, la structure est doublée, sur toute sa surface interne, par une enveloppe d’étanchéité ou liner en matériau thermoplastique, assurant l’étanchéité au gaz. Pour des besoins d’intégration du réservoir dans un véhicule, il est avantageux que le réservoir présente une forme aplatie. Une forme sphérique ou cylindrique est la plus à même d’offrir une résistance homogène aux contraintes mécaniques causées par la pression. Au contraire, une forme aplatie, entraîne des contraintes mécaniques d’autant plus importantes que l’on s’éloigne de la forme sphérique. Aussi, il est recherché des modes de réalisation pour obtenir un réservoir aplati. L’invention propose de répondre à ce problème de manière ingénieuse au moyen de tubes parallèles et d’un mode de réalisation ingénieux de la structure. Pour cela, l’invention a pour objet un réservoir pour gaz sous pression, notamment de l’hydrogène, comprenant une structure composite et une enveloppe d’étanchéité, où l’enveloppe d’étanchéité comprend au moins deux tubes parallèles s’étendant sensiblement le long d’une première direction, et à chaque extrémité des tubes une coquille extrémale commune, fermant de manière étanche tous les tubes et en ce que la structure comprend une structure élémentaire autour de chaque tube et une structure globale autour de l’assemblage des tubes et des coquilles extrémales. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - les tubes sont réalisés par extrusion, - les coquilles extrémales sont réalisées par injection, - les coquilles extrémales sont assemblées aux extrémités des tubes par soudage, - la structure élémentaire est réalisée par enroulement filamentaire autour du tube et/ou la structure globale est réalisée par enroulement filamentaire autour de l’assemblage des tubes et des coquilles extrémales, - l’enveloppe d’étanchéité comprend encore une pièce intermédiaire, reprenant la forme de la section transverse de l’ensemble des tubes intercalée et soudée entre l’extrémité des tubes et une coquille extrémale, - un tube extrémal présente une section transverse partiellement circulaire, préférentiellement sensiblement en forme de « D », - un tube intermédiaire présente une section transverse oblongue, préférentiellement rectangulaire à coins arrondis. L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un réservoir pour gaz sous pression, notamment de l’hydrogène, comprenant une structure composite et une enveloppe d’étanchéité, comprenant les étapes suivantes : - fabrication de tubes par extrusion, deux tubes extrémaux et au moins zéro tubes intermédiaires, - réalisation d’une structure élémentaire autour de chaque tube par enroulement filamentaire, - assemblage parallèle des tubes, - soudage d’une coquille extrémale à chaque extrémité des tubes, préférentiellement en insérant une pièce intermédiaire, - réalisation d’une structure globale autour de l’assemblage des tubes et des coquilles extrémales par enroulement filamentaire. 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 : FIG. 1 montre, en vue perspective éclatée, une première extrémité d’un réservoir selon l’invention, FIG. 2 montre, en vue perspective éclatée, l’autre extrémité du réservoir de la FIG. 1 , FIG. 3 montre, en vue sectionnelle selon un plan passant par les axes X des tubes, le réservoir de la FIG. 1 assemblé, FIG. 4 montre, en vue perspective, un réservoir terminé. En référence aux figures 1 à 3, l’invention concerne un réservoir 1 pour gaz sous pression, notamment de l’hydrogène. Afin d’être apte à supporter les fortes pressions imposées par le gaz, le réservoir 1 comprend une structure 2. Afin de ne pas grever le budget poids, pour faciliter son embarquement à bord d’un véhicule, cette structure 2 est préférentiellement réalisée en composite. Afin d’assurer une étanchéité au gaz, que ne saurait assurer la structure 2, particulièrement dans le cas de l’hydrogène qui présente une molécule très petite, le réservoir 1 comprend encore une enveloppe d’étanchéité 3. Selon une caractéristique ingénieuse, l’enveloppe d’étanchéité 3 comprend au moins deux tubes 4, parallèles, s’étendant sensiblement le long d’une première direction X. L’enveloppe d’étanchéité 3 comprend encore deux coquilles extrémales 5, 6. A chaque extrémité des tubes 4, une coquille extrémale 5, 6, commune à tous les tubes 4, ferme de manière étanche tous les tubes 4. Selon cette même caractéristique, la structure 2 comprend une structure élémentaire 2e autour de chaque tube 4 et une structure globale 2g autour de l’assemblage des tubes 4 et des coquilles extrémales 5, 6. Selon une autre caractéristique, les tubes 4 sont réalisés par extrusion. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse car l’extrusion permet de réaliser simplement de manière industrielle une pièce au mètre, d’une section quelconque et d’une longueur quelconque. Il apparaitra plus avant qu’une structure élémentaire 2e, entourant un tube 4, peut aussi être réalisée à la demande, à toute longueur voulue. Ainsi, l’extrusion permet de réaliser des tubes 4 et donc des réservoirs 1 de longueur quelconque, simplement et industriellement. Selon une autre caractéristique, les coquilles extrémales 5, 6 sont réalisées par injection. Afin d’assurer l’étanchéité au gaz souhaitée, l’enveloppe d’étanchéité 3 et donc tous ses composants 4, 5, 6, 7, 8 sont avantageusement réalisés en matériau thermoplastique, tel le PA6 ou tout autre matériau plastique de ce type. Selon une autre caractéristique, les coquilles extrémales 5, 6 sont assemblées aux extrémités des tubes 4 par soudage. Le signe de référence 2 désigne la structure de manière générique, ainsi que toutes ses parties 2e et 2g. Selon une autre caractéristique, la structure 2 est réalisée en deux fois, selon deux couches successives. D’une part, une structure élémentaire 2e est réalisée par enroulement filamentaire autour de chaque tube 4, pris séparément. La structure élémentaire 2e est réalisée par enroulement autour de l’axe X du tube 4 en basculant l’enrouleur à +/- α° relativement à l’axe X, α étant compris entre 45° et 90°, préférentiellement entre 80° et 90°, de manière à croiser les filaments. L’enrouleur est régulièrement décalé tout le long du tube 4 par rapport à l’axe X, afin de recouvrir le tube 4 sur sensiblement toute sa longueur. L’enroulement filamentaire est une technique connue de réalisation d’un composite. Elle consiste à enrouler autour d’une forme, d’un moule ou ici d’un tube 4, un filament, tel un fil, une bande, …, en fibres, généralement de verre ou de carbone, enduit d’une résine thermodurcissable ou thermoplastique sous forme non durcie pendant l’enroulement et de réaliser un durcissement ensuite. Une fois chaque tube 4 équipé par enroulement filamentaire de sa structure élémentaire 2e, tous les tubes 4 sont réunis. Ils sont fermés par les coquilles extrémales 5, 6. L’ensemble comprenant les tubes 4 et les coquilles extrémales 5, 6 reçoit une structure globale 2g réalisée par enroulement filamentaire autour de l’assemblage des tubes 4 et des coquilles extrémales 5, 6. La structure globale 2g est réalisée par enroulement autour de l’ensemble comprenant les tubes 4 et les coquilles 5, 6 soudées aux tubes 4. L’enroulement se fait alors selon les deux directions du plan du réservoir 1 : axe X et axe Y. La structure globale 2g recouvre tout le réservoir 1 et particulièrement les coquilles 5, 6 non recouvertes par les structures élémentaires 2e. Au niveau des structures élémentaires 2e, la structure globale 2g forme une deuxième couche de composite. L’assemblage des coquilles 5, 6 avec les extrémités des tubes 4 s’effectue préférentiellement par soudage. Ce soudage peut être réalisé par toute technologie de soudage, préférentiellement autogène. Du fait de contraintes, principalement liées à la réalisation des coquilles 5, 6 par injection, le soudage direct peut être délicat. Aussi, selon une autre caractéristique, l’enveloppe d’étanchéité 3 comprend encore une pièce intermédiaire 7, 8. Cette pièce intermédiaire 7, 8 est sensiblement plane et reprend sensiblement la forme de la section transverse de l’ensemble des tubes 4. Une telle pièce intermédiaire 7 est intercalée et soudée entre une première extrémité des tubes 4 et une première coquille extrémale 5. Une autre pièce intermédiaire 8 est intercalée et soudée entre l’autre extrémité des tubes 4 et une deuxième coquille extrémale 6. Le profil d’une pièce intermédiaire 7, 8, plus particulièrement visible à la FIG. 3 , est conçu pour, côté tubes 4, joindre les parois de deux tubes 4 adjacents en assurant leur étanchéité, et, côté coquille extrémale 5, 6, se raccorder de manière étanche au bord de la coquille extrémale 5, 6. Un objectif est d’avoir une épaisseur de l’enveloppe d’étanchéité 3 continue et fermée. Les tubes, génériquement référencés 4, sont distingués en tubes extrémaux 4e, disposés de chaque côté de l’empilage des tubes 4, selon l’axe Y, et en n tubes intermédiaires 4i disposés entre les tubes extrémaux 4e. n est un entier positif ou nul. Le choix de n permet de déterminer, à volonté, la largeur du réservoir 1. La section d’un tube 4, 4e, 4i peut être quelconque. Cette section est sensiblement constante tout au long de l’axe X du tube 4. Une section circulaire est la section qui résiste le mieux à la pression. Une section rectangulaire est la section qui optimise le volume utile de gaz. Cependant, des arêtes trop marquées risquent de créer de préjudiciables amorces de rupture et sont donc évitées. Aussi, afin d’optimiser le volume de remplissage, selon une autre caractéristique, un tube intermédiaire 4i présente une section transverse oblongue, préférentiellement rectangulaire à coins arrondis. La tenue à la pression, pour un tube intermédiaire 4i, est aussi assurée par les deux tubes 4 qui lui sont adjacents. Au contraire, pour optimiser la tenue à la pression, selon une autre caractéristique, un tube extrémal 4e présente une section transverse partiellement circulaire, du côté où le tube 4e est libre de voisinage et sensiblement droite du côté où il est adjacent à un tube 4 adjacent. Aussi, un tube extrémal 4e présente préférentiellement une section transverse sensiblement en forme de « D ». Ici aussi, pour éviter des amorces de rupture, les deux arêtes apparaissant aux deux coins du « D » sont avantageusement arrondies. L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’un réservoir 1 pour gaz sous pression, notamment de l’hydrogène, comprenant une structure 2 composite et une enveloppe d’étanchéité 3. Un tel procédé comprend les étapes suivantes. Au cours d’une première étape, les tubes 4 sont fabriqués, préférentiellement par extrusion. Ici, deux filières sont utilisées : une éventuelle filière à section sensiblement rectangulaire pour les éventuels tubes intermédiaires 4i et une filière à section en « D » pour les deux tubes extrémaux 4e. Un réservoir 1 nécessite deux tubes extrémaux 4e et n tubes intermédiaires 4i, n entier positif, pouvant être nul. Au cours d’un deuxième étape, chaque tube 4, 4e, 4i est entouré, par enroulement filamentaire, d’une structure élémentaire 2e, reproduisant sa forme de section. Au cours d’une troisième étape, les tubes 4, 4i, 4e, munis de leur structure élémentaire 2e, sont assemblés, leur axe X étant parallèles, dans la configuration finale du réservoir 1. Au cours d’une quatrième étape, une coquille extrémale 5, 6 est soudée à chaque extrémité des tubes 4 de manière à fermer le volume du réservoir 1 de manière étanche. Cet assemblage s’effectue préférentiellement en insérant une pièce intermédiaire 7, 8 entre tubes 4 et coquilles 5, 6. Une fois cet assemblage des tubes 4 et des coquilles extrémales 5, 6 réalisé, une cinquième étape réalise une structure globale 2g autour, par enroulement filamentaire. 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. Réservoir (1) pour gaz sous pression, notamment de l’hydrogène, comprenant une structure (2) composite et une enveloppe (3) d’étanchéité, caractérisé en ce que l’enveloppe d’étanchéité (3) comprend au moins deux tubes (4) parallèles s’étendant sensiblement le long d’une première direction (X), et, à chaque extrémité des tubes (4), une coquille extrémale (5, 6) commune, fermant de manière étanche tous les tubes (4) et en ce que la structure (2) comprend une structure élémentaire (2e) autour de chaque tube (4), et une structure globale (2g) autour de l’assemblage des tubes (4) et des coquilles extrémales (5, 6). Réservoir (1), selon la revendication 1, où les tubes (4) sont réalisés par extrusion . Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, où les coquilles extrémales (5, 6) sont réalisées par injection . Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où les coquilles extrémales (5, 6) sont assemblées aux extrémités des tubes (4) par soudage . Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, où la structure élémentaire (2e) est réalisée par enroulement filamentaire autour du tube (4) et/ou la structure globale (2g) est réalisée par enroulement filamentaire autour de l’assemblage des tubes (4) et des coquilles extrémales (5, 6). Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où l’enveloppe d’étanchéité (3) comprend encore une pièce intermédiaire (7, 8), reprenant la forme de la section transverse de l’ensemble des tubes (4), intercalée et soudée entre l’extrémité des tubes (4) et une coquille extrémale (5, 6). Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, où un tube extrémal (4e) présente une section transverse partiellement circulaire, préférentiellement sensiblement en forme de « D ». Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, où un tube intermédiaire (4i) présente une section transverse oblongue, préférentiellement rectangulaire à coins arrondis . Procédé de fabrication d’un réservoir (1) pour gaz sous pression, notamment de l’hydrogène, comprenant une structure (2) composite et une enveloppe d’étanchéité (3), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - fabrication de tubes (4) par extrusion, deux tubes extrémaux (4e) et au moins zéro tubes intermédiaires (4i), - réalisation d’une structure élémentaire (2e) autour de chaque tube (4) par enroulement filamentaire, - assemblage parallèle des tubes (4), - soudage d’une coquille extrémale (5, 6) à chaque extrémité des tubes (4), préférentiellement en insérant une pièce intermédiaire (7, 8), - réalisation d’une structure globale (2g) autour de l’assemblage des tubes (4) et des coquilles extrémales (5, 6) par enroulement filamentaire.