ES2347892T3 - Deposito para fluidos de alta presion. - Google Patents

Deposito para fluidos de alta presion. Download PDF

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Abstract

Un depósito para fluidos de alta presión que presenta una forma esencialmente discoidal, cuyo depósito incluye un núcleo herméticamente cerrado (1) y un revestimiento externo (2) para dicho núcleo realizado mediante una envoltura de fibra de un material compuesto con una resistencia a la tracción mecánica muy elevada en el que una estructura de refuerzo está instalada dentro del núcleo (1), cuya estructura de refuerzo está formada por un tubo (9) provisto de al menos un orificio (95) y que tiene su eje coincidiendo con el eje menor de simetría del depósito, caracterizado porque dicho tubo se une a un obturador (10) con una forma esencialmente cilíndrica que no sobresale del perfil de dicho depósito.

Description

El presente invento se refiere a un depósito adecuado para contener fluidos de alta presión, típicamente para gas natural comprimido (en adelante CNG), para aplicaciones de automoción, cuyo depósito tiene una forma de disco abombado particularmente adecuado para su instalación a bordo de vehículos. 5
Es un hecho conocido que la producción actual de depósitos de gas natural comprimido de alta presión consiste predominantemente en los denominados “bombonas”, construidos de acero por diferentes procesos de fabricación.
Estas bombonas presentan una forma cilíndrica, principalmente alargada y estrechada progresivamente en los dos extremos. 10
El uso del tipo antes mencionado de bombonas en el campo de la automoción con gas natural comprimido es hasta la fecha todavía más bien limitado, y ello se debe especialmente al peso y a las dimensiones de las propias bombonas, siendo estas características absolutamente necesarias para disponer de una autonomía en ruta satisfactoria, antes del reabastecimiento de combustible subsiguiente. 15
Los intentos de reducir el peso y las dimensiones de las propias bombonas están contrastados de cualquier modo por la necesidad de cumplir con la reglamentación actual en vigor que se inspira en criterios absolutamente de seguridad.
Durante os últimos años se ha hincado la producción de bombonas de CNG de alta presión para aplicaciones de automoción que incluyen un núcleo interno 20 (denominado también FORRO) fabricado en diferentes materiales y revestido por materiales compuestos impregnados con resinas apropiadas.
La función del recubrimiento es proporcionar la resistencia necesaria para soportar las altas presiones del gas, que no pueden soportarse por el núcleo interior, también de espesor reducido. 25
Por razones de seguridad, las principales normas internacionales relacionadas con bombonas de gas natural comprimido (CNG) para aplicaciones de automoción, tales como las ISO 11439, NGV2, y R110, identifican básicamente cuatro tipos de recipientes, denominados respectivamente :
- TIPO 1: bombona construida totalmente de acero; 30
- TIPO 2: revestimiento construido de acero o de aluminio reforzado con filamento de fibra en su parte cilíndrica;
- TIPO 3: revestimiento de acero o aluminio reforzado por filamento de fibra en toda su superficie;
- TIPO 4: bombonas construidas totalmente de material compuesto; 35
- TIPO 5: otros tipos posibles de fabricación, no incluidos en los tipos 1 a 4.
Hay varios documentos que describen depósitos para fluidos de alta presión que contienen un núcleo herméticamente cerrado (FORRO) y un revestimiento externo constituido por una envoltura de fibra de un material de gran resistencia mecánica, como son los FR 1 554 072, WO 00/57102, WO 01/48418 A2, US 2002/0053573A1, 5 US 2003/183638 A1, WO 2004/095459 A1, WO 2004/072542 A1 y DE 197 49950A1. Sólo unos pocos de ellos describen elementos de refuerzo instalados dentro del núcleo del depósito. El documento WO 01/48418 A2, por ejemplo, muestra un elemento de refuerzo parecido a un eje que sobresale del perfil del depósito. El documento WO 2004/096459A1 muestra un depósito tubular reforzado por laminillas 10 intersecantes que dividen al depósito en varios segmentos. El depósito tubular descrito en el documento WO 2004/072542 A1 contiene un estrato de fibra arrollado coaxialmente en espiral como elemento de refuerzo, mientras que el documento DE 197 49950 A1 describe una pluralidad de elementos de filamento o de forma de varilla para refuerzo vertical distribuidos sobre el depósito. El presente invento pretende, con 15 respecto a las normas internacionales anteriormente enunciadas, reunir en un único objeto las ventajas obtenidas con los cilindros de la más reciente concepción, que sean absolutamente seguros pero al mismo tiempo mucho más livianos que los cilindros tradicionales, y los de una forma más adecuada para instalar principalmente a bordo de un vehículo. 20
El objetivo declarado se consigue mediante la producción de un depósito para fluidos de alta presión, especialmente para gases comprimidos para aplicaciones de automoción, que se caracteriza por el contenido de la primera reivindicación y es particularmente adecuado para instalarse con una dimensión reducida a bordo de vehículos que usen gas natural comprimido (CNG) para aplicaciones de automoción. 25
Se especifica que por sólido de forma discoidal se entiende un sólido de revolución generado por la rotación alrededor de un eje de simetría de una figura esencialmente elíptica y con un eje menor igual o más corto que la mitad del eje mayor. Este depósito incluye un núcleo herméticamente cerrado, también con espesor reducido, en este caso reforzado por medio de una estructura apropiada, y un 30 revestimiento externo formado por una envoltura de fibra de material compuesto con una resistencia mecánica a la tracción muy elevada.
De acuerdo con las características del invento, el depósito así producido tiene una forma muy plana y, por tanto, es muy fácil de colocar en el portaequipajes del coche, preferiblemente en una parte descendente del mismo construida 35 adecuadamente.
Adicionalmente, la envoltura del núcleo interno construida por medio de un revestimiento impregnado en resina permite mantener invariables todos los límites de seguridad impuestos por las normas para evitar el estallido del depósito de alta presión. 5
Hay que hacer notar que el intervalo de producción del depósito del invento puede cubrir las aplicaciones de almacenamiento y uso de diferentes gases comprimidos, típicamente gas natural para aplicaciones de automoción con presiones de trabajo de 200 bares, presiones de prueba de 300 bares y presiones de estallido de más de 450 bares. 10
El depósito que constituye el objeto del presente invento se usa ventajosamente en sectores mecánicos que requieran el uso de recipientes de fluidos sometidos a elevadas presiones de trabajo, incluso más de 450 bares.
La descripción siguiente se refiere a la figura del dibujo adjunto, en la que:
La Figura 1 muestra el corte del depósito del invento en el que la estructura de 15 refuerzo del núcleo consiste en un tubo situado centralmente.
El depósito objeto del presente invento se ha diseñado para instalarse principalmente a bordo s de los vehículos actuales, en el espacio hueco de la rueda de repuesto, o, en cualquier caso, en un hueco similar que se puede obtener fácilmente en los vehículos de nueva producción. 20
Su forma de un disco abombado, mostrada a título indicativo en la Figura 1, es de hecho una forma discoidal esencialmente plana que es idealmente adecuada para la aplicación, similarmente a lo que sucede con los depósitos toroidales de gases licuados del petróleo (en adelante LPG).
El problema de la hermeticidad y resistencia mecánica de los depósitos de 25 elevada presión de almacenamiento de gas natural (requisitos impuestos por la normativa actual) junto con la considerable reducción de su peso con respecto al de los cilindros de acero tradicionales con espesor adecuado, se soluciona mediante el presente invento, merced a la composición mostrada en la figura antes citada.
El depósito incluye esencialmente el núcleo 1 cerrado herméticamente , aún 30 con espesor reducido, y el revestimiento externo 2 constituido por una envoltura de fibra de un material compuesto con una resistencia mecánica a la tracción muy elevada.
En este caso hay que resaltar que el revestimiento externo es, más exactamente, una envoltura que cubre completamente al núcleo 1. 35
Se fabrica preferiblemente usando la fibra de carbono envuelta en varias capas retorcida sobre el mismo núcleo interno, por medio de un equipo conocido per se.
La envoltura de fibra se impregna mediante poliéster o resinas epoxídicas adecuadas para comunicar compacidad y firmeza a dicho revestimiento externo.
Este revestimiento resulta con un peso y unas dimensiones muy reducidas, y 5 sin embargo presenta una resistencia mecánica muy elevada a las solicitaciones causadas por la presión interna. Esta característica permite el uso seguro del depósito del invento.
Cada mitad del núcleo interno 1 del depósito incluye una estructura de refuerzo dentro de dicho núcleo. 10
La Figura 1 muestra en corte una variante del depósito del invento en la que la estructura de refuerzo interna del núcleo 1 está formada por un tubo 9 cuyo eje X se corresponde con el eje menor de simetría del depósito.
El tubo 9 presenta un fondo 91 con un diámetro exterior 92 mayor que el del tubo 9, para formar un elemento embridado que se suelda al fondo del núcleo con una 15 soldadura esencialmente circular.
El tubo 9 presenta una altura menor que la interior del depósito 100 y termina con un borde que presenta una línea interna roscada 94 en la que se rosca un obturador 10 con una forma esencialmente cilíndrica; dicho obturador 10 presenta una parte superior embridada 101 que está soldada circunferencial y externamente al 20 núcleo 1.
Asimismo, hay que hacer notar que el tubo 9 presenta al menos un orificio 95 que permite que el fluido entre al depósito a través del orificio de entrada 102 del obturador 10 para fluir al interior del compartimiento definido por el núcleo 1.
Es evidente que la unión entre el tubo 9 y el obturador 10 se realiza en una sola 25 pieza que presenta absolutamente una ligazón de elevada resistencia mecánica que impide que el núcleo del depósito se deforme debido a la presión del fluido que se está estableciendo dentro del depósito exactamente en la zona más débil que es realmente la parte central donde está ubicado el tubo 9.
Por supuesto, la admisión del fluido al interior del depósito tiene lugar a través 30 de una válvula 103 que está fijada por rosca al orificio roscado 102 del obturador 10.
La válvula 103, que es del tipo conocido, está ubicada dentro del área cilíndrica definida por el obturador 10.
Dicha válvula permite, por un lado, la entrada del fluido para el llenado del depósito y, por otro lado, la salida del mismo a través de la entrada 105. 35
Es evidente resaltar que el hecho de que el obturador 10 y la válvula 103 no sobresalgan del perfil del depósito 100 proporciona una ventaja evidente para la economía del espacio aportada por esta clase de solución, considerando que el depósito del invento se coloca en un espacio hueco obtenido en el maletero de un vehículo. De acuerdo con todas las variantes del depósito del invento, el núcleo 1 está 5 completamente envuelto por un revestimiento 2 de fibra impregnada de resina, con el fin de crear un bloque de resistencia mecánica compacto todo alrededor del volumen del sólido discoidal que forma el depósito. Para la versión que se acaba de describir, que incluye la estructura interna de refuerzo, la elección de la solución más adecuada dependerá de las dimensiones del depósito y las evaluaciones constructivas. 10
El margen de producción del depósito del invento se dirige principalmente al sector del almacenamiento y al uso de diferentes clases de gases comprimidos, particularmente de gas natural comprimido (CNG) para aplicaciones de automoción, típicamente con una presión de trabajo de 200 bares, una presión de prueba de 300 bares y una presión de estallido de más de 450 bares. 15
Sin embargo, nada impide que el propio depósito se pueda usar útilmente en varios sectores diferentes de la mecánica que requiera el uso de recipientes para líquidos, y no solamente teniendo altas presiones de trabajo, aún mayores de 450 bares.
Donde las características técnicas mencionadas en cualquiera de las 20 reivindicaciones van seguidas por signos de referencia, estos signos de referencia se han incluido para el exclusivo fin de aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones, y de acuerdo con ello dichos signos de referencia no tienen ningún efecto limitativo sobre la protección de cada elemento identifica a título d ejemplo por dichos signo de referencia. 25

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un depósito para fluidos de alta presión que presenta una forma esencialmente discoidal, cuyo depósito incluye un núcleo herméticamente cerrado (1) y un revestimiento externo (2) para dicho núcleo realizado mediante una envoltura de fibra de un material compuesto con una resistencia a la tracción mecánica muy 5 elevada en el que una estructura de refuerzo está instalada dentro del núcleo (1), cuya estructura de refuerzo está formada por un tubo (9) provisto de al menos un orificio (95) y que tiene su eje coincidiendo con el eje menor de simetría del depósito, caracterizado porque dicho tubo se une a un obturador (10) con una forma esencialmente cilíndrica que no sobresale del perfil de dicho depósito. 10
  2. 2. Un depósito según la reivindicación 1, caracterizado porque una válvula (103) está situada dentro del espacio cilíndrico definido por dicho obturador (10) para el llenado de fluido de dicho depósito.
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