CA1312295C - Recipient pour le stockage de fluide sous pression - Google Patents

Recipient pour le stockage de fluide sous pression

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CA1312295C
CA1312295C CA000598114A CA598114A CA1312295C CA 1312295 C CA1312295 C CA 1312295C CA 000598114 A CA000598114 A CA 000598114A CA 598114 A CA598114 A CA 598114A CA 1312295 C CA1312295 C CA 1312295C
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Abstract

ABR?G? DESCRIPTIF La présente invention concerne un récipient pour le stockage de fluide sous pression, comportant une enveloppe intérieure d'axe X,X' présentant une partie centrale cylindrique et deux parties d'extrémité, un frettage entourant l'enveloppe et laissant dégagée, à la partie d'extrémité bombée, une calotte centrée sur l'axe X,X'. Selon l'invention, le contour extérieur de la partie d'extrémité bombée de l'enveloppe présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique telle que le rapport G du demi petit axe au grand axe est tel que 0,32 ? G ? 0,40 où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la partie centrale cylindrique de l'enveloppe, et l'épaisseur ei de la partie d'extrémité bombée, la calotte étant exclue, varie suivant la formule: (II) <IMG> dans laquelle: Ri = distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur de la partie d'extrémité bombée, auquel est mesurée l'épaisseur ei, e = épaisseur de l'enveloppe dans la partie centrale cylindrique de celle-ci, R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique de l'enveloppe, R1 = rayon de la base de la calotte, et e1 = épaisseur de l'enveloppe pour Ri = R1, l'épaisseur de la calotte étant au moins égale à e1. L'invention s'applique notamment aux "bouteilles" de gaz.

Description

13~ 229~

1 La présente invention concerne un réciplent pour l.e stockage de flui.de sous pression.

Plus parti.culièrement, quoique non exclusivement, l'invention se rapporte à des récipients dits "bouteilles"
de stockage de gaz, tels que de l'air, de l'oxygène, de l'azote, du gaz carbonique, utilisées dans différents secteurs industriels.

On connalt déjà, par exemple par le document US-A-3 508 677, un tel récipient pour le stockage de gaz sous pression, comprenant, de manière générale, une enveloppe intérieure, présentant une partie centrale cylindrique et deux parties d'extrémité bombées, et un frettage de fibres résistantes enrobées d'un liant durcissable, entourant ladite enveloppe.

Dans ce cas, l'enveloppe est d'épaisseur constante, aussi bien dans la partie centrale cylindrique qu'aux deux parties d'extrémité bombées.

Cependant, une telle épaisseur constante, compte tenu des différences de contraintes entre la partie centrale et les parties d'extrémité, implique que, pour obtenir une bonne résistance du récipient, la partie centrale doit présenter une surépaisseur par rapport à ce qui serait nécessaire. Il en résulte un "surpoids" du récipient, ce qui est particulièrement désavantageux quand de tels récipients sont destinés à être utilisés dans des engins spatiaux, ou à être transportés à dos d'homme (bouteilles de plongée, par exemple).

La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient, et concerne un récipient de stockage de fluide sous pression adapté pour présenter le meilleur rapport poids/résistance possible.
2 131229~

1 ~ cet effet, le récipient pour le stockage de fluide sous pression, du type comprenant une enveloppe intérieure de forme de révolution autour d'un axe longitudinal X,X', présentant une partie centrale cylindrique et deux parties d'extrémité, au moins une desdi.tes parties d'extrémité étant bombée vers l'extérieur, un frettage de fibres résistantes enrobées d'un liant durcissable, entourant ladite enveloppe et présentant au moins un enroulement planétaire laissant dégagée, à ladite partie d'extrémité bombée, une calotte centrée sur ledit axe X,X', est remarquable, selon l'inven-tion, en ce que le contour extérieur de ladite partie d'extrémité bombée de l'enveloppe présente, en coupe longi-tudinale, une forme au moins approximativement elliptique telle que le rapport G du demi petit axe au grand axe est tel que :

0,32 ~ G ~ 0,40 (I) où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la partie centrale cylindrique de l'enveloppe, et en ce que l'épaisseur ei de ladite partie d'extrémité bombée de l'enveloppe, ladite calotte étant exclue, varie suivant la formule :

e. = e1- ~ e (R - Ri) + e (II) l R - R1 dans laquelle :

Ri = distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur de ladite partie d'extrémité bombée, auquel est mesurée l'épaisseur ei, e = épaisseur de l'enveloppe dans la partie centrale cylindrique de celle-ci, 30 R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique de l'enveloppe, 13122~

1 R1 = rayon de la base de ladite calotte, et el = épaisseur de l'enveloppe pour Ri = R1, l'épaisseur de ladite calotte étant au moins égale à e1.

Ainsi, le récipient selon l'invention présente le meilleur rapport possible poids/résistance, car il ne comporte pas de surépaisseur dans la partie centrale cylindrique de l'enveloppe. Par ailleurs, la forme elliptique des parties d'extrémité bombées permet d'obtenir un plus grand volume, par exemple par rapport à une forme hémisphérique, pour une même longueur, c'est-à-dire un même encombrement, du récipient. De plus, cette forme elliptique assure une meilleure assise pour l'enroulement planétaire.

En particulier, ledit rapport G est tel que :

0,34 ~ G ~ O,35.

Avantageusement, le contour intérieur de ladite partie d'extrémité bombée de l'enveloppe présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux parties d'extrémité de l'enveloppe sont bombées vers l'extérieur, au moins une desdites parties étant munie d'un orifice de remplissage.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, une partie d'extrémité de l'enveloppe présente un goulot, et, au moins à la périphérie de ladite partie d'extrémité, le contour extérieur de cette dernière présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique selon la formule (I) et, au moins à ladite périphérie, l'épaisseur de ladite partie d'extrémité varie
3 selon la formule (II).
4 1 3122~

l ~vantageusement, au moins à la périphérie de ladite partie d'extrémité présentant le goulot, le contour intérieur de cette dernière présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique.

Dans le cas où le récipient présente un goulot, de facon appropriée, ledit frettage s'appuie sur ledit goulot.

Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit frettage comporte au moins un enroulement circonférentiel sur ledit enroulement planétaire, en correspondance avec au moins la partie centrale cylindrique de l'enveloppe.

En particulier, ledit frettage est constitué d'une alternance d'enroulements planétaires et d'enroulements circonférentiels.

Par ailleurs, ladite enveloppe peut être réalisée en métal, par exemple en aluminium.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.

La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un récipient conforme à l'invention.

La figure 2 montre, à échelle agrandie, une partie d'extrémité bombée du récipient de la figure 1.

La figure 3 est une vue semblable à la figure 2 montrant une alternance d'enroulements planétaires et d'enroulements 25 circonférentiels.

13~ 229~

1 La figure 4 est une vue semblable à la f`igure 1 d'un récipient, conf`orme à l'invention, présentant un goulot.

En se référant plus particulièrement à la figure 1, le récipient 1 pour le stockage de fluide sous pression comprend une enveloppe intérieure 2, par exemple en aluminium, de forme de révolution autour d'un axe longitu-dinal X,X', présentant une partie centrale cylindrique 2a et deux parties d'extrémité 2b bombées vers l'extérieur.
~ne des parties d'extrémité 2b, à droite sur la figure 1, pr~sente un orifice 3 pour le remplissage du récipient par un fluide. Par ailleurs, le récipient 1 présente un frettage 4 de fibres résistantes (par exemple de verre, Kevlar (marque déposée), carbone, bore) enrobées d'un liant durcissable, entourant l'enveloppe 2. Pour la clarté du dessin, le frettage 4 montré sur les figures 1 et 2 comporte un seul enroulement planétaire 5, laissant dégagée, aux parties d'extrémité 2b, une calotte 6 centrée sur l'axe X,X'.

Cependant, de manière avantageuse, comme montré sur la figure 3, le frettage 4 est généralement constitué d'une alternance d'enroulements planétaires 5 et d'enroulements circonférentiels 7. Chacun de ces derniers s'applique sur l'enroulement planétaire 5 immédiatement inférieur, en correspondance avec la partie centrale cylindrique 2a de l'enveloppe 2.

Comme déjà indiqué, et en se référant plus particulièrement à la figure 2, selon l'invention, le contour extérieur des parties d'extrémité bombées 2b de l'enveloppe 2 présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximative-ment elliptique telle que le rapport G du demi petit axe augrand axe est tel que :

0,32 ~ G ~ 0,40 (I) 13~22~
1 où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la partie centrale cylindrique 2a de l'enveloppe 2, et l'épaisseur ei de chaque partie d'extrémité bombée 2b de l'enveloppe 2, ladite calotte 6 étant exclue, varie suivant la formule :

ei = e1 - e (R - Ri) ~ e (II) R - R

dans laquelle :

Ri ~ distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur 8 de ladite partie d'extrémité bombée 2b, auquel est mesurée l'épaisseur ei, e - épaisseur de l'enveloppe 2 dans la partie centrale cylindrique 2a de celle-ci, R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique 2a de l'enveloppe 2, R1 = rayon de la base de ladite calotte 6, et e1 = épaisseur de l'enveloppe 2 pour Ri = R1, l'épaisseur de ladite calotte 6 étant au moins égale à e1.

Plus particulièrement, ledit rapport G peut être tel que :

0,34 ~ G ~ 0,35 Par ailleurs, le contour intérieur 9 de chaque partie d'extrémité bombée 2b de l'enveloppe 2 présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique.

7 13122~

1 La figure 4 illustre un autre exemple de réalisation de récipient 1 conforme à l'invention, dans lequel une partie d'extrémité 2b bombée vers l'extérieur présente un goulot 10, l'enroulement planétaire 5 du frettage 4 s'appuyant sur le gou]ot 10.

Dans ce cas, à la périphérie 11 de ladite partie d'extré-mité 2b, le contour extérieur 12 de cette dernière présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique selon la formule (I) et, au moins à ladite périphérie 11, l'épaisseur de ladite partie d'extrémité 2b varie selon la formule (II).

Par ailleurs, à la périphérie 11 de ladite partie d'extré-mité 2b présentant le goulot 10, le contour intérieur 13 de cette dernière présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique.

Comme déjà indiqué, l'invention s'applique plus particuliè-rement 2UX bouteilles haute performance de stockage de gaz tel que l'air, l'oxygène, l'azote, le gaz carbonique, destinées aux secteurs suivants :

20 - professionnels de la sécurité (pompiers, protection civile, hôpitaux...), - service de la sécurité des entreprises industrielles, services publics, pétroliers, grandes usines chimiques et armées, 25 - activités sous-marines, plongées "professionnels et amateurs", sous-marins, mineurs, - transports, bouteilles embarquées.

Claims (11)

1- Récipient pour le stockage de fluide sous pression, du type comportant une enveloppe intérieure de forme de révolution autour d'un axe longitudinal X,X', présentant une partie centrale cylindrique et deux parties d'extrémité, au moins une desdites parties d'extrémité étant bombée vers l'extérieur, de façon à
former une extrémité convexe, un frettage de fibres résistantes enrobées d'un matériau liant durcissable, entourant ladite enveloppe et présentant au moins un enroulement planétaire laissant dégagée, à ladite partie d'extrémité convexe, une calotte centrée sur ledit axe X,X', caractérisé en ce que le contour extérieur de ladite partie d'extrémité convexe de l'enveloppe présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique telle que le rapport G du demi petit axe au grand axe est tel que:

0,32 ? G ? 0,40 (I) où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la partie centrale cylindrique de l'enveloppe, et en ce que l'épaisseur ei de ladite partie d'extrémité convexe de l'enveloppe, ladite calotte étant exclue, varie suivant la formule:

(II) dans laquelle:

Ri = distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur de ladite partie d'extrémité convexe, auquel est mesurée l'épaisseur ei, e = épaisseur de l'enveloppe dans la partie centrale cylindrique de celle-ci, R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique de l'enveloppe, R1 = rayon de la base de ladite calotte, et e1 = épaisseur de llenveloppe pour Ri = R1, l'épaisseur de ladite calotte étant au moins égale à e1.
2- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rapport G est tel que:
0,34 ? G ? 0,35
3- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contour intérieur de ladite partie d'extrémité convexe de l'enveloppe présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique.
4- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux parties d'extrémité de l'enveloppe sont bombées vers l'extérieur, au moins une desdites parties étant munie d'un orifice de remplissage.
5- Récipient selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une partie d'extrémité de l'enveloppe présente un goulot, et en ce que, au moins à la périphérie de ladite partie d'extrémité, le contour extérieur de cette dernière présente, en coupe longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique selon la formule (I) et, au moins à ladite périphérie, l'épaisseur de ladite partie d'extrémité varie selon la formule (II).
6- Récipient selon la revendication 5, caractérisé en ce que, au moins à la périphérie de ladite partie d'extrémité contenant le goulot, le contour intérieur de cette dernière présente, en coupe longitudinale. une forme au moins approximativement elliptique.
7- Récipient selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit frettage s'appuie sur ledit goulot.
8- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit frettage comporte au moins un enroulement circonférentiel sur ledit enroulement planétaire, en correspondance avec au moins la partie centrale cylindrique de l'enveloppe.
9- Récipient selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit frettage est constitué d'une alternance d'enroulements planétaires et d'enroulements circonférentiels.
10- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe est réalisée en métal.
11- Récipient selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite enveloppe de métal est réalisée en aluminium.
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