DISPOSITIF ANTI-COLLAPSE POUR RÉSERVOIR DE STOCKAGE DE GAZ SOUS PRESSION

Abstract

 La présente invention se rapporte à un dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression, ledit réservoir étant défini par une partie supérieure et une partie inférieure, ledit réservoir (110) comportant un enroulement filamentaire de renforcement et une enveloppe étanche ouverte à au moins une de ses extrémités, définissant un volume de stockage de gaz sous pression, constituée d'une embase (111) ouverte en partie supérieure du réservoir, un liner (113), ledit réservoir (110) comportant en outre une structure résistante (114) en matériau composite, ledit dispositif (100) anti-collapse comportant au moins un évent (116) permettant l'évacuation du gaz piégé entre l'enveloppe et la structure (114) résistante en matériau composite, ledit évent (116) étant distinct de l'embase (111) ouverte.

Description

Domaine de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des réservoirs de stockage de gaz sous pression.

[0002] La présente invention se rapporte plus particulièrement au domaine des réservoirs de stockage de gaz sous pression comportant une enveloppe définissant un volume de stockage de gaz ouverte à au moins une de ses extrémités, comprenant une ou plusieurs embase(s) ainsi qu'une paroi d'étanchéité interne souple, ci-après désignée par le terme anglais « liner », et un enroulement filamentaire de renforcement disposé sur tout ou une partie de sa surface extérieure. Les embases représentent les interfaces du réservoir avec le circuit de gaz coté extrémité ouverte et peuvent être utilisées comme interface de fixation du réservoir.

[0003] La présente invention concerne plus particulièrement les réservoirs utilisant des embases métalliques en alliage d'acier ou d'aluminium, et des liners en matériaux thermoplastiques utilisés dans les réservoirs de stockage de type IV, mais peut être applicable aux assemblages utilisant des embases réalisées en matériaux plastiques, plastiques renforcés de fibres courtes ou longues, autres matériaux métalliques, et utilisant des liners en matériaux polymères autres que thermoplastiques et utilisés dans les réservoirs de stockage de fluide sous pression, sous forme liquide ou gazeuse.

Etat de la technique

[0004] On connaît dans l'état de la technique des réservoirs de stockage de gaz comprenant une enveloppe étanche constituée d'une ou plusieurs embases métalliques, l'une d'entre elles au moins étant ouverte, et d'un liner en matériau polymère.

[0005] Les principaux avantages des liners en matériaux polymères vis-à-vis des liners en matériaux métalliques sont une tenue mécanique supérieure aux sollicitations cycliques et une masse réduite. Cependant, lors des phases d'utilisation des réservoirs, il a été constaté que ce type de construction est sensible à la vitesse de vidange du gaz. Une vitesse de vidange trop élevée peut entraîner une dégradation de l'enveloppe par déformation permanente du liner polymère, communément appelée « collapse » en anglais.

[0006] Les Figures 1A et 1B représentent des vues d'ensemble d'un réservoir 10 selon l'état de la technique. On observe sur les Figures 1A et 1B un réservoir 10 de l'état de la technique, comportant une embase 11 ouverte, un liner 13 et une structure résistante 14. De plus, le réservoir 10 de la Figure 1B comporte une embase 12 fermée.

[0007] Une des raisons possible du phénomène de collapse est la relative perméabilité au gaz stocké du matériau polymère utilisé pour fabriquer le liner. Une partie du gaz initialement à l'intérieur de l'enveloppe passe au travers de la paroi du liner. Dans les réservoirs conventionnels, la structure composite qu'elle soit collée ou non à l'enveloppe, retarde voire empêche l'évacuation de ce gaz vers l'extérieur et peut entraîner la création de poches de gaz entre l'enveloppe et la structure résistante. Lors de la vidange, le gaz piégé entre l'enveloppe et la structure composite n'est pas évacué et entraîne la formation de cloques sur le liner. Cette déformation permanente du liner peut conduire à des fissures dans la paroi et compromettre l'étanchéité du réservoir.

[0008] Les Figures 2A et 2B illustrent un détail sur une liaison collée entre l'enveloppe et la structure résistante pour un réservoir selon l'état de la technique. On observe sur les Figures 2A et 2B une liaison 15 collée entre l'enveloppe et la structure résistante 14. On observe également un liner 13 sur ces Figures. De plus, on observe une embase 12 fermée sur la Figure 1A et une embase 11 ouverte sur la Figure 1B.

[0009] On connaît également dans l'état de la technique le brevet français N° FR 3 015 630 B1 (STELIA AEROSPACE COMPOSITES), qui se rapporte à un réservoir destiné au stockage de milieux liquides ou gazeux sous pression. L'invention décrite dans ce brevet français de l'état de la technique concerne plus particulièrement un réservoir destiné au stockage de milieux liquides ou gazeux sous pression, comprenant une enveloppe intérieure définissant une chambre de stockage, ladite enveloppe intérieure comprenant une ouverture, une embase placée au niveau de ladite ouverture pour assurer la connexion intérieur/extérieur dudit réservoir et une enveloppe de renforcement mécanique entourant au moins ladite enveloppe intérieure, ladite embase comportant une partie de col cylindrique creux définissant un canal intérieur et une partie annulaire comprenant une surface inférieure constituant la surface inférieure de ladite embase, ladite surface inférieure étant placée en vis-à-vis d'une surface de contact de ladite enveloppe intérieure. Selon cette invention de l'état de la technique, ladite embase comporte dans son épaisseur au moins un évent distinct dudit canal, ledit au moins un évent débouchant à une première de ses extrémités à la surface inférieure de ladite partie annulaire et à son autre extrémité dans ledit canal intérieur de manière à assurer l'évacuation des gaz ayant traversé la paroi de l'enveloppe intérieure.

[0010] On connaît également dans l'état de la technique le brevet français N° FR 3 015 629 B1 (STELIA AEROSPACE COMPOSITES), qui se rapporte à un réservoir destiné au stockage de milieux liquides ou gazeux sous pression. L'invention décrite dans ce brevet français de l'état de la technique concerne plus particulièrement un réservoir destiné au stockage de milieux liquides ou gazeux sous pression, comprenant une enveloppe intérieure définissant une chambre de stockage, ladite enveloppe intérieure comprenant une ouverture, une embase placée au niveau de ladite ouverture pour assurer la connexion intérieur/extérieur dudit réservoir et une enveloppe de renforcement mécanique entourant au moins ladite enveloppe intérieure. Selon cette invention de l'état de la technique, - ladite embase comprend une première portion d'embase solidaire uniquement de ladite enveloppe intérieure et une deuxième portion d'embase solidaire uniquement de ladite enveloppe de renforcement mécanique, lesdites première et deuxième portions d'embase étant distinctes et non liées entre elles, - l'espace séparant lesdites portions d'embase formant un évent assurant l'évacuation des gaz ayant traversé la paroi de l'enveloppe intérieure.

Exposé de l'invention

[0011] La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif anti-collapse pour réservoir de stockage de gaz sous pression, ledit réservoir étant constitué d'un enroulement filamentaire de renforcement et d'une enveloppe étanche ouverte à au moins une de ses extrémités comportant une embase ouverte, une embase fermée et un liner polymère, permettant le remplissage, le stockage et la vidange rapide d'un gaz sous pression sans déformation permanente du liner et bénéficiant des avantages des liners polymères précédemment cités de l'état de la technique. On entend par vidange rapide une vidange pouvant aller jusqu'à 2 kg/s de gaz.

[0012] La présente invention constitue une variante particulièrement simple à mettre en œuvre.

[0013] A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un dispositif anti-collapse pour réservoir de stockage de gaz sous pression, ledit réservoir étant défini par une partie supérieure et une partie inférieure, ledit réservoir comportant un enroulement filamentaire de renforcement et une enveloppe étanche ouverte à au moins une de ses extrémités, définissant un volume de stockage de gaz sous pression, constituée d'une embase ouverte en partie supérieure du réservoir, un liner, ledit réservoir comportant en outre une structure résistante en matériau composite, ledit dispositif anti-collapse comportant au moins un évent permettant l'évacuation du gaz piégé entre l'enveloppe et la structure résistante en matériau composite, ledit évent étant distinct de l'embase ouverte.

[0014] Selon un mode de réalisation, l'évent se situe en partie inférieure du réservoir.

[0015] Selon un mode de réalisation, l'évent se situe dans une embase fermée ou bien est une embase fermée.

[0016] Le chemin privilégié d'évacuation du gaz piégé est obtenu lors du déplacement du liner sous l'effet de la pression externe localement appliquée par ce gaz (communément appelé « blistering » en anglais). Ce déplacement a pour effet de générer un passage entre l'enveloppe étanche et la structure résistante jusqu'à l'évent ou au réseau d'évents aménagé sur l'embase fermée permettant l'évacuation du gaz piégé.
Ainsi, le dispositif selon la présente invention permet d'obtenir un réservoir présentant un enroulement filamentaire de renforcement et une enveloppe étanche ouverte à au moins une de ses extrémités comprenant deux embases et un liner polymère, permettant le remplissage, le stockage et la vidange rapide d'un gaz sous pression sans déformation permanente du liner et bénéficiant des avantages des liners polymères soit une masse réduite et une tenue à la fatigue améliorée.

[0017] Selon un mode de réalisation, ledit liner est constitué de matériaux polymères.

[0018] Selon un mode de réalisation, l'interface entre la surface externe du liner et la structure résistante en matériau composite n'est pas collée.

[0019] Selon un mode de réalisation, l'interface entre la surface externe du liner et la structure résistante en matériau composite permet la circulation des gaz piégés entre la surface externe du liner et la structure résistante en matériau composite.

[0020] Selon une variante, ladite structure résistante en matériau composite est liée cinématiquement avec l'embase ouverte et avec l'embase fermée.

[0021] Avantageusement, la zone des embases en contact avec ladite structure résistante en matériau composite possède des fonctions de blocage en rotation et en translation.

[0022] Selon un mode de réalisation, l'enveloppe est formée du liner et de l'embase ouverte, ces deux constituants pouvant être assemblés par collage, par soudage, par liaison mécanique ou toute autre liaison permettant l'étanchéité au gaz stocké.

[0023] Selon un mode de réalisation, l'embase fermée est positionnée sans liaison mécanique, uniquement par contact avec le liner.

[0024] La présente invention se rapporte également à un réservoir comportant un dispositif conforme au dispositif évoqué ci-dessus.

[0025] La présente invention se rapporte également à un véhicule, terrestre ou maritime, comportant un tel réservoir, à un équipement stationnaire comportant un tel réservoir, et à un aéronef comportant un tel réservoir.

Brève description des dessins

[0026] On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles :

• Les Figures 1A et 1B représentent des vues d'ensemble d'un réservoir selon l'état de la technique ;
• Les Figures 2A et 2B illustrent un détail sur la liaison collée entre l'enveloppe et la structure résistante pour un réservoir selon l'état de la technique ;
• La Figure 3 représente un réservoir avec système d'évacuation du gaz piégé, dans un mode de réalisation de la présente invention ; et
• Les Figures 4A et 4B illustrent un réservoir avec système d'évacuation du gaz piégé, dans un mode de réalisation de la présente invention.

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention

[0027] La présente invention concerne un dispositif 100 anti-collapse pour réservoir 110 de stockage de gaz sous pression.

[0028] La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif 100 anti-collapse pour réservoir 110 de stockage de gaz sous pression, ledit réservoir étant défini par une partie supérieure et une partie inférieure, ledit réservoir 110 comportant un enroulement filamentaire de renforcement et une enveloppe étanche ouverte à au moins une de ses extrémités, définissant un volume de stockage de gaz sous pression, constituée d'une embase 111 ouverte en partie supérieure du réservoir, un liner 113, ledit réservoir 110 comportant en outre une structure résistante 114 en matériau composite, ledit dispositif 100 anti-collapse comportant au moins un évent 116 permettant l'évacuation du gaz piégé entre l'enveloppe et la structure 114 résistante en matériau composite, ledit évent 116 étant distinct de l'embase 111 ouverte.

[0029] Dans le cadre de la présente invention, le réservoir 110 comporte un enroulement filamentaire de renforcement et une enveloppe étanche ouverte à au moins une de ses extrémités, définissant un volume de stockage de gaz sous pression, constituée d'une embase 111 ouverte ainsi que d'un liner 113 qui, dans un mode de réalisation, est en polymère, et est conçu de manière à ce qu'il existe un espace entre tout ou une partie de la surface externe de l'enveloppe et tout ou une partie de la surface interne de la structure résistante 114, et qu'il existe un chemin privilégié d'évacuation du gaz piégé dans l'espace entre l'enveloppe et la structure résistante 114.

[0030] Dans un mode de réalisation, l'évent 116 se situe en partie inférieure du réservoir. Il peut se situer par exemple à un niveau correspondant à 30 % du réservoir. Ledit évent 116 est de préférence situé à l'opposé de l'embase 111 ouverte.

[0031] Dans un mode de réalisation, l'évent 116 se situe dans une embase 112 fermée ou bien est une embase 112 fermée.

[0032] Le chemin privilégié d'évacuation du gaz est intégré dans la conception de l'embase 112 fermée.

[0033] Le dispositif selon la présente invention s'applique plus particulièrement à des réservoirs ayant une pression de service comprise entre 300 et 1500 bars.

[0034] La Figure 3 représente un réservoir 110 avec système d'évacuation du gaz piégé, dans un mode de réalisation de la présente invention.

[0035] On observe sur la Figure 3 un réservoir 110 comportant une embase 112 fermée, un liner 113, une structure résistante 114 et un évent 116 pour l'évacuation du gaz piégé.

[0036] Dans un mode de réalisation, l'enveloppe étanche est formée du liner 113 polymère et de l'embase 111 ouverte, ces deux constituants pouvant être assemblés par collage, par soudage, par liaison mécanique ou toute autre liaison permettant l'étanchéité au gaz stocké. L'embase 112 fermée est positionnée sans liaison mécanique, uniquement par contact avec le liner 113 polymère. L'embase fermée intègre un ou plusieurs évents 116 permettant l'évacuation du gaz piégé entre l'enveloppe et la structure composite.

[0037] La structure résistante est réalisée de telle sorte qu'elle soit liée cinématiquement avec les deux embases, 111 ouverte et 112 fermée. Pour cela la zone des embases 111 et 112 en contact avec la structure résistante 114 intègre les fonctions de blocage en rotation et en translation.

[0038] L'interface entre la surface externe du liner 113 polymère et la structure résistante 114 n'est pas collée. Le chemin privilégié d'évacuation du gaz piégé est obtenu lors du déplacement du liner 113 sous l'effet de la pression externe localement appliquée par ce gaz (blistering). Ce déplacement a pour effet de générer un passage entre l'enveloppe étanche et la structure résistante 114 jusqu'à l'évent 116 ou au réseau d'évents 116 aménagé sur l'embase 112 fermée permettant l'évacuation du gaz piégé.

[0039] Les Figures 4A et 4B illustrent un réservoir 110 avec système d'évacuation du gaz piégé, dans un mode de réalisation de la présente invention.

[0040] On observe sur la Figure 4A un réservoir 110 en phase de stockage et de remplissage, dans lequel le chemin d'évacuation 120 est fermé sous l'effet de la pression interne.

[0041] On observe sur la Figure 4B un réservoir 110 en phase de vidange, dans lequel le chemin d'évacuation 121 est ouvert par l'effet du gaz piégé à l'extérieur de l'enveloppe d'étanchéité.

[0042] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.

Revendications

1. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression, ledit réservoir étant défini par une partie supérieure et une partie inférieure, ledit réservoir (110) comportant un enroulement filamentaire de renforcement et une enveloppe étanche ouverte à au moins une de ses extrémités, définissant un volume de stockage de gaz sous pression, constituée d'une embase (111) ouverte en partie supérieure du réservoir, un liner (113), ledit réservoir (110) comportant en outre une structure résistante (114) en matériau composite, ledit dispositif (100) anti-collapse étant caractérisé ce qu'il comporte au moins un évent (116) permettant l'évacuation du gaz piégé entre l'enveloppe et la structure (114) résistante en matériau composite, ledit évent (116) étant distinct de l'embase (111) ouverte.

2. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évent (116) se situe en partie inférieure du réservoir.

3. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'évent (116) se situe dans une embase (112) fermée ou bien est une embase (112) fermée.

4. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit liner (113) est constitué de polymère.

5. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'interface entre la surface externe du liner (113) et la structure (114) résistante en matériau composite permet la circulation des gaz piégés entre la surface externe du liner (113) et la structure (114) résistante en matériau composite.

6. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite structure (114) résistante en matériau composite est liée cinématiquement avec l'embase (111) ouverte et avec l'embase (112) fermée.

7. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la zone des embases (111, 112) en contact avec ladite structure (114) résistante en matériau composite possède des fonctions de blocage en rotation et en translation.

8. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe est formée du liner (113) et de l'embase (111) ouverte, ces deux constituants pouvant être assemblés par collage, par soudage, par liaison mécanique ou toute autre liaison permettant l'étanchéité au gaz stocké.

9. Dispositif (100) anti-collapse pour réservoir (110) de stockage de gaz sous pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'embase (112) fermée est positionnée sans liaison mécanique, uniquement par contact avec le liner (113).

10. Réservoir comportant un dispositif selon l'une des revendications précédentes.

11. Véhicule, terrestre ou maritime, comportant un réservoir selon la revendication 8.

12. Equipement stationnaire comportant un réservoir selon la revendication 8.

13. Aéronef comportant un réservoir selon la revendication 8.

Dessins