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Pressurized gas tank e.g. for a motor vehicle comprises sheet steel inner shell covered with a composite material Download PDF

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Abstract

The pressurized gas tank, with an internal diameter of about 350 mm and a length of 1400 mm, comprises an inner shell (1) of stainless steel in the form of a cylinder (2) and two end domes (3). The pressurized gas tank, with an internal diameter of about 350 mm and a length of 1400 mm, comprises an inner shell (1) of stainless steel sheet about 1 mm thick in the form of a cylinder (2) and two end domes (3) with welded seams, and an outer shell (7) of a composition material. The latter consists of carbon or other wound fibres less than 1 mm in diameter, impregnated with resin. The end domes of the tank have at least one threaded connector (5, 6) welded to them.

Description

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Le secteur technique de la présente invention est celui des réservoirs destinés à contenir du gaz naturel comprimé pour équiper les véhicules automobiles.  The technical sector of the present invention is that of tanks intended to contain compressed natural gas to equip motor vehicles.

Les véhicules fonctionnant au gaz se répandent de plus en plus dans le monde et on connaît des réservoirs renfermant du gaz de pétrole liquéfié (GPL) et des réservoirs contenant du gaz naturel comprimé (GNV). Le gaz de pétrole liquéfié est généralement à une pression de 30. 105 Pa et le gaz naturel est comprimé à une pression de l'ordre de 300. 105 Pa. Les technologies utilisées dans ces deux types de réservoirs ne sont pas les mêmes.  Gas powered vehicles are becoming more common around the world and there are known tanks containing liquefied petroleum gas (LPG) and tanks containing compressed natural gas (CNG). Liquefied petroleum gas is generally at a pressure of 30. 105 Pa and natural gas is compressed to a pressure of the order of 300. 105 Pa. The technologies used in these two types of tanks are not the same.

De nombreuses réalisations de réservoirs GNV ont été proposées. Ces réservoirs sont conçus pour résister à la pression très élevée et sont le plus souvent métalliques.  Many realizations of CNG tanks have been proposed. These tanks are designed to withstand very high pressure and are most often metallic.

Ainsi, le brevet US-A-5443578 propose un réservoir métallique en acier. Il est bien connu que ces réservoirs bien que résistant à la pression sont très lourds, de l'ordre de 100 kg. Cette masse impose une étude d'implantation particulière sur le véhicule de grand tourisme car leur montage suppose un renforcement de la structure. Il réduit le nombre de passagers et la charge utile et il peut perturber le comportement routier du véhicule. Toutefois ce type de réservoir reste compétitif sur le plan du coût. Ce réservoir ne peut être utilisé que difficilement sur les véhicules de tourisme.  Thus, patent US-A-5443578 proposes a metallic steel tank. It is well known that these tanks, although resistant to pressure, are very heavy, of the order of 100 kg. This mass requires a specific layout study on the passenger vehicle because their assembly supposes a strengthening of the structure. It reduces the number of passengers and the payload and it can disrupt the road behavior of the vehicle. However, this type of tank remains cost competitive. This tank can only be used with difficulty on passenger vehicles.

Le brevet W09851962 propose d'améliorer ce genre de réservoir en prévoyant un réservoir comprenant une enveloppe interne de résistance suffisante et une enveloppe externe en nid d'abeilles. Ce réservoir est pénalisant sur le plan de l'encombrement.  The patent WO98851962 proposes to improve this kind of tank by providing a tank comprising an internal envelope of sufficient strength and an external honeycomb envelope. This tank is penalizing in terms of size.

Le document DE-19935516 décrit un réservoir constitué d'une enveloppe interne métallique et d'une enveloppe externe en matériau renforcé par des fibres. La réalisation concrète de ce réservoir n'est pas précisée. On sait aussi que ce genre de réservoir peut être fabriqué à partir de liners en aluminium monoblocs obtenus par des procédés de fluotournage et/ou repoussage. C'est donc une technologie peu répandue et le réservoir fabriqué est d'un coût prohibitif.  The document DE-19935516 describes a reservoir consisting of an internal metallic envelope and an external envelope made of material reinforced with fibers. The concrete construction of this reservoir is not specified. It is also known that this kind of tank can be made from monoblock aluminum liners obtained by flow spinning and / or spinning processes. It is therefore a technology which is not very widespread and the tank manufactured is prohibitively expensive.

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Le brevet W09412396 décrit un réservoir dont l'enveloppe interne est constituée d'un polymère et dont l'enveloppe externe est constituée par une matrice de fibres non métalliques imprégnées de résine thermodurcissable. Ce réservoir présente l'inconvénient de ne pas être complètement étanche et d'être d'un coût élevé mais l'avantage d'avoir une masse réduite.  The patent WO9412396 describes a reservoir whose internal envelope consists of a polymer and whose external envelope consists of a matrix of non-metallic fibers impregnated with thermosetting resin. This reservoir has the disadvantage of not being completely sealed and of being of high cost, but the advantage of having a reduced mass.

Le but de la présente invention est de fournir un procédé permettant de réaliser un réservoir offrant un compromis entre la masse et le coût acceptable du point de vue économique sur un véhicule de grand tourisme.  The object of the present invention is to provide a method making it possible to produce a tank offering a compromise between the mass and the economically acceptable cost on a grand touring vehicle.

L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'un réservoir pour gaz naturel comprimé destiné à un véhicule automobile, du type comportant une enveloppe interne métallique et une enveloppe externe en matériau composite extérieur, caractérisé en ce qu'on réalise l'enveloppe métallique à partir de feuilles d'acier inox comprenant un tronc cylindrique et deux calottes hémisphériques d'extrémité soudés entre eux et en ce qu'on réalise l'enveloppe externe autour de ladite enveloppe interne en matériau composite par un enroulement filamentaire.  The subject of the invention is therefore a method of manufacturing a reservoir for compressed natural gas intended for a motor vehicle, of the type comprising an internal metallic envelope and an external envelope made of external composite material, characterized in that the metallic envelope from sheets of stainless steel comprising a cylindrical trunk and two hemispherical end caps welded together and in that the outer envelope is produced around said inner envelope in composite material by a filament winding.

Selon une caractéristique de l'invention, l'enveloppe interne présente une épaisseur de l'ordre du mm.  According to a characteristic of the invention, the internal envelope has a thickness of the order of mm.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enroulement filamentaire est réalisé à partir d'un fil de carbone imprégné d'une résine du type époxy.  According to another characteristic of the invention, the filament winding is produced from a carbon wire impregnated with a resin of the epoxy type.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on rapporte par soudage deux embouts filetés à la base des calottes hémisphériques.  According to yet another characteristic of the invention, two threaded ends are attached by welding to the base of the hemispherical caps.

Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise un fil de carbone de diamètre inférieur au mm.  According to another characteristic of the invention, a carbon wire with a diameter of less than one mm is used.

L'invention concerne également un réservoir pour véhicule fonctionnant au gaz naturel comprimé, caractérisé en ce qu'il est obtenu selon le procédé.  The invention also relates to a tank for a vehicle operating on compressed natural gas, characterized in that it is obtained according to the method.

Avantageusement, le réservoir présente un diamètre interne de l'ordre de 350 mm et une longueur de 1400 mm.  Advantageously, the reservoir has an internal diameter of the order of 350 mm and a length of 1400 mm.

Un tout premier avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait que la fabrication du réservoir ne  A very first advantage of the method according to the invention lies in the fact that the manufacture of the reservoir does not

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nécessite que la mise en oeuvre de technologies classiques de soudage et de pose de filament.  requires that the implementation of conventional welding and filament laying technologies.

Un autre avantage réside dans le fait que le réservoir fabriqué peut être incorporé dans un véhicule sans modification particulière.  Another advantage lies in the fact that the manufactured tank can be incorporated into a vehicle without any particular modification.

Autres avantages ?
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une coupe de l'enveloppe métallique, et - la figure 2 est une coupe du réservoir. Other advantages ?
Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge more clearly from the description given below by way of indication in relation to the drawings in which: - Figure 1 is a section of the metal casing, and - Figure 2 is a section through the reservoir.

Sur la figure 1, on a représenté le liner 1 d'un réservoir, c'est-à-dire l'enveloppe métallique interne qui assure principalement l'étanchéité. Ce liner 1 comprend un tronc 2 de forme globalement cylindrique et deux calottes hémisphériques 3 et 4, ces trois éléments étant réalisés en acier inoxydable. Le tronc 2 est réalisé à partir d'une feuille d'acier inox d'une épaisseur de l'ordre du mm que l'on soude bord à bord longitudinalement. Les calottes 3 et 4 sont identiques et réalisées par emboutissage d'une feuille d'acier inox d'une épaisseur de l'ordre du mm. On soude ensuite les deux calottes 3 et 4 sur le tronc 2. Les calottes sont munies des embouts 5 et 6 qui peuvent être filetés. Ces embouts 5 et 6 permettent de fixer le liner 2 sur l'appareil de bobinage d'une part et d'intégrer le réservoir dans un véhicule. Un des embouts peut être creux pour communiquer avec l'intérieur du corps pour permettre le remplissage et l'alimentation du véhicule.  In Figure 1, there is shown the liner 1 of a tank, that is to say the internal metal envelope which mainly provides sealing. This liner 1 comprises a trunk 2 of generally cylindrical shape and two hemispherical caps 3 and 4, these three elements being made of stainless steel. The trunk 2 is made from a sheet of stainless steel with a thickness of the order of mm which is welded edge to edge longitudinally. The caps 3 and 4 are identical and produced by stamping a sheet of stainless steel with a thickness of the order of mm. The two caps 3 and 4 are then welded to the trunk 2. The caps are provided with end caps 5 and 6 which can be threaded. These nozzles 5 and 6 make it possible to fix the liner 2 on the winding device on the one hand and to integrate the tank in a vehicle. One of the end pieces can be hollow to communicate with the interior of the body to allow filling and feeding of the vehicle.

On voit donc tout l'intérêt d'un liner réalisé selon le procédé de l'invention. Il n'est fait appel qu'à des procédés de soudage et d'emboutissage classiques qui ne nécessitent aucune adaptation particulière de l'outil industriel. Ce liner procure un gain de masse et un volume utile plus important qu'un liner acier. Enfin, le coût de ce liner est très abordable.  We therefore see the advantage of a liner produced according to the method of the invention. It uses only conventional welding and stamping processes which do not require any particular adaptation of the industrial tool. This liner provides greater mass gain and useful volume than a steel liner. Finally, the cost of this liner is very affordable.

Sur la figure 2, on a représenté un réservoir 7 constitué du liner 1 et d'une enveloppe externe 8. Cette enveloppe 8  In Figure 2, there is shown a reservoir 7 consisting of the liner 1 and an outer envelope 8. This envelope 8

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est réalisée comme expliqué antérieurement par bobinage d'un fil de carbone imprégné d'une résine, par exemple une résine époxy. L'opération de bobinage est en elle-même classique et il n'est pas nécessaire de la décrire en détail. Le réservoir 7 est fixé sur la machine de bobinage par l'intermédiaire des embouts et cette machine est programmée de manière classique pour réaliser un enroulement satisfaisant du fil sur le liner tant au niveau du corps 2 que des calottes 5 et 6. Le fil de carbone est un fil de type connu présentant des caractéristiques classiques dans'la réalisation d'enroulés filamentaires. Sur la figure, on voit que l'enveloppe 8 est intimement liée à l'enveloppe interne et prend appui sur les embouts. Une telle réalisation permet de garantir la tenue du réservoir à une pression interne de gaz comprimé à 200. 105 Pa. Le fil utilisé est préférentiellement en carbone mais on pourrait utiliser un fil d'une autre nature par exemple un fil métallique.  is carried out as explained previously by winding a carbon wire impregnated with a resin, for example an epoxy resin. The winding operation is in itself conventional and it is not necessary to describe it in detail. The reservoir 7 is fixed to the winding machine by means of the end pieces and this machine is programmed in a conventional manner to produce a satisfactory winding of the wire on the liner both at the level of the body 2 and of the caps 5 and 6. The wire of carbon is a known type of wire having conventional characteristics in the production of filament windings. In the figure, it can be seen that the casing 8 is intimately linked to the internal casing and bears on the end caps. Such an embodiment makes it possible to guarantee the resistance of the reservoir to an internal pressure of compressed gas at 200. 105 Pa. The wire used is preferably made of carbon but one could use a wire of another nature, for example a metal wire.

Le réservoir ainsi réalisé peut présenter un diamètre interne de l'ordre de 350 mm et une longueur de 1400 mm. Sa masse est de l'ordre de 40 Kg. The reservoir thus produced may have an internal diameter of the order of 350 mm and a length of 1400 mm. Its mass is around 40 Kg.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un réservoir (7) pour gaz naturel comprimé destiné à un véhicule automobile, du type comportant une enveloppe interne (1) métallique et une enveloppe externe (8) en matériau composite, caractérisé en ce qu'on réalise l'enveloppe métallique (1) à partir de feuilles d'acier inox comprenant un tronc cylindrique (2) et deux calottes hémisphériques (3,4) d'extrémité soudés entre eux et en ce qu'on réalise l'enveloppe externe (8) autour de ladite enveloppe interne à d'aide d'un matériau composite par un enroulement filamentaire. 1. Method of manufacturing a reservoir (7) for compressed natural gas intended for a motor vehicle, of the type comprising an internal envelope (1) made of metal and an external envelope (8) made of composite material, characterized in that one realizes the metal casing (1) from sheets of stainless steel comprising a cylindrical trunk (2) and two hemispherical caps (3, 4) of end welded together and in that the external casing (8) is produced ) around said internal envelope using a composite material by a filament winding. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe interne présente une épaisseur de l'ordre du mm.  2. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the internal envelope has a thickness of the order of mm. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enroulement filamentaire constituant l'enveloppe externe (8) est réalisée à partir d'un fil de carbone imprégné d'une résine du type époxy.  3. Manufacturing method according to claim 1 or 2, characterized in that the filament winding constituting the outer envelope (8) is made from a carbon wire impregnated with a resin of the epoxy type. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on rapporte par soudage deux embouts filetés (5,6) à la base des calottes hémisphériques.  4. The manufacturing method according to claim 1 or 2, characterized in that two threaded ends (5,6) are connected by welding to the base of the hemispherical caps. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on utilise un fil de carbone de diamètre inférieur au mm.  5. The manufacturing method according to claim 4, characterized in that a carbon wire of diameter less than one mm is used. 6. Réservoir pour véhicule fonctionnant au gaz naturel comprimé, caractérisé en ce qu'il est obtenu selon le procédé conforme à l'une des revendications précédentes.  6. Tank for vehicle operating on compressed natural gas, characterized in that it is obtained according to the method according to one of the preceding claims. 7. Réservoir selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il présente un diamètre interne de l'ordre de 350 mm et une longueur de 1400 mm. 7. Tank according to claim 6, characterized in that it has an internal diameter of about 350 mm and a length of 1400 mm.
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