FR2927145A1 - Reservoir de gaz sous pression et procede de fabrication d'un tel reservoir - Google Patents

Reservoir de gaz sous pression et procede de fabrication d'un tel reservoir Download PDF

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Abstract

Réservoir de gaz sous pression comprenant une enveloppe (1) définissant un volume de stockage de gaz, l'enveloppe (1) comportant une ouverture (2) à une première de ses extrémités et un enroulement (3) filamentaire de renforcement mécanique disposé sur sa surface extérieure, le réservoir comportant un embout (4) de maintien disposé sur la surface extérieure d'une seconde extrémité de l'enveloppe (1), l'embout (4) comprenant une surface de contact (S1) en contact avec la surface extérieure de l'enveloppe (1) et une surface (S3) recouverte par l'enroulement (3) filamentaire, caractérisé en ce que le rapport (R=PS3/PS1) entre les projections (PS3, PS1) des surfaces (S3) recouverte et de contact (S1) dans un plan (P) perpendiculaire à la direction (D) normale à la surface extérieure de l'enveloppe (1) et centrée sur la surface de contact (S1) est compris entre 0,2 et 0,99 et de préférence entre 0,6 et 0,99.

Description

La présente invention concerne un réservoir de gaz sous pression et un procédé de fabrication d'un tel réservoir. L'invention concerne plus particulièrement un réservoir de gaz sous pression comprenant une enveloppe définissant un volume de stockage de gaz, l'enveloppe comprenant une ouverture à une première de ses extrémités et un enroulement filamentaire de renforcement mécanique disposé sur sa surface extérieure, le réservoir comportant un embout de maintien disposé sur la surface extérieure d'une seconde extrémité de l'enveloppe, l'embout comprenant une surface en contact avec la surface extérieure de l'enveloppe et une surface recouverte par l'enroulement filamentaire. Certains réservoirs composites sont composés classiquement d'une enveloppe plastique ou métallique (désignée généralement par le terme liner ) sur laquelle un enroulement filamentaire est réalisé (ou bobinage composite ). Ces réservoirs sont destinés au stockage de gaz haute pression (entre 200 et 1000 bar par exemple) tout en garantissant un poids moins élevé que les réservoirs entièrement métalliques. L'enveloppe plastique ou métallique assure l'étanchéité du réservoir par rapport au gaz mais ne participe peu ou pas à sa tenue mécanique. Cette tenue mécanique du réservoir est assurée par la partie composite constituée par exemple de fibre et/ou de résine. Classiquement, le dépôt des fibres et résine est réalisé par un enroulement filamentaire. C'est-à-dire que l'enveloppe du réservoir (le liner) est fixée sur un mandrin et mis en rotation, la fibre est ensuite déposée selon un angle choisi. Pour réaliser un enroulement filamentaire de bonne qualité (régularité, placement de la fibre), le réservoir doit être maintenu pendant cette opération de bobinage. Les réservoirs peuvent comporter une ouverture (pour le ou les raccords tels qu'un robinet) à une extrémité ou à deux ouvertures (une ouverture à chaque extrémité). Lorsque le réservoir comporte deux ouvertures, il est maintenu au niveau des deux ouvertures avec des systèmes d'accroche qui ne perturbent pas l'enroulement. Si le réservoir ne comporte qu'une ouverture, il est là encore maintenu au niveau de l'ouverture mais il peut également être nécessaire de le maintenir au niveau de l'autre extrémité close ce qui peut interférer avec le procédé d'enroulement et la qualité du renfort du réservoir ainsi obtenu.
Pour faciliter l'enroulement des réservoirs à une seule ouverture, on connaît diverses solutions. Ainsi, il est connu d'utiliser un embout ou contre-pointe sur l'extrémité close de l'enveloppe pour maintenir cette dernière lors du bobinage. Dans les bouteilles actuelles, la zone autour de la contrepointe est en général comblée avec de la résine afin d'obtenir une surface lisse. Par ailleurs, les dômes des cylindres sont en général plus épais que la partie cylindrique. Le document US5287987 décrit un réservoir muni de contrepointes ou embouts à ses extrémités. Dans les procédés connus, le processus d'enroulement filamentaire au niveau de l'embout crée une zone fragile. En effet, la demanderesse a constaté que pour des niveaux de pression très élevés (par exemple 700bar ou au-delà), la contrepointe peut être éjectée à des niveaux de pression plus faibles que ceux pour lesquels le réservoir est dimensionné. L'éclatement du réservoir se produit alors au niveau du fond du réservoir. La norme EN12245, qui peut être utilisée pour l'homologation des réservoirs, stipule par ailleurs que la rupture doit être initiée dans la partie cylindrique du réservoir. Le document WO2007114681A1 décrit une autre solution pour le maintien de l'enveloppe pendant le bobinage au moyen de guides insérés à l'intérieur du réservoir. Cette solution n'est pas satisfaisante car trop complexe et modifie la géométrie interne du réservoir. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le rapport entre les projections des surfaces recouverte et de contact dans un plan perpendiculaire à la direction normale à la surface extérieure de l'enveloppe et centrée sur la surface de contact est compris entre 0,2 et 0,99 et de préférence entre 0,6 et 0,99.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'embout de maintien a, en section verticale, la forme générale d'un T inversé, l'extrémité supérieure ou tête du T étant disposée sur la surface extérieure de l'enveloppe et étant recouverte par l'enroulement filamentaire, - ladite surface recouverte comporte une portion sensiblement parallèle à la surface extérieure de l'enveloppe et sensiblement parallèle à la surface de contact, - l'embout comprend une surface supérieure non recouverte par l'enroulement filamentaire, - au moins une partie de la surface recouverte de l'embout comporte des variations de hauteurs tels que : des rugosités ou des crénelages formant des éléments d'accrochage coopérant avec l'enroulement filamentaire, - l'embout de maintien est constitué de l'un au moins des matériaux suivants : du métal tel que de l'acier ou un alliage d'aluminium ; du plastique ; du matériau composite, - l'embout de maintien a la forme générale d'un disque dont la surface inférieure concave est en contact avec l'enveloppe, la surface supérieure de l'embout et convexe et de préférence courbe et comporte une proéminence centrale définissant une surface supérieure limitée non recouverte par l'enroulement filamentaire.
Un autre but est de proposer un procédé de fabrication d'un réservoir de gaz sous pression. A cet effet, un mode de réalisation concerne un procédé de fabrication d'un réservoir de gaz sous pression comprenant une étape de bobinage d'un enroulement filamentaire sur une enveloppe définissant un volume de stockage de gaz, lors du bobinage l'enveloppe étant maintenu d'une part au niveau d'une première extrémité comportant une ouverture et, d'autre part, au niveau d'une seconde extrémité close au moyen embout disposé sur l'enveloppe, lors du bobinage l'embout étant au moins partiellement recouvert par l'enroulement, l'embout comprenant une surface de contact en contact avec la surface extérieure de l'enveloppe et une surface destinée à être recouverte par l'enroulement filamentaire, caractérisé en ce que le rapport (R=PS3/PS1) entre les projections des surfaces destinée à être recouverte et de contact dans un plan de projection perpendiculaire à la direction normale à la surface extérieure de l'enveloppe et centrée sur la surface de contact est compris entre 0,2 et 0,99 et de préférence entre 0,6 et 0,99. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute autre combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-5 dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures d'exemples de réalisation non limitatif : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale, schématique et 10 partielle, d'un réservoir selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en perspective illustrant un exemple de réalisation d'un embout de maintien selon l'invention, - la figure 3 représente une vue de côté de l'embout de la figure 2, - la figure 4 représente une vue en coupe verticale selon la ligne AA de la 15 figure 3. La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation possible et non limitatif d'un réservoir de gaz sous pression selon l'invention. Le réservoir comprend classiquement une enveloppe 1 (par exemple en plastique ou en métal et de forme générale cylindrique) ayant une unique 20 ouverture ou orifice 2. L'autre extrémité (close) de l'enveloppe 1 comprend un embout 4 de maintien prévu pour l'opération de bobinage d'un enroulement de renforcement sur la surface extérieure de l'enveloppe. L'enroulement 3 filamentaire est réalisé sur la surface extérieure de l'enveloppe 1. 25 L'embout 4 comprend une surface de contact S1 en contact avec la surface extérieure de l'enveloppe 1 et une surface S3 recouverte par l'enroulement 3 filamentaire. On considère un plan P (ou des plans) perpendiculaire à la direction D axe de symétrie de l'embout 4 confondu avec l'axe de symétrie de l'enveloppe. On 30 projette dans ce plan P : -la surface S3 recouverte, et - la surface de contact S1. On obtient deux surfaces projetées (respectivement PS3 et PSI ).
Selon une particularité avantageuse, le rapport R=PS3/PS1 entre les projections PS3 (de la surface recouverte) et PSI (de la surface de contact) est compris entre 0,2 et 0,99 et de préférence entre 0,6 et 0,99 Encore plus préférentiellement le rapport R=PS3/PS1 entre les projections PS3 (de la surface recouverte) et PSI (de la surface de contact) est compris entre 0,8 et 0,99 L'embout 4 ainsi défini participe non seulement à l'efficacité de mise en oeuvre du procédé de bobinage (en permettant un maintien adéquat), mais concourt également à renforcer structurellement la bouteille par rapport aux solutions antérieures.
En effet, l'embout 4 permet de contribuer à l'opération d'enroulement filamentaire, en supportant le réservoir avec la contre-pointe, tout en introduisant un renfort mécanique localisé. De préférence, l'embout 4 de maintien a la forme générale d'un disque dont la surface inférieure S1 concave et épouse sensiblement la surface extérieure de l'enveloppe 1. La surface supérieure de l'embout 4 est convexe et de préférence sphérique (avec un rayon de courbure inférieur à celui de la surface S1 inférieure de contact). La surface supérieure de l'embout 4 comporte en son centre une proéminence centrale définissant une surface S2 supérieure limitée qui n'est pas recouverte par l'enroulement 3 filamentaire (et permet un appui lors du bobinage). La surface S2 peut être plane ou creuse. Préférentiellement, la surface est creuse afin de garantir le centrage du réservoir lors du bobinage. Ainsi, en section selon l'axe longitudinale de symétrie du réservoir, l'embout 4 a la forme générale d'un T inversé, l'extrémité supérieure ou tête du T étant disposée sur la surface extérieure de l'enveloppe 1 et étant recouverte par l'enroulement 3. En vue de dessus l'embout 4 a, par exemple, la forme générale d'un disque et l'enroulement 3 vient recouvrir ce disque sur une zone périphérique formant un rebord en d'anneau et ayant une surface relativement importante par rapport à la surface totale du disque formé par l'embout 4 (figures 1 à 4). De préférence, les transitions entre la surface de contact S1 et la surface recouverte S3 sont progressives (courbures) mais il est possible d'envisager des transitions avec des angles ou arrêtes vives.
De préférence également, une partie de la surface S3 recouverte de l'embout 4 comporte des variations de hauteurs tels que : des rugosités ou crénelages ou un traitement de surface (dépolissage) formant des éléments d'accrochage favorisant la cohésion avec l'enroulement 3 filamentaire.
L'embout 4 de maintien peut être réalisé en tout matériau ou combinaison de matériaux appropriés (métal tel que de l'acier ou un alliage d'aluminium ; du plastique, du matériau composite...). L'invention s'applique de préférence, mais sans que ce soit limitatif, aux réservoirs dont l'enveloppe comporte un unique orifice.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Réservoir de gaz sous pression comprenant une enveloppe (1) définissant un volume de stockage de gaz, l'enveloppe (1) comportant une ouverture (2) à une première de ses extrémités et un enroulement (3) filamentaire de renforcement mécanique disposé sur sa surface extérieure, le réservoir comportant un embout (4) de maintien disposé sur la surface extérieure d'une seconde extrémité de l'enveloppe (1), l'embout (4) comprenant une surface de contact (S1) en contact avec la surface extérieure de l'enveloppe (1) et une surface (S3) recouverte par l'enroulement (3) filamentaire, caractérisé en ce que le rapport (R=PS3/PS1) entre les projections (PS3, PSI) des surfaces (S3) recouverte et de contact (S1) dans un plan (P) perpendiculaire à la direction (D) normale à la surface extérieure de l'enveloppe (1) et centrée sur la surface de contact (S1) est compris entre 0,2 et 0,99 et de préférence entre 0,6 et 0,99.
2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embout (4) de maintien a, en section verticale, la forme générale d'un T inversé, l'extrémité supérieure ou tête du T étant disposée sur la surface extérieure de l'enveloppe (1) et étant recouverte par l'enroulement (3) filamentaire.
3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite surface (S3) recouverte comporte une portion sensiblement parallèle à la surface extérieure de l'enveloppe (1) et sensiblement parallèle à la surface de contact (S1).
4. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'embout (4) comprend une surface (S2) supérieure non recouverte par l'enroulement (3) filamentaire.
5. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface (S3) recouverte de l'embout (4) comporte des variations de hauteurs tels que : des rugosités ou des crénelages formant des éléments d'accrochage coopérant avec l'enroulement (3) filamentaire.
6. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'embout (4) de maintien est constitué de l'un au moins des matériaux suivants : du métal tel que de l'acier ou un alliage d'aluminium ; du plastique ; du matériau composite.
7. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'embout (4) de maintien a la forme générale d'un disque dont la surface inférieure concave (Si) est en contact avec l'enveloppe (1), la surface supérieure de l'embout (4) et convexe et de préférence courbe et comporte une proéminence centrale définissant une surface (S2) supérieure limitée non recouverte par l'enroulement (3) filamentaire.
8. Procédé de fabrication d'un réservoir de gaz sous pression comprenant une étape de bobinage d'un enroulement (3) filamentaire sur une enveloppe (1) définissant un volume de stockage de gaz, lors du bobinage l'enveloppe (1) étant maintenu d'une part au niveau d'une première extrémité comportant une ouverture (2) et, d'autre part, au niveau d'une seconde extrémité close au moyen embout (4) disposé sur l'enveloppe (1), lors du bobinage l'embout (4) étant au moins partiellement recouvert par l'enroulement (3), l'embout (4) comprenant une surface de contact (Si) en contact avec la surface extérieure de l'enveloppe (1) et une surface (S3) destinée à être recouverte par l'enroulement (3) filamentaire, caractérisé en ce que le rapport (R=PS3/PS1) entre les projections (PS3, PSI) des surfaces (S3) destinée à être recouverte et de contact (Si) dans un plan (P) de projection perpendiculaire à la direction (D) normale à la surface extérieure de l'enveloppe (1) et centrée sur la surface de contact (Si) est compris entre 0,2 et 0,99 et de préférence entre 0,6 et 0,99.
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