EP4663998A1 - Injecteur à orifices multiples pour le remplissage d'un réservoir de gaz, et réservoir équipé d'un tel injecteur - Google Patents

Injecteur à orifices multiples pour le remplissage d'un réservoir de gaz, et réservoir équipé d'un tel injecteur

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EP4663998A1
EP4663998A1 EP25172470.4A EP25172470A EP4663998A1 EP 4663998 A1 EP4663998 A1 EP 4663998A1 EP 25172470 A EP25172470 A EP 25172470A EP 4663998 A1 EP4663998 A1 EP 4663998A1
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EP
European Patent Office
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injector
outlet
angle
conduit
orifice
Prior art date
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Pending
Application number
EP25172470.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Angelo AUGUSTO
Rémi GONIN
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles

Definitions

  • the invention relates to a multi-orifice injector for filling a gas tank.
  • the invention also relates to a gas tank equipped with such an injector.
  • the injection speed the speed of the gas injected at the outlet of the injector, called the injection speed.
  • a thermally homogeneous gas is desirable to avoid hot spots that can damage the tank walls.
  • a temperature below 85°C is required by the SAE J2601 standard.
  • the filling of a gas tank is carried out at a mass flow rate that must not exceed a certain level imposed by standards.
  • the maximum mass flow rate is limited to 60 g/s for a light vehicle tank.
  • the filling process must be such that the temperature of the gas in the tank does not exceed a certain threshold, set at 85°C by the SAE J2601 standard.
  • the injection speed will decrease proportionally with the growth of the density and pressure of the gas present in the tank.
  • This injector extends along a main axis X1 and includes a conduit for fluidly connecting a gas station to the tank to be filled.
  • the conduit includes an inlet port for receiving a gas flow from the station and an outlet port for conveying said flow to the tank to be filled.
  • the injector also includes a movable part configured to move within the pipe, and relative to the outlet orifice, between a first extreme position in which the movable part gives the outlet orifice a minimum passage area and a second extreme position in which the movable part gives the outlet orifice a maximum passage area.
  • the injector allows the cross-section of the gas passage through the outlet to be modified. This maintains the gas injection velocity at a certain level as the gas density in the tank increases; a level sufficient to promote optimal gas mixing within the tank, and thus limit the risk of hot spots.
  • the injector described above was integrated into a tank with the main axis X1 of the injector arranged parallel to a longitudinal axis of the tank, and then filling tests were carried out with the tank arranged horizontally or vertically.
  • the injected gas more effectively reaches the bottom of the tank located opposite the injector: the direction of the injection compensates for the effects of gravity, thus promoting the mixing inside the tank.
  • the invention relates to a reservoir comprising a gas receiving opening and an injector according to any one of the embodiments above.
  • the injector is disposed in the opening.
  • FIG. 1 illustrates a tank 10 equipped with an injector 1 according to the prior art.
  • the tank 10 comprises a first bottom and a second bottom between which extends a side wall.
  • the first bottom is provided with a neck 20 for receiving the gas in the tank.
  • the neck 20 is equipped with the injector 1 which extends along a main longitudinal axis X of the reservoir 10.
  • the injector 1 is held in position in the neck 20 by means of a support 30.
  • the injector 1 includes a conduit 2 for fluidly connecting a gas distribution station to the tank to be filled 10, and a movable part 3 inside the conduit 2.
  • Pipe 2 includes an inlet port 21 for receiving a gas flow from the station, and an outlet port 22 for conveying said flow to the tank to be filled 10.
  • the inlet port 21 opens into the pipe parallel to the main axis X1 of the injector 1.
  • the outlet port 22 opens from the pipe 2 along an axis Y1 which forms with the main axis X1 of the injector 1 an angle ⁇ which is here between 5 and 50°.
  • the moving part 3 occupies the following extreme positions inside the conduit 2: a first position in which The movable part 3 gives the outlet orifice 22 a minimum passage area, and a second position in which the movable part 3 gives the outlet orifice 22 a maximum passage area.
  • the movable part 3 allows modification (and in particular reduction) of the gas passage area through the outlet orifice 22.
  • the moving member 3 is configured to be moved in translation in the conduit 2 along the main axis X1 of the injector 1. To do this, the moving member 3 includes a head 32 which is provided with a channel 33 and a guide 34.
  • channel 33 is configured to align with outlet port 22 of line 2 to ensure gas flow from the station to the tank to be filled 10.
  • channel 33 extends between an inlet opening and an outlet opening of the moving part 3.
  • the inlet opening communicates with the outlet orifice of the conduit 2.
  • the outlet opening is intended to cooperate with the outlet orifice of the conduit 2.
  • channel 33 forms an angle ⁇ between 5 and 50° with the main axis X1 of injector 1.
  • the guide 34 of the moving part 3 is in the form of a prism with a hexagonal, square, or rectangular cross-section.
  • the head 32 of the moving part 3 has a diameter close to an internal diameter of the conduit 2.
  • the flow of gas injected into the tank 10 ensures a mixing of the gas already present in said tank, thus preventing the formation of hot spots.
  • the injector 1 includes a support 4 allowing the moving part 3 to be mounted in the pipe 2.
  • the support 4 prevents any rotation of the moving part 3 relative to the conduit 2.
  • the support 4 includes a threaded cylinder which cooperates by screwing with the pipe 2.
  • a threaded cylinder which cooperates by screwing with the pipe 2.
  • other methods of fixing can be envisaged between the support 4 and the pipe 2.
  • the return element 5 is a spring which is arranged around the guide 34 of the moving member 3, between the head 32 and the support 4. More specifically, the spring 5 has a first coil fixed to the head 32 of the moving member 3 and a second coil fixed to the support 4.
  • the alignment member 6 is positioned around the support 4 and abuts against the end 24 of the pipe 2. The alignment member 6 thus makes it possible to lock the position of the support 4 relative to the driving 2.
  • the alignment member 6 is a nut with a hexagonal, square or rectangular cross-section.
  • the head 32 of the moving part 3 is pressed against a stop 25 of the pipe 2.
  • the channel 33 is offset from the outlet orifice 22 along the main direction X of the injector 1, leaving a minimum passage section towards the outlet orifice 22.
  • the density of the gas in the reservoir 10 increases for the same mass flow delivered by the injector 1.
  • the volumetric contribution decreases, as does the pressure difference with respect to the injected gas flow.
  • the moving part 3 is then driven in a reverse movement from the support 4 towards the stop 25 of the pipe 2.
  • the return of the moving part 3 to its nominal position reduces the passage cross-section of the outlet orifice 22 and makes it possible to maintain the injection speed of the gas injected into the tank 10. This return is made possible by the return element 5.
  • the pipe 2 may include at least one vent opening 23 located downstream of the outlet port 22 and upstream of the support 4.
  • the vent opening 23 prevents an accumulation of gas between the slide 3A and the support 4.
  • the vent opening 23 allows gas to pass between the pipe 2 and the inside of the tank 10, in order to equalize the pressures.
  • the organ Mobile 3 can move freely in conduit 2.
  • the conduit 2 includes a plurality of outlet orifices 22 intended to inject the flow into the reservoir 10 in at least two directions inclined with respect to the main axis X1 of the injector 1.
  • the moving member 3 is then configured to move relative to the conduit 2, between a first extreme position in which the moving member 3 gives all or part of the outlet orifices 22 a minimum passage area, and a second extreme position in which the moving member 3 gives all or part of the outlet orifices 22 a maximum passage area.
  • the moving member 3 also includes a plurality of outlet openings, each intended to cooperate with one of the outlet ports 22 of the conduit 2.
  • the inlet opening leads into the moving member 3 along the main axis X1.
  • the outlet openings lead from the moving member 3 through a lateral wall of the moving member 3.
  • the outlet openings are distributed on the moving part 3 in a circumferential row.
  • the outlet ports 22 are each configured to inject gas into the tank along an injection direction Y which forms an angle ⁇ with the main axis X1 of the injector 1.
  • the injection direction Y forms an angle ⁇ with a radial axis X2 of the injector 1.
  • the angles ⁇ and ⁇ are complementary.
  • the outlet orifices 22 are distributed on the pipe 2 angularly around the main axis X1 of the injector 1.
  • the outlet orifices 22 are distributed regularly around the main axis X1 of the injector 1.
  • the outlet orifices 22 are distributed on at least one circumferential row of the pipe 2.
  • each outlet 22 has a truncated cone shape through a lateral wall of the conduit 2.
  • the injection direction Y associated with each outlet orifice 22 varies over an angular sector which is defined in a longitudinal plane of the injector 1 and delimited by a first straight line Ya and a second straight line Yb.
  • the first line Ya and the second line Yb form a first angle ⁇ a and a second angle ⁇ b respectively with the radial axis X2 of injector 1. Furthermore, the first line Ya and the first angle ⁇ a are respectively opposite to the second line Yb and the second angle ⁇ b with respect to the radial axis X2 of injector 1.
  • the angle ⁇ varies between -85° and 85° with respect to the radial axis X2 of the injector.
  • the angle ⁇ a is between 0 and 85°.
  • the angle ⁇ b is between 0° and -85°.
  • the latter To connect the inlet opening to the outlet openings of the moving part 3, the latter includes a plurality of deflector channels 33.
  • the deflector channels 33 are inclined with respect to the main axis X1 of the injector 1, i.e., they extend along a direction Z1 which forms an acute angle ⁇ with the main axis X1 of the injector 1.
  • the outlet openings of the moving member 3 each open from a deflector channel 33 along the same direction Z1 and at the same acute angle ⁇ .
  • the deflector channels 33 and the outlet openings of the moving part 3 are distributed angularly around the main axis X1 of the injector 1, preferably in a regular manner.
  • outlet ports and outlet openings are distributed respectively on the pipe 2 and on the moving part 3 in an angular manner and in a helical direction around the main axis X1 of the injector 1.
  • the moving member 3 comprises rather a hollow cylindrical body which delimits a single channel 33 extending between a first closed bottom and a second open bottom.
  • the inlet opening of the moving part 3 is located at the second bottom.
  • the outlet openings of the moving part 3 are located on the side wall of the moving part 3.
  • the injected gas is intended to flow between the inlet and outlet openings through the single channel 33 of the moving part 3.
  • the outlet ports of the pipe 2 open in a direction Y perpendicular to the main axis X1 of the injector 1.
  • the outlet openings of the moving part 3 open in a direction perpendicular to the main axis X1 of the injector 1.
  • the outlet ports (22) and the outlet openings have a cylindrical shape through the side wall of the pipe 2 and the side wall of the moving part 3, respectively.
  • the outlet orifices of line 2 are no longer distributed angularly around the main axis X1 of injector 1, but rather along a longitudinal column (i.e., along the longitudinal axis X of the injector).
  • the moving part 3 comprises a single outlet opening and a single deflector channel 33 connecting the outlet opening to the inlet opening. This outlet opening of the moving part is configured to align successively with each of the outlet orifices 22 of line 2.
  • the outlet orifices 22 each open from the pipe 2 in a direction Y which forms an angle ⁇ with the main axis X1 of the injector 1. This angle varies from one orifice to another.
  • the angle ⁇ decreases between a proximal outlet orifice (close to the inlet orifice 21) and an orifice of distal outlet (far from the inlet orifice 21), thus going from a maximum value ⁇ 1 to a minimum value ⁇ n.
  • the injector 1 allows the gas to be injected into the reservoir 10 with an injection angle ⁇ (and therefore an injection speed) which adapts to the progressive rise in pressure in the reservoir.

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Abstract

Injecteur (1) pour un réservoir de gaz (10), l'injecteur s'étendant suivant un axe principal longitudinal (X1) et comprenant :
- une conduite (2) destinée à relier fluidiquement une source de gaz sous pression d'une station de remplissage et un réservoir (10), la conduite (2) comprenant un orifice d'entrée (21) destiné à recevoir un flux de gaz sous pression et une pluralité d'orifices de sortie (22) destinés à injecter ledit flux suivant au moins une direction non parallèle à l'axe principal longitudinal (X1),
- un organe mobile (3) disposé à l'intérieur de la conduite (2) et configuré pour se déplacer par rapport à la conduite (2) entre une première position extrême dans laquelle l'organe mobile (3) confère à tout ou partie des orifices de sortie (22) une section de passage minimale, et une seconde position extrême dans laquelle l'organe mobile (3) confère à tout ou partie des orifices de sortie (22) une section de passage maximale.

Description

  • L'invention concerne un injecteur à orifices multiples pour le remplissage d'un réservoir de gaz. L'invention concerne également un réservoir de gaz équipé d'un tel injecteur.
  • Pendant le remplissage d'un réservoir de gaz, en particulier un réservoir d'hydrogène gazeux, la vitesse du gaz injecté en sortie de l'injecteur, appelée vitesse d'injection, est responsable de la bonne homogénéisation thermique du gaz dans le réservoir : plus la vitesse d'injection est importante, mieux le gaz injecté viendra mélanger le gaz dans le réservoir ; et donc plus le gaz dans le réservoir sera homogène thermiquement.
  • Un gaz homogène thermiquement est souhaitable afin d'éviter des points chauds qui peuvent détériorer les parois du réservoir. En particulier, pour un réservoir composite, une température inférieure à 85 °C est imposée par la norme SAE J2601.
  • Le remplissage d'un réservoir de gaz s'effectue à un débit massique qui ne doit pas dépasser un certain niveau imposé par les normes. Par exemple, le débit massique maximal est limité à 60g/s pour un réservoir de véhicule léger. Par ailleurs, le remplissage doit être tel que la température du gaz présent dans le réservoir ne dépasse pas un certain seuil, fixé à 85°C par la norme SAE J2601.
  • Ainsi, pour un remplissage à débit massique fixé, la vitesse d'injection va décroître proportionnellement avec la croissance de la masse volumique et de la pression du gaz présent dans le réservoir.
  • Avec cette diminution de la vitesse, le gaz n'est plus suffisamment mélangé. Il s'ensuit alors des gradients thermiques ou une stratification thermique dans le réservoir, et un risque d'apparition des points chauds, ayant une température supérieure au seuil fixé par la norme.
  • Dans une demande de brevet n° FR2400140 déposée précédemment par le demandeur, il est décrit un injecteur qui permet de pallier aux inconvénients listés ci-dessus.
  • Cet injecteur s'étend suivant un axe principal X1 et comprend une conduite destinée à raccorder fluidiquement une station de gaz au réservoir à remplir. En particulier, la conduite comprend un orifice d'entrée destiné à recevoir un flux de gaz provenant de la station et un orifice de sortie destiné à acheminer ledit flux vers le réservoir à remplir.
  • L'injecteur comprend également un organe mobile configuré pour être en déplacement à l'intérieur de la conduite, et par rapport à l'orifice de sortie, entre une première position extrême dans laquelle l'organe mobile confère à l'orifice de sortie une section de passage minimale et une seconde position extrême dans laquelle l'organe mobile confère à l'orifice de sortie une section de passage maximale.
  • Grâce à l'organe mobile, l'injecteur permet de modifier la section de passage du gaz à travers l'orifice de sortie. Cela permet de maintenir la vitesse d'injection du gaz à un certain niveau lorsque la masse volumique du gaz dans le réservoir augmente; un niveau suffisant pour favoriser un mélange optimal de gaz dans le réservoir, et limiter de ce fait le risque d'apparition de points chauds.
  • L'injecteur décrit ci-dessus a été intégré dans un réservoir avec l'axe principal X1 de l'injecteur disposé parallèlement à un axe longitudinal du réservoir, puis des tests de remplissage ont été réalisés avec le réservoir disposé horizontalement ou verticalement.
  • Ces essais ont montré que la position du réservoir par rapport au sol (et donc la position de l'axe principal X1 de l'injecteur par rapport au sol) influe sur la qualité du mélange thermique du gaz introduit dans le réservoir.
  • En effet, pour un réservoir disposé horizontalement (avec le champ gravitaire perpendiculaire à la direction principale du réservoir), un orifice de sortie tourné vers le haut (pour une injection du gaz avec une certaine inclinaison par rapport au sol) permet d'améliorer le mélange thermique dans le réservoir.
  • Pour cette orientation du réservoir et de l'orifice de sortie de l'injecteur, le gaz injecté atteint plus efficacement le fond du réservoir situé à l'opposé de l'injecteur : la direction de l'injection vient compenser les effets de la gravité, favorisant ainsi le mélange à l'intérieur du réservoir.
  • En revanche, pour un réservoir disposé à la verticale (avec le champ gravitaire colinéaire à la direction principale du réservoir), et dans lequel l'orifice d'injection est tourné vers le haut (pour une injection du gaz avec une certaine inclinaison par rapport à la direction principale du réservoir), le gaz est injecté contre une paroi latérale du réservoir au lieu d'atteindre le fond du réservoir.
  • Il s'ensuit un mélange peu homogène et l'apparition de points chauds dans le réservoir.
  • Ainsi, il apparaît un besoin de développer un injecteur qui assure un mélange thermiquement homogène quelles que soient l'orientation (horizontale ou verticale) et la longueur du réservoir.
  • A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne un injecteur pour un réservoir de gaz. L'injecteur s'étend suivant un axe principal et comprend :
    • une conduite destinée à relier fluidiquement une station de remplissage et le réservoir, la conduite comprenant un orifice d'entrée destiné à recevoir un flux de gaz sous pression provenant de la station de remplissage, et une pluralité d'orifices de sortie destinés à introduire ledit flux dans le réservoir à remplir, selon au moins une direction non parallèle à l'axe principal de l'injecteur.
    • un organe mobile disposé à l'intérieur de la conduite et configuré pour se déplacer par rapport à la conduite, entre une première position extrême dans laquelle l'organe mobile confère à tout ou partie des orifices de sortie une section de passage minimale, et une seconde position extrême dans laquelle l'organe mobile confère à tout ou partie des orifices de sortie une section de passage maximale.
  • D'autres modes de réalisation de l'invention comprennent les caractéristiques ci-dessous :
    • l'organe mobile est muni d'une ouverture d'entrée en communication fluidique avec l'orifice d'entrée de la conduite,
    • l'organe mobile est muni d'au moins une ouverture de sortie configurée pour coopérer au moins en partie avec tout ou partie des orifices de sortie de la conduite,
    • les orifices de sortie et les ouvertures de sortie sont répartis respectivement sur la conduite et sur l'organe mobile angulairement autour de l'axe principal de l'injecteur,
    • les orifices de sortie et les ouvertures de sortie sont répartis respectivement sur la conduite et sur l'organe mobile suivant au moins une rangée circonférentielle,
    • chaque orifice de sortie est configuré pour injecter une partie du flux de gaz suivant une direction Y qui forme avec l'axe principal X1 et un axe radial X2 de l'injecteur respectivement un angle β non nul et un angle y non nul,
    • pour chaque orifice de sortie, la direction Y ainsi que les angles β et y sont fixes,
    • la direction Y est variable sur un secteur angulaire délimité par une première droite Ya et une deuxième droite Yb,
    • la première droite Ya et la deuxième droite Yb forment avec l'axe radial X2 de l'injecteur respectivement un premier angle γa et un deuxième angle γb,
    • la première droite Ya et le premier angle γa sont respectivement opposés à la deuxième droite Yb et au deuxième angle γb par rapport à l'axe radial X2,
    • les orifices de sortie sont répartis sur la conduite suivant au moins une colonne longitudinale,
    • la au moins une ouverture de sortie de l'organe mobile est configurée pour coopérer successivement avec les orifices de sortie répartis suivant la au moins une colonne longitudinale,
    • l'angle β varie d'un orifice de sortie à un autre,
    • l'angle β est décroissant entre une valeur maximale β1 associée à un orifice de sortie proximal et une valeur minimale associée à un orifice de sortie distal,
    • l'angle β varie de 50 à 5° entre l'orifice de sortie proximal et l'orifice de sortie distal,
    • les orifices de sortie et les ouvertures de sortie sont répartis respectivement sur la conduite et sur l'organe mobile suivant une courbe hélicoïdale,
    • l'angle β vaut 90° pour chaque orifice de sortie, c'est-à-dire la direction Y est perpendiculaire à l'axe principal X1 de l'injecteur,
    • les ouvertures de sortie débouchent de l'organe mobile suivant une direction Z1 perpendiculaire à l'axe principal X1 de l'injecteur,
    • l'organe mobile comprend au moins un canal déflecteur qui s'étend entre l'ouverture d'entrée et la au moins une ouverture de sortie,
    • le au moins un canal déflecteur est orienté suivant une direction Z1 qui forme avec l'axe principal X1 de l'injecteur un angle α aigu,
    • la au moins une ouverture de sortie débouche du canal déflecteur suivant la même direction Z1 et le même angle α,
    • les canaux déflecteurs et les ouvertures de sortie sont régulièrement répartis autour de l'axe principal X1 de l'injecteur,
    • l'angle α est compris entre 5 et 50°,
    • l'orifice d'entrée débouche dans la conduite parallèlement à l'axe principal X1 de l'injecteur.
  • Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un réservoir comprenant une ouverture de réception d'un gaz et un injecteur selon l'un quelconque des modes des réalisations ci-dessus. L'injecteur est disposé dans l'ouverture.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures suivantes dans lesquelles :
    • [Fig. 1] est une vue schématique illustrant un réservoir équipé de l'injecteur de l'art antérieur, l'injecteur étant muni d'un seul orifice d'injection.
    • [Fig. 2] est une vue de coupe schématique illustrant l'injecteur de la [Fig. 1].
    • [Fig. 3] est une vue de coupe schématique illustrant l'injecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention.
    • [Fig. 4] est une vue de coupe schématique illustrant l'injecteur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
    • [Fig. 5] est une vue de coupe schématique illustrant l'injecteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
  • [Fig. 1] illustre un réservoir 10 équipé d'un injecteur 1 selon l'art antérieur.
  • Le réservoir 10 comprend un premier fond et un deuxième fond entre lesquels s'étend une paroi latérale. Le premier fond est muni d'un col 20 destiné à recevoir le gaz dans le réservoir.
  • En particulier le col 20 est équipé de l'injecteur 1 qui 1 s'étend suivant un axe principal longitudinal X du réservoir 10. L'injecteur 1 est maintenu en position dans le col 20 grâce à un support 30.
  • En référence à la [Fig. 2], l'injecteur 1 comprend une conduite 2 destinée à raccorder fluidiquement une station de distribution de gaz au réservoir à remplir 10, et un organe mobile 3 à l'intérieur de la conduite 2.
  • La conduite 2 comprend un orifice d'entrée 21 destiné à recevoir un flux de gaz provenant de la station, et un orifice de sortie 22 destiné à acheminer ledit flux vers le réservoir à remplir 10. En particulier, l'orifice d'entrée 21 débouche dans la conduite parallèlement à l'axe principal X1 de l'injecteur 1. L'orifice de sortie 22 débouche de la conduite 2 suivant un axe Y1 qui forme avec l'axe principal X1 de l'injecteur 1 un angle β qui est ici compris entre 5 et 50°.
  • L'organe mobile 3 occupe les positions extrêmes suivantes à l'intérieur de la conduite 2: une première position dans laquelle l'organe 3 mobile confère à l'orifice de sortie 22 une section de passage minimale, et une seconde position dans laquelle l'organe mobile 3 confère à l'orifice de sortie 22 une section de passage maximale. Autrement dit, l'organe mobile 3 permet de modifier (et notamment de réduire) la section de passage du gaz à travers l'orifice de sortie 22.
  • En outre, l'organe mobile 3 comprend une paroi déflectrice 31 qui permet de dévier la trajectoire de l'écoulement du gaz provenant de l'orifice d'entrée 2. En particulier, la paroi déflectrice 31 forme avec l'axe principal X1 de l'injecteur 1 un angle α compris entre 5 et 50°. La paroi déflectrice 31 est disposée en regard de l'orifice d'entrée 21.
  • L'organe mobile 3 est configuré pour être mû en translation dans la conduite 2 suivant l'axe principal X1 de l'injecteur 1. Pour ce faire, l'organe mobile 3 comprend une tête 32 qui est pourvue d'un canal 33 et d'un guide 34.
  • En particulier, le canal 33 est configuré pour s'aligner avec l'orifice de sortie 22 de la conduite 2 afin d'assurer un écoulement du gaz depuis la station vers le réservoir à remplir 10.
  • De plus, le canal 33 s'étend entre une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie de l'organe mobile 3. L'ouverture d'entrée communique avec l'orifice de sortie de la conduite 2. L'ouverture de sortie est destinée à coopérer avec l'orifice de sortie de la conduite 2.
  • Enfin, le canal 33 forme avec l'axe principal X1 de l'injecteur 1 un angle α compris entre 5 et 50°.
  • Dans l'exemple illustré, le guide 34 de l'organe mobile 3 se présente sous la forme d'un prisme de section hexagonale, carrée ou rectangulaire. La tête 32 de l'organe mobile 3 présente un diamètre proche d'un diamètre intérieur de la conduite 2.
  • Le fait de diminuer la section de passage du gaz introduit dans le réservoir 10 à travers l'orifice de sortie 22 et le fait de dévier la trajectoire de ce flux permettent de maintenir et/ou d'augmenter la vitesse d'injection du gaz au niveau de l'orifice de sortie 22.
  • Grâce au contrôle de la vitesse d'injection au niveau de l'orifice de sortie 22, le flux de gaz injecté dans le réservoir 10 assure un mélange du gaz déjà présent dans ledit réservoir, empêchant ainsi la formation de points chauds.
  • De façon avantageuse, l'injecteur 1 comprend un support 4 permettant un montage de l'organe mobile 3 dans la conduite 2.
  • En particulier, le support 4 est fixé à une extrémité 24 de la conduite 2, à l'opposé de l'orifice d'entrée 21 de la conduite 2. En outre, le support 4 comprend un passage 41 configuré pour recevoir le guide 34. Le passage 41 présente une géométrie complémentaire de celle du guide 34, c'est-à-dire une section de forme hexagonale, carrée ou rectangulaire.
  • Ainsi, le support 4 empêche toute rotation de l'organe mobile 3 par rapport à la conduite 2.
  • Dans l'exemple illustré, le support 4 comprend un cylindre fileté qui coopère par vissage avec la conduite 2. En variante, d'autres modes de fixation peuvent être envisagés entre le support 4 et la conduite 2.
  • De façon avantageuse, l'injecteur 1 comprend un élément 5 de rappel élastique reliant l'organe mobile 3 au support 4.
  • Dans l'exemple illustré, l'élément 5 de rappel est un ressort qui est disposé autour du guide 34 de l'organe mobile 3, entre la tête 32 et le support 4. Plus spécifiquement, le ressort 5 présente une première spire fixée à la tête 32 de l'organe mobile 3 et une deuxième spire fixée au support 4.
  • De façon avantageuse, l'injecteur 1 comprend un organe d'alignement 6 permettant d'aligner le canal 33 formé au niveau de l'organe mobile 3 et l'orifice de sortie 22 de la conduite 2.
  • L'organe d'alignement 6 est positionné autour du support 4 et en butée contre l'extrémité 24 de la conduite 2. L'organe d'alignement 6 permet de la sorte de bloquer la position du support 4 par rapport à la conduite 2.
  • Dans l'exemple illustré, l'organe d'alignement 6 est un écrou de section hexagonale, carrée ou rectangulaire.
  • En position nominale, la tête 32 de l'organe mobile 3 est plaquée contre une butée 25 de la conduite 2. Le canal 33 est décalé par rapport à l'orifice de sortie 22 suivant la direction principale X de l'injecteur 1, laissant une section de passage minimale vers l'orifice de sortie 22.
  • Lorsque le gaz est admis dans l'injecteur 1, sa pression entraîne l'organe mobile 3 vers le support 4, permettant ainsi de dégager complètement l'orifice de sortie 22. Dans le réservoir à remplir 10, la masse volumique du gaz est faible et la différence de pression par rapport au flux de gaz injecté est relativement élevée. Le gaz coule à vitesse suffisante de l'injecteur 1 vers le réservoir 10.
  • A mesure que l'injection se poursuit, la masse volumique du gaz dans le réservoir 10 augmente pour un même débit massique délivré par l'injecteur 1. Ainsi, l'apport volumétrique diminue, de même que la différence de pression par rapport au flux de gaz injecté.
  • L'organe mobile 3 est alors entraîné dans un mouvement inverse depuis le support 4 vers la butée 25 de la conduite 2. Le retour de l'organe mobile 3 à sa position nominale réduit la section de passage de l'orifice de sortie 22 et permet de maintenir la vitesse d'injection du gaz injecté dans le réservoir 10. Ce retour est rendu possible grâce à l'élément de rappel 5.
  • Il convient de noter que la conduite 2 peut comprendre au moins une ouverture d'évent 23 située en aval de l'orifice de sortie 22 et en amont du support 4. L'ouverture d'évent 23 empêche une accumulation de gaz entre le coulisseau 3A et le support 4. En outre, l'ouverture d'évent 23 permet de laisser passer le gaz entre la conduite 2 et l'intérieur du réservoir 10, afin d'équilibrer les pressions.
  • Ainsi, grâce à la présence de l'ouverture d'évent 23, l'organe mobile 3 peut se déplacer librement dans la conduite 2.
  • Selon l'invention telle qu'illustrée aux [Fig. 3], [Fig. 4] et [Fig. 5], la conduite 2 comprend une pluralité d'orifices de sortie 22 destinés à injecter le flux dans le réservoir 10 selon au moins deux directions inclinées par rapport à l'axe principal X1 de l'injecteur 1. L'organe mobile 3 est alors configuré pour se déplacer par rapport à la conduite 2, entre une première position extrême dans laquelle l'organe mobile 3 confère à tout ou partie des orifices de sortie 22 une section de passage minimale, et une seconde position extrême dans laquelle l'organe mobile 3 confère à tout ou partie des orifices de sortie 22 une section de passage maximale.
  • Selon un premier mode de réalisation illustré à la [Fig. 3], l'organe mobile 3 comprend également une pluralité d'ouvertures de sortie destinées chacune à coopérer avec un des orifices 22 de sortie de la conduite 2. L'ouverture d'entrée débouche dans l'organe mobile 3 suivant l'axe principal X1. Les ouvertures de sortie débouchent de l'organe mobile 3 à travers une paroi latérale de l'organe mobile 3.
  • De façon avantageuse, les ouvertures de sortie sont réparties sur l'organe mobile 3 suivant une rangée circonférentielle.
  • Dans ce premier mode de réalisation, les orifices 22 de sortie sont configurés chacun pour injecter le gaz dans le réservoir suivant une direction d'injection Y qui forme avec l'axe principal X1 de l'injecteur 1 un angle β. En d'autres termes, la direction d'injection Y forme avec un axe radial X2 de l'injecteur 1 un angle γ. Les angles β et γ sont complémentaires.
  • En outre, les orifices 22 de sortie sont répartis sur la conduite 2 angulairement autour de l'axe principal X1 de l'injecteur 1. De façon avantageuse, les orifices 22 de sortie sont répartis de manière régulière autour de l'axe principal X1 de l'injecteur 1. De façon encore avantageuse, les orifices 22 de sortie sont répartis sur au moins une rangée circonférentielle de la conduite 2.
  • Dans l'exemple illustré, chaque orifice de sortie 22 présente une forme tronconique à travers une paroi latérale de la conduite 2. Ainsi, la direction d'injection Y associée à chaque orifice de sortie 22 varie sur un secteur angulaire qui est défini dans un plan longitudinal de l'injecteur 1 et délimité par une première droite Ya et une deuxième droite Yb.
  • La première droite Ya et la deuxième droite Yb forment avec l'axe radial X2 de l'injecteur 1 respectivement un premier angle γa et un deuxième angle γb. En outre, la première droite Ya et le premier angle γa sont respectivement opposés à la deuxième droite Yb et au deuxième angle γb par rapport à l'axe radial X2 de l'injecteur 1.
  • De façon avantageuse, l'angle γ varie entre -85° et 85° par rapport à l'axe radial X2 de l'injecteur. En d'autres termes, l'angle γa est compris entre 0 et 85°. L'angle γb compris entre 0° et -85°.
  • Pour relier l'ouverture d'entrée aux ouvertures de sortie de l'organe mobile 3, celui-ci comprend une pluralité de canaux déflecteurs 33.
  • Les canaux déflecteurs 33 sont inclinés par rapport à l'axe principal X1 de l'injecteur 1, c'est-à-dire s'étendent suivant une direction Z1 qui forme avec l'axe principal X1 de l'injecteur 1 un angle α aigu. Les ouvertures de sortie de l'organe mobile 3 débouchent chacune d'un canal déflecteur 33 suivant la même direction Z1 et suivant le même angle aigu α.
  • Dans ce premier mode de réalisation, les canaux déflecteurs 33 et les ouvertures de sortie de l'organe mobile 3 sont répartis angulairement autour de l'axe principal X1 de l'injecteur 1, de préférence de manière régulière.
  • Dans un deuxième mode de réalisation illustré à la [Fig. 4], les orifices de sortie et les ouvertures de sortie sont répartis respectivement sur la conduite 2 et sur l'organe mobile 3 de manière angulaire et suivant une direction hélicoïdale autour de l'axe principal X1 de l'injecteur 1.
  • Contrairement au premier mode de réalisation, ici il n'est pas prévu une pluralité de canaux déflecteurs reliant l'ouverture d'entrée aux ouvertures de sortie de l'organe mobile 3. L'organe mobile 3 comprend plutôt un corps cylindrique creux qui délimite un canal 33 unique s'étendant entre un premier fond fermé et un deuxième fond ouvert.
  • L'ouverture d'entrée de l'organe mobile 3 est située au niveau du deuxième fond. Les ouvertures de sortie de l'organe mobile 3 sont situées au niveau de la paroi latérale de l'organe mobile 3. Le gaz injecté est destiné à circuler entre l'ouverture d'entrée et les ouvertures de sortie à travers le canal unique 33 de l'organe mobile 3.
  • Dans l'exemple illustré en relation avec ce deuxième mode de réalisation, les orifices de sortie de la conduite 2 débouchent suivant une direction Y perpendiculaire à l'axe principal X1 de l'injecteur 1. De même, les ouvertures de sortie de l'organe mobile 3 débouchent suivant une direction perpendiculaire à l'axe principal X1 de l'injecteur 1. Les orifices de sortie (22) et les ouvertures de sortie présentent une forme cylindrique à travers respectivement la paroi latérale de la conduite 2 et la paroi latérale de l'organe mobile 3.
  • Dans un troisième mode de réalisation illustré à la [Fig. 5], les orifices de sortie de la conduite 2 ne sont plus répartis de façon angulaire autour de l'axe principal X1 de l'injecteur 1, mais plutôt suivant une colonne longitudinale (c'est-à-dire suivant l'axe longitudinal X de l'injecteur). L'organe mobile 3 comprend une seule ouverture de sortie et un seul canal déflecteur 33 reliant l'ouverture de sortie à l'ouverture d'entrée. Cette ouverture de sortie de l'organe mobile est configurée pour s'aligner successivement avec chacun des orifices 22 de sortie de la conduite 2.
  • Les orifices 22 de sortie débouchent chacun de la conduite 2 suivant une direction Y qui forme avec l'axe principal X1 de l'injecteur 1 un angle β. Celui-ci varie d'un orifice à un autre.
  • De façon avantageuse, l'angle β décroît entre un orifice de sortie proximal (proche de l'orifice d'entrée 21) et un orifice de sortie distal (éloigné de l'orifice d'entrée 21), passant ainsi d'une valeur maximale β1 à une valeur minimale βn.
  • Ainsi, avec des orifices de sortie ayant chacun une orientation Y1, Yn différente par rapport à l'axe principal X1, l'injecteur 1 selon ce troisième mode de réalisation permet d'injecter le gaz dans le réservoir 10 avec un angle d'injection β (et donc une vitesse d'injection) qui s'adapte à la montée progressive de la pression dans le réservoir.

Claims (17)

  1. Injecteur (1) pour un réservoir de gaz (10), l'injecteur s'étendant suivant un axe principal longitudinal (X1) et comprenant :
    - une conduite (2) destinée à relier fluidiquement une source de gaz sous pression d'une station de remplissage et un réservoir (10), la conduite (2) comprenant un orifice d'entrée (21) destiné à recevoir un flux de gaz sous pression et une pluralité d'orifices de sortie (22) destinés à injecter ledit flux suivant au moins une direction non parallèle à l'axe principal longitudinal (X1),
    - un organe mobile (3) disposé à l'intérieur de la conduite (2) et configuré pour se déplacer par rapport à la conduite (2) entre une première position extrême dans laquelle l'organe mobile (3) confère à tout ou partie des orifices de sortie (22) une section de passage minimale, et une seconde position extrême dans laquelle l'organe mobile (3) confère à tout ou partie des orifices de sortie (22) une section de passage maximale.
  2. Injecteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'organe mobile (3) est muni d'une ouverture d'entrée en communication fluidique avec l'orifice d'entrée (21) de la conduite (2), et d'au moins une ouverture de sortie configurée pour coopérer au moins en partie avec tout ou partie des orifices de sortie (22) de la conduite (2).
  3. Injecteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les orifices de sortie (22) et les ouvertures de sortie sont répartis respectivement sur la conduite (2) et sur l'organe mobile (3) angulairement autour de l'axe principal (X1) de l'injecteur (1).
  4. Injecteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les orifices de sortie (22) et les ouvertures de sortie sont répartis respectivement sur la conduite (2) et sur l'organe mobile (3) suivant au moins une rangée circonférentielle.
  5. Injecteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque orifice de sortie (22) est configuré pour injecter une partie du flux de gaz suivant une direction (Y) qui forme avec l'axe principal (X1) et un axe radial (X2) de l'injecteur (1) respectivement un angle (β) non nul et un angle (γ) non nul.
  6. Injecteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel pour chaque orifice de sortie (22), la direction (Y) ainsi que les angles (β) et (γ) sont fixes .
  7. Injecteur selon la revendication 5, dans lequel la direction (Y) est variable sur un secteur angulaire délimité par une première droite (Ya) et une deuxième droite (Yb), la première droite (Ya) et la deuxième droite (Yb) formant avec l'axe radial (X2) de l'injecteur (1) respectivement un premier angle (γa) et un deuxième angle (γb), la première droite (Ya) et le premier angle (γa) étant respectivement opposés à la deuxième droite (Yb) et au deuxième angle (γb) par rapport à l'axe radial (X2).
  8. Injecteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel les orifices de sortie (22) sont répartis sur la conduite (2) suivant au moins une colonne longitudinale, la au moins une ouverture de sortie de l'organe mobile (3) étant configurée pour coopérer successivement avec les orifices de sortie (22) répartis suivant la au moins une colonne longitudinale.
  9. Injecteur (1) selon la revendication précédente prise dans son rattachement à la revendication 6, dans lequel l'angle (β) varie d'un orifice de sortie (22) à un autre, l'angle (β) étant décroissant entre une valeur maximale (β1) associée à un orifice de sortie (22a) proximal et une valeur minimale (β2) associée à un orifice de sortie (22n) distal.
  10. Injecteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'angle (β) varie de 50 à 5° entre l'orifice de sortie (22a) proximal et l'orifice de sortie (22n) distal.
  11. Injecteur (1) selon la revendication 3, dans lequel les orifices de sortie (22) et les ouvertures de sortie sont répartis respectivement sur la conduite (2) et sur l'organe mobile (3) suivant une courbe hélicoïdale.
  12. Injecteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'angle (β) vaut 90° pour chaque orifice de sortie (22), c'est-à-dire la direction (Y) est perpendiculaire à l'axe principal (X1) de l'injecteur (1).
  13. Injecteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les ouvertures de sortie débouchent de l'organe mobile (3) suivant une direction (Z1) perpendiculaire à l'axe principal (X1) de l'injecteur (1).
  14. Injecteur (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, dans lequel l'organe mobile (3) comprend au moins un canal déflecteur (33) qui s'étend entre l'ouverture d'entrée et la au moins une ouverture de sortie, le au moins un canal déflecteur (33) étant orienté suivant une direction (Z1) qui forme avec l'axe principal (X1) de l'injecteur (1) un angle (α) aigu, la au moins une ouverture de sortie débouchant dudit canal déflecteur (33) suivant le même axe (Z1) et le même angle (α).
  15. Injecteur (1) selon la revendication précédente prise dans son rattachement à l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les canaux déflecteurs (33) et les ouvertures de sortie sont régulièrement répartis autour de l'axe principal (X1) de l'injecteur (1).
  16. Injecteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'orifice d'entrée (21) débouche dans la conduite (2) parallèlement à l'axe principal (X1) de l'injecteur (1).
  17. Réservoir (10) de stockage d'un gaz sous pression, comprenant une ouverture (20) de réception d'un gaz et un injecteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, ledit injecteur (1) étant disposé dans ladite ouverture (10).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2400140A1 (fr) 1977-08-08 1979-03-09 Sun Shipbuilding & Dry Dock Co Perfectionnement aux dispositifs d'attache
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