EP3875831A1 - Structure de renfort d'un réservoir de fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié, pour véhicules automobiles - Google Patents

Structure de renfort d'un réservoir de fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié, pour véhicules automobiles Download PDF

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EP3875831A1
EP3875831A1 EP21153580.2A EP21153580A EP3875831A1 EP 3875831 A1 EP3875831 A1 EP 3875831A1 EP 21153580 A EP21153580 A EP 21153580A EP 3875831 A1 EP3875831 A1 EP 3875831A1
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EP
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container
tank
reinforcing
outer casing
longitudinal axis
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Ateliers Et Chantiers de la Grande Bruyere (acgb)
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Definitions

  • the field of the invention is that of storage tanks for cryogenic fluid, such as for example Liquefied Natural Gas (LNG) or liquid nitrogen, intended to equip vehicles (such as motor vehicles, such as for example cars, trucks or also buses, maritime vehicles or mobile units such as, for example, generators or containers for the storage and / or transport of goods.
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • liquid nitrogen intended to equip vehicles (such as motor vehicles, such as for example cars, trucks or also buses, maritime vehicles or mobile units such as, for example, generators or containers for the storage and / or transport of goods.
  • LNG liquefied natural gas
  • Liquefied natural gas is natural gas stored in liquid form. This liquid state is reached when the gas is cooled to a temperature of about -161 ° C at atmospheric pressure.
  • Liquefaction makes it possible to reduce the gaseous volume of natural gas and to store it in one or more tanks installed, for example, on the chassis of a heavy vehicle.
  • the liquefied natural gas contained in such a tank is regasified so as to supply the engine of the heavy vehicle.
  • This fuel is less polluting than gasoline and diesel, and the range of heavy goods vehicles using this fuel makes them suitable for long-distance road transport.
  • Heavy-duty liquefied natural gas tanks are designed to meet strict safety requirements, including pressure and maintaining a very low temperature, to maintain the gas in its liquid phase.
  • the tanks usually used have a cylindrical shape and have a double stainless steel wall between which are arranged a multi-layer insulation and conventionally vacuum. Their weight is therefore relatively large and their useful volume is limited.
  • the cylindrical shape of such reservoirs allows a uniform distribution of the stresses, linked to the pressure of the gas, on the internal wall of the reservoir.
  • the reservoirs having this shape occupy a large space and are not suitable for the spaces / compartments of various shapes of the vehicle in which they are intended to be installed.
  • the invention thus proposes a double-walled cryogenic fluid tank (for example LNG), of generally substantially parallelepipedal shape, comprising a container forming the inner wall and an outer casing arranged around said container forming the outer protective wall.
  • LNG cryogenic fluid tank
  • an intermediate space containing a vacuum and / or an insulating material.
  • the parallelepiped shape of the container optimizes its liquefied gas storage capacity and the parallelepiped shape of the outer casing allows optimal integration of the tank into the architecture of the vehicle.
  • the reinforcing means arranged in the container comprise longitudinally spaced rings which are mounted on reinforcing rails and which are locked onto the latter by means of securing means which are housed in the rails.
  • corner reinforcement plates are fixed at the four corners of the internal wall of the container.
  • This particular reinforcement structure allows optimum distribution of stresses along the container and optimizes the mechanical strength of the container to the internal pressure of the liquefied gas.
  • the internal reinforcement structure can be made of aluminum, stainless steel, or a composite material, for example.
  • the reinforcing framework consists of reinforcing rings spaced along the longitudinal axis of said reservoir and each extending in a plane transverse to said longitudinal axis.
  • the reinforcement frame consists of a cable wound in a single piece.
  • the reinforcing rails have, over their length, several spaced slots for the passage of the reinforcing rings.
  • the means for securing the reinforcing rings comprise a locking tube housed in each of the reinforcing rails so as to retain each of the reinforcing rings in said corresponding slots / grooves.
  • each of the reinforcing rings has a square or rectangular shape.
  • said container is secured to said outer casing by clamping means intended to compensate for the variation in length of the container along the longitudinal axis of the reservoir.
  • the securing of the container to said outer envelope by clamping means allows a degree of freedom to be left between the two elements, so as to limit the heat transfers by conduction and to compensate for thermal expansion / retraction due to the cooling of the internal container by limiting the input of stresses.
  • the clamping means also allow mechanical movement of the container relative to said outer envelope. More precisely, the degree of freedom makes it possible to compensate for the variation in length of the container when the latter is cold (from 25 ° C to -161 ° C).
  • these clamping means allow a variation in length of said container along the longitudinal axis of the tank of the order of 8mm.
  • the clamping means thus make it possible to compensate for the retraction of the internal container.
  • Liquefied gas can be LNG (liquid methane), or liquid nitrogen for refrigerated trucks, for example.
  • said container is connected to a first side wall of said outer casing by a first clamping device movable along the longitudinal axis and to a second side wall of said outer casing by a second clamping device fixed.
  • the clamping means allow a variation in length of said container of between 2 and 10 mm.
  • the first clamping device comprises at least one movable element secured to the container and mounted to slide along the longitudinal axis on a tube secured to a side wall of the outer casing, a return spring being arranged around the tube between said at least one movable element and said side wall of the outer casing.
  • said clamping means are made from a thermally insulating material.
  • said clamping means comprise support studs for the outer casing resting on said container.
  • the container, the reinforcing framework and the outer casing are made of aluminum.
  • the wall of the container and the wall of the outer casing are distant from each other, the intermediate space between these walls being at least partially filled with insulating means.
  • the invention also relates to a motor vehicle, such as a heavy goods vehicle, comprising at least one tank as described above.
  • the invention relates to a tank for a motor vehicle intended to contain a cryogenic fluid, such as liquefied natural gas.
  • a motor vehicle tank 1 comprising a container 11 which is housed in an outer casing 12 of the tank 1.
  • This tank 1 is visible on the figure 3 , which is a longitudinal sectional view, but also on the figure 5 which is a perspective and sectional view.
  • the wall of the container 11 and the wall of the outer casing 12 are distant from each other, the intermediate space between these walls being filled with insulating means (not shown). It may be a multi-layer, foam and / or vacuum insulation which thus makes it possible to avoid heat exchanges by indirect contact between the container and the outer casing.
  • a perforated tube 20 extends between the two bottoms of the tank and is welded to the latter. It makes it possible to take up the forces exerted by the pressure on the two flat bottoms.
  • the space between the wall of the container and the wall of the outer casing is, for example, between 5 and 30 mm.
  • the interior space of the container 11 constitutes a sealed enclosure for storing cryogenic fluid, such as liquefied natural gas under pressure (up to 16 bars, for example).
  • cryogenic fluid such as liquefied natural gas under pressure (up to 16 bars, for example).
  • the container 11 and the outer casing 12 each have a generally substantially parallelepipedal shape.
  • the container 11 is made of aluminum and has a length of two meters.
  • the parallelepipedal shape of the container 11 optimizes its fuel storage capacity and allows optimal integration into the architecture of the vehicle.
  • the container 11 and the outer casing 12 extend longitudinally along the longitudinal axis Ax of the tank 1 and their cross section to the axis Ax is a square whose angles are rounded (the cross section of the container and of the casing external could be a rectangle).
  • the container 11 comprises a reinforcing structure comprising in particular several reinforcing rings 14 forming a reinforcing framework, arranged inside the container 11 and regularly spaced along the longitudinal axis Ax.
  • the reinforcing rings 14 each extend in a plane transverse to said longitudinal axis Ax.
  • the container 11 further comprises four reinforcement rails 15 fixed to the center of each of the four internal longitudinal walls of the container 11 and extending along the longitudinal axis Ax of the container 11.
  • These central reinforcement rails 15 are hollow and have a cross section. trapezoidal with a rounded top. It is the base of the trapezoid which is fixed to an internal wall of the container 11.
  • the container 11 also comprises means for securing the reinforcing rings 14 on each of the four central reinforcing rails 15.
  • Each of the reinforcing rails 15 comprises, at its rounded top, slots 151 for the passage of the reinforcing rings 14 formed at regular intervals along the longitudinal axis Ax.
  • the reinforcing rings 14 pass through the aligned slots 151 of each of the central reinforcing rails 15 and are thus arranged parallel to each other within the interior volume of the container 11, over at least part of the length of the latter.
  • the central reinforcement rails 15 allow a distribution of the stresses along the container 11 and the maintenance of the internal reinforcement rings 14.
  • planar corner reinforcing plates 16 are fixed to the internal wall of the container 11 at each of the four internal corners. These corner reinforcing plates 16 are hollow here to allow the circulation of gas and their lightening, and have internal cross members connecting the two opposite longitudinal faces.
  • the corner reinforcing plates 16 extend along the four corners of the internal longitudinal wall of the container 11 along the longitudinal axis Ax. These reinforcing plates are fixed on their lateral edges to two adjacent internal faces of the container 11, of so that a space is left between each corner reinforcing plate 16 and the corresponding rounded corner of the container 11.
  • the container 11, the reinforcing rings 14 and the outer casing 12 are made of aluminum, for example, or some other material.
  • the outer casing 12 can be made of stainless steel (stainless steel) or of aluminum.
  • the reinforcing rings 14 each consist of an aluminum plate with a section equal to 14 ⁇ 5 mm, for example.
  • the reinforcing rings 14 could be made of aluminum or stainless steel cables, or else rings of synthetic or composite material.
  • central reinforcing rails 15 and the corner reinforcing plates 16 are, for example, welded to the container 11.
  • the means for securing the reinforcing rings 14 on each of the central reinforcing rails 15 take the form of tubes 17 which are each housed in a central reinforcing rail 15 and extend longitudinally along the surface / internal wall of the container 11, along the longitudinal axis Ax.
  • These tubes 17 are configured to fix the plurality of square-shaped reinforcing rings 14 at each of their angles on the central reinforcing rails 15 and thus securing the plurality of reinforcing rings 14 between them.
  • the group of reinforcing rings 14 is thus fixed to the central reinforcing rails 15 by sliding the four tubes 17 in the four central reinforcing rails 15.
  • reinforcing rings 14 do not come into contact with the internal wall of the container 11 once they are mounted on the central reinforcing rails 15 and locked in position by the tubes 17.
  • the reservoir 1 implements clamping means or holding the container 11 in the outer casing 12.
  • the figure 2 is a partial view of the inner container 11 when it is expanded and shows in detail the first movable clamping device connecting the side face 111 of a longitudinal end of the container 11 to a side face 120 of the outer casing 12 located opposite -opinion.
  • the figure 2A shows this first mobile clamping device in more detail.
  • This movable element 114 is integral with the lateral face 111 of the container 11. It is carried by a hollow cylinder 113 housed in a fixed manner in a hub 112 integral with the lateral face 111 of the container 11.
  • the hollow cylinder 121 carries a tube 122 extending along the longitudinal axis Ax on which the movable element 114 is slidably mounted along the longitudinal axis Ax.
  • a return spring 123 is arranged around the tube 122 between the hollow cylinder 121 and the movable element 114.
  • This first clamping device makes it possible in particular to compensate for the thermal expansion / retraction of the internal container 11 due to the cooling of the cryogenic liquid that it contains, while limiting the contributions of stresses. It is recalled that the LNG is for example stored at a temperature of -130 ° C in the tank.
  • the parts 111, 112, 113 and 114 are fixed relative to each other.
  • the part 114 can move relative to the part 121 along the longitudinal axis Ax.
  • the movable member 114 moves in the hollow cylinder 121 and compresses the return spring 123 or relaxes the latter.
  • the container 11 is expanded (in the sense that it is not retracted) and the spring is in a configuration of maximum compression, the play being zero between the parts 114 and 121.
  • Each of the parts of this first clamping device or else only the cylinder 113 is made of a thermally insulating material to limit heat transfer by conduction. This thus makes it possible to avoid heat exchanges by direct contact between the container 11 and the outer casing 12. It is indeed crucial to prevent the temperature of the liquefied natural gas from increasing and from remaining in liquid form.
  • all or part of these elements are made of epoxy resin and glass fibers (insulation).
  • the figure 3A shows in detail the second clamping device connecting the side face of the other longitudinal end of the container 11 to the side face of the outer casing 12 located opposite.
  • This second clamping device is fixed and comprises a cylinder 113 connecting the lateral face 111 of the container 11 to the lateral face 120 of the outer casing 12. More precisely, the cylinder 113 is fixed on each side in a hub 112, 121 carried. by each of the side faces 111 and 120 of the container 11 and of the outer casing 12 respectively.
  • all or part of the elements forming the second clamping device is made of epoxy resin and glass fibers (insulator).
  • the clamping means comprise a fixed point on one side face (second clamping device) and a movable point on the other side face (first clamping device) of the reservoir 1. They make it possible to compensate for the expansion or retraction of the container. 11 along the longitudinal axis Ax.
  • studs or pins 124 and wedges forming internal reinforcement extend between the outer casing 12 and the container 11, and prevent crushing of the outer casing 12.
  • These pads and wedges are arranged around the periphery of the container 11, at regular intervals, along the container 11.
  • This clamping solution is configured to minimize container sloshing, even in the event of a vehicle collision.
  • the clamping means offer a minimum degree of freedom and allow movement of the container 11 relative to the outer casing 12 on one side of the tank 1 along the longitudinal axis Ax.
  • the clamping means allow a mechanical movement of the container relative to said outer envelope and in particular make it possible to compensate for the variation in length of the container during the cold (from 25 ° C to -161 ° C) of the latter. .
  • these clamping means allow a variation in length of the container of the order of 8mm.
  • the outer shell of the tank can be made of any material suitable for resisting fire and possibly other safety constraints.
  • the outer surface of the outer casing may be covered with at least one layer of material suitable for resisting fire.
  • a fire resistant paint or other type of coating can be applied to the exterior and / or interior surface of the outer casing and / or to the exterior surface of the container.
  • the outer casing can be made of a fire resistant material.
  • the outer casing can be made of stainless steel or of composite materials.
  • the tank according to the invention can be installed on other types of motor vehicles, such as buses, trucks, coaches, refrigerated vehicles, maritime vehicles or any other vehicle.
  • the reservoir of the invention can be housed in vehicle compartments of complex shapes.
  • the shape of the tank can be adapted to the volumes available on the chassis of the vehicle.
  • the tank according to the invention can be installed in mobile units such as, for example, generators or containers for the storage and / or transport of goods.
  • the side faces located at the longitudinal ends of the container can be curved, curved or flat.
  • the longitudinal faces of the container may have a curve.
  • a cable coiled in one piece and forming a reinforcing frame could be used.
  • the tank of the invention can contain any type of liquefied gas, such as LNG (liquid methane), or else liquid nitrogen for refrigerated trucks or heavy goods vehicles, for example.
  • LNG liquid methane
  • liquid nitrogen for refrigerated trucks or heavy goods vehicles, for example.

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Abstract

L'invention concerne un réservoir (1) pour un véhicule automobile destiné à contenir un fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié, comprenant un contenant (11) de stockage de fluide cryogénique, le contenant comprenant une structure de renfort interne, et une enveloppe externe (12) de protection disposée autour dudit contenant (11), le contenant (11) et ladite enveloppe externe (12) présentant chacun une forme générale sensiblement parallélépipédique, ladite structure de renfort interne comprenant :- des plaques de renfort (16) d'angle fixées sur la paroi interne dudit contenant (11) et reliant chacune deux faces internes adjacentes dudit contenant (11),- des rails de renfort (15) fixés au centre de chacune des quatre parois longitudinales internes du contenant (11) et s'étendant selon l'axe longitudinal (Ax) dudit réservoir (1),- une ossature de renfort (14) disposée le long de l'axe longitudinal (Ax) dudit réservoir (1), et- des moyens de solidarisation des anneaux de renfort (14) sur chacun des rails de renfort (15), lesdits moyens de solidarisation étant disposés à l'intérieur desdits rails de renfort (15).

Description

    Domaine de l'invention
  • Le domaine de l'invention est celui des réservoirs de stockage de fluide cryogénique, comme par exemple le Gaz Naturel Liquéfié (GNL) ou l'azote liquide, destinés à équiper les véhicules (tels les véhicules automobiles, comme par exemple les voitures, camions ou encore autobus, les véhicules maritimes ou bien les unités mobiles comme par exemple les groupes électrogènes ou containers de stockage et/ou transport de marchandises.
    • Art antérieur
  • L'évolution très rapide des problèmes énergétiques et environnementaux impose d'utiliser les atouts des énergies alternatives. Ainsi, le transport routier est face à ce double enjeu : diversification énergétique et solution écologique.
  • Au regard de ces enjeux, le marché des véhicules automobiles, et notamment des poids-lourds, fonctionnant au gaz naturel liquéfié (GNL) est entré dans une phase de croissance significative.
  • Le gaz naturel liquéfié est du gaz naturel stocké sous forme liquide. Cet état liquide est atteint lorsque le gaz est refroidi à une température d'environ -161°C à pression atmosphérique.
  • La liquéfaction permet de réduire le volume gazeux du gaz naturel et de le stocker dans un ou plusieurs réservoirs installés, par exemple, sur le châssis du poids-lourd.
  • De façon connue, le gaz naturel liquéfié contenu dans un tel réservoir est regazéifié de sorte à alimenter le moteur du poids-lourd.
  • Ce carburant s'avère moins polluant que l'essence et le diesel, et l'autonomie des poids-lourds utilisant ce carburant les rend adaptés au transport routier longue distance.
  • Les réservoirs de gaz naturel liquéfié des poids-lourds sont conçus pour répondre à des exigences strictes en matière de sécurité, notamment de pression et de maintien d'une température très basse, pour maintenir le gaz dans sa phase liquide.
  • Les réservoirs habituellement utilisés ont une forme cylindrique et présentent une double paroi en inox entre lesquelles sont disposés un isolant multi-couches et du vide classiquement. Leur poids est donc relativement important et leur volume utile est limité. La forme cylindrique de tels réservoirs permet une répartition uniforme des contraintes, liées à la pression du gaz, sur la paroi interne du réservoir.
  • Toutefois, les réservoirs présentant cette forme occupent un espace important et ne sont pas adaptés aux espaces/compartiments de formes variées du véhicule dans lesquels ils sont destinés à être implantés.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention propose à cet effet un réservoir pour un véhicule automobile destiné à contenir un fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié, comprenant:
    • un contenant de stockage de fluide cryogénique, le contenant comprenant une structure de renfort interne, et
    • une enveloppe externe de protection disposée autour dudit contenant,
    le contenant et ladite enveloppe externe présentant chacun une forme générale sensiblement parallélépipédique.
  • Selon l'invention, ladite structure de renfort interne comprend :
    • des plaques de renfort d'angle fixées sur la paroi interne dudit contenant et reliant chacune deux faces internes adjacentes dudit contenant,
    • des rails de renfort fixés au centre de chacune des quatre parois longitudinales internes du contenant et s'étendant selon l'axe longitudinal dudit réservoir,
    • une ossature de renfort disposée le long de l'axe longitudinal dudit réservoir, et
    • des moyens de solidarisation des anneaux de renfort sur chacun des rails de renfort, lesdits moyens de solidarisation étant disposés à l'intérieur desdits rails de renfort.
  • L'invention propose ainsi un réservoir de fluide cryogénique (du GNL par exemple) à double paroi, de forme générale sensiblement parallélépipédique, comprenant un contenant formant la paroi intérieure et une enveloppe externe disposée autour dudit contenant formant la paroi extérieure de protection.
  • Entre ces parois, qui ne sont pas en contact, est réalisé un espace intermédiaire contenant du vide et/ou un matériau isolant.
  • La forme parallélépipédique du contenant optimise sa capacité de stockage en gaz liquéfié et la forme parallélépipédique de l'enveloppe externe permet une intégration optimale du réservoir à l'architecture du véhicule.
  • Les moyens de renfort disposés dans le contenant comprennent des anneaux espacés longitudinalement qui sont montés sur des rails de renfort et qui sont verrouillés sur ces derniers par le biais de moyens de solidarisation venant se loger dans les rails. En complément, des plaques de renfort d'angle sont fixées au niveau des quatre angles de la paroi interne du contenant.
  • Cette structure de renfort particulière permet une répartition optimale des contraintes le long du contenant et optimise la tenue mécanique du contenant à la pression interne du gaz liquéfié.
  • La structure de renfort interne peut être fabriquée en aluminium, en acier inoxydable, ou dans un matériau composite, par exemple.
  • Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'ossature de renfort est constituée d'anneaux de renfort espacés le long de l'axe longitudinal dudit réservoir et s'étendant chacune dans un plan transversal audit axe longitudinal.
  • Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'ossature de renfort est constituée d'un câble bobiné en une seule pièce.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, les rails de renfort présentent sur leur longueur plusieurs fentes espacées de passage des anneaux de renfort.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens de solidarisation des anneaux de renfort comprennent un tube de verrouillage logé dans chacun des rails de renfort de sorte à retenir chacun des anneaux de renfort dans lesdites fentes/rainures correspondantes.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, chacun des anneaux de renfort présente une forme carrée ou rectangulaire.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit contenant est solidarisé à ladite enveloppe externe par des moyens de bridage destinés à compenser la variation de longueur du contenant selon l'axe longitudinal du réservoir.
  • La solidarisation du contenant à ladite enveloppe externe par des moyens de bridage permet de ménager un degré de liberté entre les deux éléments, de façon à limiter les transferts de chaleur par conduction et à compenser la dilation/rétractation thermique due au refroidissement du contenant interne en limitant les apports de contraintes.
  • Les moyens de bridage autorisent également un déplacement mécanique du contenant par rapport à ladite enveloppe externe. Plus précisément, le degré de liberté permet de compenser la variation de longueur du contenant lors de la mise à froid (de 25°C à -161°C) de ce dernier.
  • A titre d'exemple, lorsque le contenant présente une longueur initiale de 2m, ces moyens de bridage autorisent une variation de longueur dudit contenant selon l'axe longitudinal du réservoir de l'ordre de 8mm.
  • Les moyens de bridage permettent ainsi de compenser la rétractation du contenant interne.
  • Le gaz liquéfié peut être du GNL (méthane liquide), ou bien de l'azote liquide pour camions frigorifiques, par exemple.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit contenant est relié à une première paroi latérale de ladite enveloppe externe par un premier dispositif de bridage mobile selon l'axe longitudinal et à une deuxième paroi latérale de ladite enveloppe externe par un deuxième dispositif de bridage fixe.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens de bridage autorisent une variation de longueur dudit contenant comprise entre 2 et 10 mm.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, le premier dispositif de bridage comprend au moins un élément mobile solidaire du contenant et monté coulissant selon l'axe longitudinal sur un tube solidaire d'une paroi latérale de l'enveloppe externe, un ressort de rappel étant disposé autour du tube entre ledit au moins un élément mobile et ladite paroi latérale de l'enveloppe externe.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens de bridage sont fabriqués dans un matériau thermiquement isolant.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens de bridage comprennent des plots de support de l'enveloppe externe prenant appui sur ledit contenant.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, le contenant, l'ossature de renfort et l'enveloppe externe sont fabriqués en aluminium.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, la paroi du contenant et la paroi de l'enveloppe externe sont distantes l'une de l'autre, l'espace intermédiaire entre ces parois étant rempli au moins partiellement de moyens isolants.
  • L'invention concerne également un véhicule automobile, tel un poids-lourd, comprenant au moins un réservoir tel que décrit précédemment.
    • Liste des Figures
  • La technique proposée, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris, à la lumière de la description qui va suivre de modes de réalisation illustratifs et non limitatifs de celle-ci, et des dessins annexés parmi lesquels :
    • [Fig 1] est une vue partielle, en perspective, d'un réservoir conforme à l'invention;
    • [Fig 2] est une vue en coupe d'une extrémité latérale d'un réservoir conforme à l'invention;
    • [Fig 2A] est une vue de détail d'un dispositif de bridage situé à l'extrémité latérale du réservoir illustrée sur la figure 2;
    • [Fig 3] est une vue en coupe longitudinale du réservoir de la figure 2;
    • [Fig 3A] est une vue de détail d'un dispositif de bridage situé à l'autre extrémité du réservoir de la figure 2;
    • [Fig 4] est une vue de détail de la partie supérieure du réservoir de la figure 3 montrant des plots de support de l'enveloppe externe;
    • [Fig 5] est une vue en perspective, en coupe longitudinale, du réservoir de la figure 3.
    Description détaillée de l'invention
  • L'invention concerne un réservoir pour un véhicule automobile destiné à contenir un fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié.
  • Un tel réservoir comprend :
    • un contenant de stockage de fluide cryogénique, le contenant comprenant une structure de renfort interne destinée à venir en appui contre les parois longitudinales internes du contenant, et
    • une enveloppe externe de protection disposée autour dudit contenant, ledit contenant interne et ladite enveloppe externe présentant chacun une forme générale sensiblement parallélépipédique.
  • On a représenté partiellement sur la figure 1, en perspective, un réservoir 1 de véhicule automobile conforme à l'invention comprenant un contenant 11 qui est logé dans une enveloppe externe 12 du réservoir 1.
  • Ce réservoir 1 est visible sur la figure 3, qui est une vue en coupe longitudinale, mais aussi sur la figure 5 qui est une vue en perspective et en coupe.
  • La paroi du contenant 11 et la paroi de l'enveloppe externe 12 sont distantes l'une de l'autre, l'espace intermédiaire entre ces parois étant rempli de moyens isolants (non représentés). Il peut s'agir d'un isolant multi-couches, mousse et/ou du vide qui permettent ainsi d'éviter les échanges thermiques par contact indirect entre le contenant et l'enveloppe externe.
  • Un tube 20 ajouré s'étend entre les deux fonds du réservoir et est soudé à ces derniers. Il permet de reprendre les efforts exercés par la pression sur les deux fonds plats.
  • L'espace entre la paroi du contenant et la paroi de l'enveloppe externe est, par exemple, compris entre 5 et 30 mm.
  • L'espace intérieur du contenant 11 constitue une enceinte étanche pour le stockage de fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié sous pression (jusqu'à 16 bars, par exemple).
  • Le contenant 11 et l'enveloppe externe 12 présentent chacun une forme générale sensiblement parallélépipédique.
  • Dans cet exemple, le contenant 11 est fabriqué en aluminium et présente une longueur de deux mètres. La forme parallélépipédique du contenant 11 optimise sa capacité de stockage en carburant et permet une intégration optimale à l'architecture du véhicule.
  • Le contenant 11 et l'enveloppe externe 12 s'étendent longitudinalement selon l'axe longitudinal Ax du réservoir 1 et leur section transversale à l'axe Ax est un carré dont les angles sont arrondis (la section transversale du contenant et de l'enveloppe externe pourrait être un rectangle).
  • Le contenant 11 comprend une structure de renfort comprenant notamment plusieurs anneaux de renfort 14 formant ossature de renfort, disposés à l'intérieur du contenant 11 et espacées régulièrement le long de l'axe longitudinal Ax. Les anneaux de renfort 14 s'étendent chacun dans un plan transversal audit axe longitudinal Ax.
  • Le contenant 11 comprend en outre quatre rails de renfort 15 fixés au centre de chacune des quatre parois longitudinales internes du contenant 11 et s'étendant selon l'axe longitudinal Ax du contenant 11. Ces rails de renfort 15 centraux sont creux et présentent une section trapézoïdale dont le sommet est arrondi. C'est la base du trapèze qui est fixée sur une paroi interne du contenant 11.
  • Le contenant 11 comprend par ailleurs des moyens de solidarisation des anneaux de renfort 14 sur chacun des quatre rails de renfort 15 centraux.
  • Chacun des rails de renfort 15 comprend au niveau son sommet arrondi des fentes 151 de passage des anneaux de renfort 14 ménagées à intervalles réguliers selon l'axe longitudinal Ax.
  • Les anneaux de renfort 14 traversent les fentes 151 alignées de chacun des rails de renforts 15 centraux et sont ainsi disposés parallèlement les uns aux autres au sein du volume intérieur du contenant 11, sur au moins une partie de la longueur de ce dernier.
  • Les rails de renforts 15 centraux permettent une répartition des contraintes le long du contenant 11 et le maintien des anneaux de renfort 14 internes.
  • Dans ce mode de réalisation, des plaques de renfort d'angle 16 planes sont fixées sur la paroi interne du contenant 11 au niveau de chacun des quatre angles internes. Ces plaques de renfort d'angle 16 sont ici creuses pour permettre la circulation du gaz et leur allégement, et présentent des traverses intérieures reliant les deux faces longitudinales opposées.
  • Les plaques de renfort d'angle 16 s'étendent le long des quatre angles de la paroi longitudinale interne du contenant 11 selon l'axe longitudinal Ax. Ces plaques de renfort sont fixées sur leurs bords latéraux à deux faces internes adjacentes du contenant 11, de manière à ce qu'un espace soit ménagé entre chaque plaque de renfort d'angle 16 et l'angle arrondi correspondant du contenant 11.
  • Le contenant 11, les anneaux de renfort 14 et l'enveloppe externe 12 sont fabriqués en aluminium, par exemple, ou dans un autre matériau.
  • A titre d'exemple, l'enveloppe externe 12 peut être fabriquée en acier inoxydable (Inox) ou en aluminium.
  • Les anneaux de renfort 14 sont chacun constitués d'un plat en aluminium de section égale à 14x5 mm, par exemple.
  • Les anneaux de renfort 14 pourraient être constitués de câbles en aluminium ou inox, ou bien d'anneaux en matière synthétique ou composite.
  • Par ailleurs, les rails de renforts 15 centraux et les plaques de renfort d'angle 16 sont, par exemple, soudées sur le contenant 11.
  • Dans le mode de réalisation illustré, les moyens de solidarisation des anneaux de renfort 14 sur chacun des rails de renfort 15 centraux prennent la forme de tubes 17 qui sont chacun logés dans un rail de renfort 15 central et s'étendent longitudinalement le long de la surface/paroi interne du contenant 11, selon l'axe longitudinal Ax.
  • Ces tubes 17 sont configurés pour fixer la pluralité d'anneaux de renfort 14 de forme carrée au niveau de chacun de leurs angles sur les rails de renfort 15 centraux et solidariser ainsi la pluralité d'anneaux de renfort 14 entre eux.
  • Le groupe d'anneaux de renfort 14 est ainsi fixé aux rails de renfort 15 centraux par coulissement des quatre tubes 17 dans les quatre rails de renfort 15 centraux.
  • On note que les anneaux de renfort 14 ne viennent pas au contact de la paroi interne du contenant 11 une fois qu'ils sont montés sur les rails de renfort 15 centraux et verrouillés en position par les tubes 17.
  • Par ailleurs, le réservoir 1 met en œuvre des moyens de bridage ou de maintien du contenant 11 dans l'enveloppe externe 12.
  • La figure 2 est une vue partielle du contenant 11 interne lorsqu'il est expansé et montre en détail le premier dispositif de bridage mobile reliant la face latérale 111 d'une extrémité longitudinale du contenant 11 à une face latérale 120 de l'enveloppe externe 12 située en vis-à-vis.
  • La figure 2A montre plus en détail ce premier dispositif de bridage mobile.
  • Il comprend un cylindre creux ou moyeu 121 de section en "U" soudé sur la face latérale 120 de l'enveloppe externe 12 dans lequel est monté un élément mobile 114 de section en "H". Cet élément mobile 114 est solidaire de la face latérale 111 du contenant 11. Il est porté par un cylindre 113 creux logé de façon fixe dans un moyeu 112 solidaire de la face latérale 111 du contenant 11.
  • Le cylindre creux 121 porte un tube 122 s'étendant selon l'axe longitudinal Ax sur lequel est monté coulissant l'élément mobile 114 selon l'axe longitudinal Ax. Un ressort de rappel 123 est disposé autour du tube 122 entre le cylindre creux 121 et l'élément mobile 114.
  • Ce premier dispositif de bridage permet notamment de compenser la dilation/rétractation thermique du contenant 11 interne due au refroidissement du liquide cryogénique qu'il contient en limitant les apports de contraintes. On rappelle que le GNL est par exemple stocké à une température de -130°C dans le réservoir.
  • Les pièces 111, 112, 113 et 114 sont fixes les unes par rapport aux autres. La pièce 114 peut se déplacer par rapport à la pièce 121 selon l'axe longitudinal Ax.
  • Ainsi, lorsque la paroi latérale 111 du contenant 11 se dilate ou se rétracte, l'élément mobile 114 se déplace dans le cylindre creux 121 et comprime le ressort de rappel 123 ou détend ce dernier.
  • Sur la figure 2A, le contenant 11 est expansée (en ce sens qu'il n'est pas rétracté) et le ressort est dans une configuration de compression maximale, le jeu étant nul entre les pièces 114 et 121.
  • On comprend que lorsque le contenant 11 se rétracte, l'élément mobile 114 coulisse vers la gauche le long du tube 122 sous l'effet du ressort de rappel 123.
  • Chacune des pièces de ce premier dispositif de bridage ou bien uniquement le cylindre 113 est fabriqué(e) dans un matériau thermiquement isolant pour limiter les transferts de chaleur par conduction. Ceci permet ainsi d'éviter les échanges thermiques par contact direct entre le contenant 11 et l'enveloppe externe 12. Il est en effet crucial d'éviter que la température du gaz naturel liquéfié n'augmente et qu'il reste sous forme liquide.
  • A titre d'exemple, tout ou partie de ces éléments sont en résine époxy et fibres de verre (isolant).
  • La figure 3A montre en détails le deuxième dispositif de bridage reliant la face latérale de l'autre extrémité longitudinale du contenant 11 à la face latérale de l'enveloppe externe 12 située en vis-à-vis.
  • Ce deuxième dispositif de bridage est fixe et comprend un cylindre 113 reliant la face latérale 111 du contenant 11 à la face latérale 120 de l'enveloppe externe 12. Plus précisément, le cylindre 113 est fixé de chaque côté dans un moyeu 112, 121 porté par chacune des faces latérales 111 et 120 du contenant 11 et de l'enveloppe externe 12 respectivement.
  • A titre d'exemple, tout ou partie des éléments formant le deuxième dispositif de bridage est en résine époxy et fibres de verre (isolant).
  • Ainsi, les moyens de bridage comprennent un point fixe sur une face latérale (deuxième dispositif de bridage) et un point mobile sur l'autre face latérale (premier dispositif de bridage) du réservoir 1. Ils permettent de compenser la dilatation ou rétractation du contenant 11 selon l'axe longitudinal Ax.
  • D'autres éléments de bridage sont mis en œuvre sur le pourtour du réservoir 1 et sont visibles sur les figures 3 à 5.
  • Dans le mode de réalisation illustré sur ces figures, des plots ou pions 124 et des cales formant renfort interne s'étendent entre l'enveloppe externe 12 et le contenant 11, et évitent l'écrasement de l'enveloppe externe 12.
  • Ces plots et cales sont disposés sur le pourtour du contenant 11, à intervalles réguliers, le long du contenant 11.
  • Cette solution de bridage est configurée de sorte à minimiser les ballotements du contenant, même en cas de collision du véhicule.
  • Les moyens de bridage offrent un degré de liberté minimal et permettent un débattement du contenant 11 par rapport à l'enveloppe externe 12 d'un côté du réservoir 1 selon l'axe longitudinal Ax.
  • Plus précisément, les moyens de bridage autorisent un déplacement mécanique du contenant par rapport à ladite enveloppe externe et permettent notamment de compenser la variation de longueur du contenant lors de la mise à froid (de 25°C à -161°C) de ce dernier.
  • A titre d'exemple, lorsque le contenant présente une longueur initiale de 2m, ces moyens de bridage autorisent une variation de longueur du contenant de l'ordre de 8mm.
  • Le montage de la structure de renfort dans le contenant 11 est relativement aisé et comprend les étapes suivantes :
    • mise en place et soudure, par friction malaxage par exemple, des renforts d'angle 16 dans l'espace intérieur du contenant 11,
    • mise en place et soudure, par friction malaxage par exemple, des rails de renforts 15 centraux dans l'espace intérieur du contenant 11,
    • mise en place des anneaux de renfort 14 par translation dans l'espace intérieur du contenant 11, puis rotation des anneaux de renfort 14 de sorte à ce que ces derniers traversent les fentes 151 des rails de renfort 15 centraux,
    • mise en place des tubes de verrouillage 17 des anneaux de renfort 14 dans les rails de renfort 15 centraux.
  • D'autres types de soudure peuvent être envisagés.
    • Autres aspects et variantes
  • Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, l'enveloppe externe du réservoir peut être fabriquée dans tout matériau adapté pour résister au feu et éventuellement à d'autres contraintes de sécurité.
  • Selon une mise en œuvre particulière, la surface extérieure de l'enveloppe externe peut être recouverte d'au moins une couche de matériau adapté pour résister au feu.
  • Plus généralement, une peinture résistante au feu ou d'un autre type de revêtement peut être appliquée sur la surface extérieure et/ou intérieure de l'enveloppe externe et/ou sur la surface extérieure du contenant.
  • L'enveloppe externe peut être fabriquée dans un matériau résistant au feu.
  • Dans ce cas de figure, l'enveloppe externe peut être fabriquée en acier inoxydable ou en matériaux composites.
  • Les faces latérales du contenant peuvent chacune porter une ou plusieurs platines de support d'au moins un des éléments suivants (la liste étant non-exhaustive) :
    • un élément de connexion à un autre réservoir ;
    • une soupape de sécurité ;
    • un dispositif de remplissage du contenant.
  • On notera que tout ou partie de ces éléments peuvent dans une variante être portés par au moins une des parois latérales et/ou longitudinales de l'enveloppe externe dans lequel le contenant est destiné à être logé.
  • Le réservoir conforme à l'invention peut être installé sur d'autres types de véhicules automobiles, tels que des bus, camions, autocars, véhicules frigorifiques, véhicules maritimes ou tout autre véhicule.
  • Le réservoir de l'invention peut être logé dans des compartiments de véhicule de formes complexes.
  • En d'autres termes, la forme du réservoir peut être adaptée aux volumes disponibles sur le châssis du véhicule.
  • Le réservoir conforme à l'invention peut être installé dans des unités mobiles comme, par exemple, les groupes électrogènes ou containers de stockage et/ou transport de marchandises.
  • Il est à noter que les faces latérales situées aux extrémités longitudinales du contenant peuvent être galbées, incurvées ou planes.
  • Par ailleurs, les faces longitudinales du contenant (définissant le corps du contenant) peuvent présenter un galbe.
  • Plutôt que des anneaux de renfort indépendants, un câble bobiné en une seule pièce et formant ossature de renfort pourrait être utilisé.
  • Le réservoir de l'invention peut contenir tout type de gaz liquéfié, tel que du GNL (méthane liquide), ou bien de l'azote liquide pour camions frigorifiques ou poids lourds, par exemple.
  • Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims (14)

  1. Réservoir (1) pour un véhicule automobile destiné à contenir un fluide cryogénique, tel que du gaz naturel liquéfié, comprenant :
    - un contenant (11) de stockage de fluide cryogénique, le contenant comprenant une structure de renfort interne, et
    - une enveloppe externe (12) de protection disposée autour dudit contenant (11),
    le contenant (11) et ladite enveloppe externe (12) présentant chacun une forme générale sensiblement parallélépipédique,
    ledit réservoir (1) étant caractérisé en ce que ladite structure de renfort interne comprend :
    - des plaques de renfort (16) d'angle fixées sur la paroi interne dudit contenant (11) et reliant chacune deux faces internes adjacentes dudit contenant (11),
    - des rails de renfort (15) fixés au centre de chacune des quatre parois longitudinales internes du contenant (11) et s'étendant selon l'axe longitudinal (Ax) dudit réservoir (1),
    - une ossature de renfort (14) disposée le long de l'axe longitudinal (Ax) dudit réservoir (1), et
    - des moyens de solidarisation des anneaux de renfort (14) sur chacun des rails de renfort (15), lesdits moyens de solidarisation étant disposés à l'intérieur desdits rails de renfort (15).
  2. Réservoir (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ossature de renfort (14) est constituée d'anneaux de renfort (14) espacés le long de l'axe longitudinal (Ax) dudit réservoir (1) et s'étendant chacune dans un plan transversal audit axe longitudinal (Ax),
  3. Réservoir (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rails de renfort (15) présentent sur leur longueur plusieurs fentes (151) espacées de passage des anneaux de renfort (14).
  4. Réservoir (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de solidarisation des anneaux de renfort (14) comprennent un tube de verrouillage (17) logé dans chacun des rails de renfort (15) de sorte à retenir chacun des anneaux de renfort (14) dans lesdites fentes/rainures (151) correspondantes.
  5. Réservoir (1) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chacun des anneaux de renfort (14) présente une forme carrée ou rectangulaire.
  6. Réservoir (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit contenant (11) est solidarisé à ladite enveloppe externe (12) par des moyens de bridage destinés à compenser la variation de longueur du contenant (11) selon l'axe longitudinal (Ax) du réservoir (1).
  7. Réservoir (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit contenant (11) est relié à une première paroi latérale de ladite enveloppe externe (12) par un premier dispositif de bridage mobile selon l'axe longitudinal (Ax) et à une deuxième paroi latérale de ladite enveloppe externe (12) par un deuxième dispositif de bridage fixe.
  8. Réservoir (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de bridage autorisent une variation de longueur dudit contenant (11) comprise entre 2 et 10 mm.
  9. Réservoir (1) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le premier dispositif de bridage comprend au moins un élément mobile solidaire du contenant (11) et monté coulissant selon l'axe longitudinal (Ax) sur un tube solidaire d'une paroi latérale de l'enveloppe externe (12), un ressort de rappel étant disposé autour du tube entre ledit au moins un élément mobile et ladite paroi latérale de l'enveloppe externe (12).
  10. Réservoir (1) selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de bridage sont fabriqués dans un matériau thermiquement isolant.
  11. Réservoir (1) selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de bridage comprennent des plots de support de l'enveloppe externe (12) prenant appui sur ledit contenant (11).
  12. Réservoir (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contenant (11), l'ossature de renfort (14) et l'enveloppe externe (12) sont fabriqués en aluminium.
  13. Réservoir (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi du contenant (11) et la paroi de l'enveloppe (12) externe sont distantes l'une de l'autre, l'espace intermédiaire entre ces parois étant rempli au moins partiellement de moyens isolants.
  14. Véhicule automobile, tel un poids-lourd, comprenant au moins un réservoir selon l'une des revendications 1 à 12.
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