FR2949840A1 - Reservoir, notamment pour gaz sous pression, et procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un réservoir (1), notamment pour gaz sous pression, ledit réservoir (1) comportant au moins un liner (2) définissant une chambre de stockage (3), au moins une structure de renfort (4) entourant ledit liner (2), et au moins un embout (5) permettant le remplissage et le vidage de ladite chambre de stockage (3), ladite structure de renfort (4) étant construite de manière à présenter un rapport de déformation φ supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à 0.2, ledit rapport de déformation φ correspondant au rapport de la déformation longitudinale εz de ladite structure de renfort (4) divisée par la déformation circonférentielle εθ de ladite structure de renfort (4) .

Description

La présente invention concerne un réservoir, notamment pour gaz sous pression, ce réservoir comportant un liner définissant une chambre de stockage, une structure de renfort entourant le liner, un embout permettant le remplissage et le vidage de la chambre de stockage. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel réservoir. Dans le cadre de la recherche de sources d'énergie alternatives aux énergies fossiles, certains gaz et en particulier l'hydrogène, non polluant et dont le pouvoir calorifique est élevé, s'annonce être un vecteur d'énergie particulièrement prometteur. Les gaz sont couramment transportés, comprimés dans des réservoirs le plus souvent cylindriques, ces réservoirs étant fermés par des dômes pourvus ou non chacun d'un embout. Pour résister aux fortes pressions des gaz contenus, ces réservoirs comportent généralement un liner logé dans une structure de renfort réalisée en matériau composite. Les réservoirs peuvent ainsi être de plusieurs types, soit totalement métallique (Type I), soit à liner métallique recouvert d'une couche de composite sur la partie centrale (Type II), soit liner métallique totalement recouvert de composite (Type III), soit à liner polymère recouvert de composite (Type IV). Dans le dernier cas (Type IV), le liner polymère est raccordé à un ou deux embouts métalliques. Un des problèmes rencontrés par les réservoirs de gaz comprimé est leur poids. Pour répondre à ce problème, la publication EP 0 582 501 décrit un procédé de fabrication d'un réservoir métallique qui se veut résistant et capable de supporter des pressions élevées, pour un poids unitaire MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB - 2 - faible. Au cours de ce procédé on remplit les parties externes creuses d'un tube ondulé au moyen d'une résine armée de fibres que l'on stabilise. Dans cette configuration de départ, la résine forme ainsi des anneaux de renfort. On étire ensuite le tube puis on stabilise sa longueur par un traitement thermique. Dans cette configuration allongée, les anneaux de renfort sont dimensionnellement inchangés par rapport à la configuration de départ et donc décollés du tube ondulé. On insère dans le tube ondulé une gaine interne formant une enceinte pourvue d'au moins une ouverture obturée de manière étanche par exemple au moyen d'une vanne. On glisse l'ensemble (tube ondulé et gaine interne) dans un tube que l'on place dans une presse dont les outils ont un profil correspondant à la forme finale souhaitée pour le réservoir. On remplit l'enceinte de liquide sous pression. On applique ensuite une pression sur l'ensemble de manière à raccourcir le réservoir. L'augmentation de pression du liquide contenu dans l'enceinte, qui résulte du raccourcissement du réservoir, force l'enceinte à se dilater en dehors des zones de résistance constituées par les anneaux de renforts. Par périodes successives de mise en pression, on déforme ainsi l'enceinte jusqu'à l'obtention de la forme souhaitée. A la fin de ces opérations successives de mise en pression, le tube ondulé a repris sa longueur initiale. On retire les anneaux de renfort, le réservoir final ainsi obtenu est constitué de l'enceinte déformée et du tube ondulé, imbriqués l'un dans l'autre. Malgré les avantages qu'il semble présenter, le réservoir de type I ne convient néanmoins pas à des pressions supérieures à 300 bars. Aussi, pour favoriser la légèreté et une bonne résistance à la pression du réservoir, on utilise souvent des réservoirs de types III ou IV qui s'avèrent plus légers pour une résistance mécanique supérieure. Pour ces deux MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB - 3 - types de réservoirs, la fonction des liners métallique et polymère est limitée à celle de former une barrière étanche au gaz. La demande internationale de brevet WO 99/49 262 décrit un réservoir de fluide sous pression de type III. Ce réservoir présente une forme extérieure polyédrique apte à être logée dans des coffres d'automobiles. Les parois de ce réservoir se composent d'une structure de renfort externe réalisée en matériau métallique et d'une peau interne réalisée en matériau compact. La structure de renfort et la peau interne sont séparées par une âme en matériau poreux, d'épaisseur variable de sorte que la paroi présente une épaisseur minimale au voisinage des angles et une épaisseur maximale dans leur partie médiane. Les parois présentent chacune une forme curviligne, paraboloïdale ou ellipsoïdale en contact avec le fluide sous pression, créant un effet de voûte de la paroi interne et optimisant la tenue mécanique du réservoir. Cependant, la pression et en particulier les variations de cette pression durant la vie du réservoir, font subir aux liners métalliques des sollicitations mécaniques décrites ci-après pour lesquelles il est mal approprié. La structure de renfort est apte à encaisser des pressions très importantes et à rester élastique sous l'effet de ces fortes pressions. Une fois que la pression diminue, la structure de renfort revient à son état non comprimé initial. Pendant ces mises en pression, le liner est plaqué contre la structure de renfort et a tendance à se plastifier si bien que lors de la diminution de la pression et du retour de la structure de renfort vers son état initial, le liner subit la contrepression de la structure de renfort ce qui provoque sa rupture par micro flambage. Le liner métallique de ce type de réservoirs est donc sensible à la fatigue et développe souvent, de manière rapide, des fissurations, en particulier quand il est MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB 2949840 - 4 - utilisé pour des hautes pressions. Pour les réservoirs de type IV, la liaison entre l'embout métallique et le liner polymère constitue une zone de jonction particulièrement fragile notamment lors des 5 sollicitations répétées. Cette zone de jonction est source de problèmes de fiabilité, importants à long terme. Ces problèmes sont particulièrement sensibles pour les réservoirs d'hydrogène soumis à des pressions élevées. De plus, lorsque l'hydrogène est utilisé comme carburant d'un 10 véhicule à moteur, ces problèmes sont renforcés par la fréquence importante des cycles de mise en pression et les changements de température. Il semble donc y avoir incompatibilité entre l'optimisation du poids d'un réservoir et l'obtention de 15 résistances mécaniques satisfaisantes pour le stockage à haute pression d'un gaz en particulier quand les cycles de mise en pression sont régulièrement répétitifs. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un réservoir et un procédé de 20 fabrication de ce réservoir, ledit réservoir combinant un poids modéré pour des performances mécaniques importantes et durables, en particulier une bonne tenue à la fatigue lors de mises sous pression répétées. L'invention concerne un réservoir, notamment pour gaz 25 sous pression, ce réservoir comportant au moins un liner définissant une chambre de stockage, au moins une structure de renfort entourant le liner, et au moins un embout permettant le remplissage et le vidage de la chambre de stockage. Le réservoir selon l'invention est remarquable en 30 ce que la structure de renfort est construite de manière à présenter un rapport de déformation cp supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à 0.2, le rapport de déformation cp correspondant au rapport de la déformation longitudinale sz de la structure de renfort divisée par la déformation MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB - 5 - circonférentielle s0 de la structure de renfort. On s'assure ainsi que les déformations de la structure de renfort soient limitées. En effet, le rapport de déformation 9 étant proche de zéro, il y a équilibre au niveau de la réaction de la structure de renfort face aux efforts qui tendent d'une part à l'allonger et ceux qui tendent d'autre part à la raccourcir en augmentant sa circonférence. La construction d'une structure de renfort ayant un rapport de déformation 9 proche de zéro permet en outre d'obtenir des structures de renfort de poids optimisé. En effet, aucun surplus de matière et donc de poids n'est nécessaire pour garantir la tenue mécanique de cette structure de renfort. De manière préférentielle, la structure de renfort 15 est construite de sorte que le rapport de déformation 9 soit inférieur ou égal à 0,1. Le liner comporte avantageusement un profil déformé selon au moins deux directions sensiblement perpendiculaires et apte à se déployer sous l'effet de la 20 pression dans la chambre de stockage. Le liner est ainsi plus à même de résister dans le temps aux cycles de mise sous pression. De plus le liner selon l'invention permet en outre d'obtenir un réservoir de poids optimisé. En effet, aucun surplus de matière et donc de poids n'est nécessaire 25 pour garantir la tenue mécanique de ce liner. Le profil déformé comporte de préférence au moins une ondulation longitudinale linéaire et une pluralité d'ondulations circonférentielles linéaires. Le liner peut ainsi se déployer dans toutes les directions de déformation 30 auxquelles la structure de renfort est soumise. On entend par ondulation linéaire une ondulation qui s'étend en longueur et qui n'est pas limitée à une déformation locale formant un pic.
MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB 2949840 - 6 - Le réservoir comporte avantageusement au moins une zone de compression prévue au moins au niveau de l'amplitude maximale de l'ondulation longitudinale, dans lesdites ondulations circonférentielles. Cette zone de 5 compression est apte à se comprimer et à transmettre à la structure de renfort, de manière homogène, la pression qu'elle subit du liner. Cette zone de compression comporte de préférence un matériau mou compressible, présentant un module élastique 10 inférieur ou égal à 5000 MPa et une dureté comprise entre 20 shore A et 90 shore D bornes incluses, ce matériau mou étant par exemple choisi dans le groupe comprenant au moins du caoutchouc, un élastomère, un polymère, une mousse syntactique ou tout autre matériau adapté, une poche de gaz, une poche de liquide, ces poches pouvant être réalisées en polymère ou en élastomère, ou toute combinaison. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un réservoir, notamment pour gaz sous pression, le réservoir comportant au moins, un liner définissant une chambre de stockage, au moins une structure de renfort entourant le liner, et au moins un embout permettant le remplissage et le vidage de la chambre de stockage. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce l'on construit la structure de renfort de manière à ce qu'elle présente un rapport de déformation cp supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à 0.2, le rapport de déformation cp correspondant au rapport de la déformation longitudinale cz de la structure de renfort divisée par la déformation circonférentielle 8e de la structure de renfort. Selon un premier mode de réalisation du liner, on utilise un tube cylindrique auquel on fait subir au moins une déformation plastique de manière à former une pluralité
MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CL/CB - 7 - d'ondulations circonférentielles et au moins une ondulation longitudinale. Selon un second mode de mise de réalisation du liner, on utilise une tôle ondulée présentant une pluralité d'ondulations, on forme un manchon en ramenant les côtés de la tôle l'un vers l'autre de sorte à ce que les ondulations forment les ondulations circonférentielles, on aboute les côtés du manchon, on fixe un dôme à chaque extrémité longitudinale du manchon. L'invention non limitatif, lesquels : - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, selon la ligne de coupe BB de la figure 4, d'un réservoir selon l'invention, cette figure illustrant le liner et la structure de renfort; - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale, selon la ligne de coupe AA de la figure 4, d'un réservoir selon l'invention, cette figure illustrant notamment la zone de compression prévue entre le liner et la structure de renfort; - La figures 3 est une vue en perspective du liner du réservoir des figures 1 et 2 ; - La figure 4 est une vue en coupe axiale, selon la ligne de coupe CC des figures 1 et 2, du réservoir selon l'invention ; - La figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale du liner du réservoir selon l'invention sur lequel l'ondulation longitudinale du liner a été représentée de manière accentuée ; - La figure 6 est une vue schématique en coupe axiale du liner selon la ligne de coupe DD de la figure 5 ; - La figure 7 est une vue schématique en coupe axiale MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB manchon et on déforme la zone médiane du
est décrite ci-après, à titre d'exemple en référence aux dessins annexés sur 2949840 -8- du liner selon la ligne de coupe EE de la figure 5. La présente invention est destinée à améliorer la résistance à la fatigue de réservoirs destinés notamment à contenir du gaz sous pression, par exemple de l'hydrogène, 5 tout en limitant le poids de ces réservoirs. Ce type de réservoirs est soumis à des remplissages, mises sous pression et vidages répétés qui, à la longue, provoquent des fissures de fatigue. En référence aux figures 1 et 2, le réservoir 1 selon 10 l'invention comporte une partie centrale sensiblement cylindrique fermée latéralement de part et d'autre par des dômes. Le réservoir 1 comporte un liner 2 définissant une chambre de stockage 3 dans laquelle un gaz sous pression peut être contenu. Le liner 2 est entouré d'une structure 15 de renfort 4 pourvue, au niveau de l'un des dômes, d'un embout 5 permettant le remplissage en gaz et le vidage de la chambre de stockage 3. A cet effet, l'embout 5 peut être équipé d'une vanne, d'un robinet, d'un tuyau vissé ou soudé (non représentés) ou de tout autre moyen de connexion 20 adapté. Le liner 2 est par exemple réalisé en métal. La structure de renfort 4 se présente sous la forme d'un manchon, sensiblement cylindrique. Elle est par exemple réalisée dans un matériau composite obtenu par enroulement filamentaire de couches composites 25 unidirectionnelles, dont les fibres sont orientées dans un même sens. Chaque couche est orientée par rapport à l'axe longitudinal du réservoir 1 d'un angle de bobinage O. On utilise de préférence des fibres longues qui assurent une meilleure résistance face aux déformations successives et 30 répétitives, par exemple des fibres de verre ou de carbone liées entre elles par une résine. On obtient ainsi une structure de renfort légère présentant une masse volumique de l'ordre de 1.3 à 2.2 g/cm3. MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE_CL/CB 20 25 - 9 - Lorsque le réservoir 1 est rempli d'un gaz sous pression, le liner 2 se tend sur la structure de renfort 4 et l'ensemble des couches constituant cette structure de renfort 4 sont sollicitées.
La déformation, subie par une couche du matériau composite formant la structure de renfort 4, peut s'exprimer en fonction de la contrainte subie par cette couche par la relation suivante : E=Sa dans laquelle : E désigne les déformations du plan moyen de la couche S désigne la matrice mathématique de souplesse de la couche a désigne la contrainte subie par la couche En développant cette relation on obtient la relation matricielle suivante : 1 1 / E1 -v21 / E2 -v21 / E2 0 0 0 61 E2 -v12 / E1 1 / E2 -v23 / E2 0 0 0 62 3 -v13 / E1 -v23 / E2 1 / E2 0 0 0 63 4 0 0 0 1/G23 0 0 64 E5 0 0 0 0 1/G12 0 65 E6 0 0 0 0 0 1/G12 05 dans laquelle : E désigne Ei désigne Gi7 désigne Vil désigne a désigne ei désigne du réservoir 1 pour la 1ème couche 1_3 désignent les axes d'anisotropie de la couche, l'axe 1 étant l'axe des fibres, les indices 1, 2, 3, 4, 5 et 6, utilisés pour les contraintes ou MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB les déformations du plan moyen de la couche le module de Young de la couche le module de cisaillement de la couche le coefficient de Poisson de la couche la contrainte subit par la couche l'angle entre les fibres et l'axe longitudinal 2949840 - 10 - les déformations, font référence au notation de Voigt On peut également introduire la raideur de manière à 5 obtenir la relation suivante : C = S-1 Cs=o- dans laquelle : C désigne la matrice mathématique de raideur de la couche 10 S désigne la matrice mathématique de souplesse de la couche Dans le cas correspond à celuides contraintes planes, cas qui d'une couche individuelle, cette 15 expression mathématique peut être réduite et s'exprimer au moyen de la relation matricielle suivante : g, S 11 S12 0 - g2 S12 S22 0 6 0 0 $66 _ g3 = S130-1+S230-2 65 = 64 = 0 En introduisant la rigidité réduite, on obtient la 20 relation matricielle suivante : Q11 Q12 Q12 Q22 0 0 25 dans laquelle : désigne la rigidité réduite selon les axes d'anisotropie de la couche : _ E1 v12E2 _ V21E1 Q11 ' 1-V12 V21 Q12 1-V12 V21 1 - V12 V21 Q22 = E2 ; Q66 = G12 1-v12V21 MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB Qi; - 11 - Au moyen de la relation ci-après, on peut changer de repère pour exprimer la matrice mathématique de raideur dans les axes du réservoir 1 et obtenir la relation matricielle suivante : E1 E2 66 6z = [7-8] . EB Yezcos2 6; sine B; sin9cos6; sine B; cos2 B; -sin B; cos B; -2 sin B; cos 8; 2sin6; cos 0; cos2 B; -sine B; dans laquelle : TE désigne la matrice mathématique de transformation des déformations de la couche les déformations longitudinales du plan moyen de la couche les déformations circonférentielles du plan moyen de la couche la déformation de cisaillement dans le plan de la couche l'angle de la ième couche entre les fibres et l'axe longitudinal du réservoir 1 Pour la couche i, la relation entre les contraintes et les déformations peut s'écrire de la façon suivante : lez 6'z ue [Ta1>[Te] Ee 6ez , Yez 20 ou comme suit : 6z Ez 6e = Qe. Ee 6ez , Yez dans lesquelles : Qei désigne la rigidité circonférentielle réduite dans le plan moyen 25 az désigne les contraintes longitudinales subies par la couche dans le plan moyen ae désigne les contraintes longitudinales subies par la couche dans le plan moyen MAHYTI-FR-1 _TEXTE DEPOSE_CL/CB sz désigne Ee désigne
yez désigne 15 ei désigne
- 12 - ez désigne les déformations longitudinales de la couche dans le plan moyen se désigne les déformations circonférentielles de la couche dans le plan moyen Dans le cas du réservoir 1 selon l'invention, la rupture par fatigue du liner est provoquée par le développement de fissures parallèles à l'axe longitudinal du réservoir 1, en particulier dans la partie cylindrique du réservoir 1, partie dans laquelle la structure de renfort 4 supporte l'essentiel de la pression. Pour une couche i, la relation entre les contraintes et les déformations peut donc s'exprimer de la façon suivante : =Q0, ez go roz dans laquelle :
désigne la contrainte de cisaillement de la couche désigne la déformation de cisaillement de la couche désigne la matrice mathématique de raideur réduite de
la couche i dans les axes du réservoir 1 La structure de renfort 4 présente des raideurs qui dépendent donc de l'épaisseur d'enroulements filamentaires et de l'orientation des plis par rapport à l'axe longitudinal du réservoir 1. 25
Nz = f o dr, NB = f 6Bdr, Nze = f 6zedr, _~ e2 _,/ +/ +2 +y MZ = f 6zrdr, M9 = f 6Brdr, Mze = f 6zerdr MAHYTI-FR-1 TEXTE DÉPOSE CL/CB 6ez Yez Q9, 5 - 13 - Grâce à la théorie des stratifiés, les déformations circonférentielle et axiale de la structure de renfort 4 peuvent être exprimées en fonction des efforts généralisés définis par les relations suivantes : +e2 +/ +/ Nz = f azdr, NB = f uodr, Nze = f azedr, _e2 _e2 _e2 +2 +e2 Mz = f o-zrdr, M9 = f arerdr, Mze = f 6zerdr et par la relation matricielle suivante : Nz A11 Al2 A16 I B11 B12 B16 o ° NB Al2 A22 A26 B12 B22 B26 se 0 Nze A 16 A26 A66 B16 B26 B66 ze Mz B11 B12 B16 D11 D12 D16 pz MB B12 B22 B26 D12 D22 D26 Pe Mz6 B16 B26 B66 1 D16 D26 D66 Pzo - 10 ou en condensant les notations comme suit : [N HA B co M B D p dans laquelle : N désigne les forces généralisées encaissées par la structure de renfort 4 15 M désigne les moments généralisés encaissés par la structure de renfort 4 co désigne les déformations de la structure de renfort du plan moyen 4 P désigne la courbure de la structure de du plan moyen 20 renfort 4 Chacune des données N et M a trois composantes A, B, D, matrices mathématiques (3x3) des raideurs apparentes précédemment décrites et qui peuvent s'exprimer au moyen 25 des relations suivantes : MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE_CL/CB 2949840 - 14 - n Ail = [Qk1A1(rl -ri-l) t=~ B~ = 2 [Q~,o.1(112 - ri2-1 ) t=1 1 D k i = 1 Q,,4 (r3 t ù r3-1) 1=1 dans lesquelles : ri désigne le rayon moyen de la couche i. L'épaisseur de la couche i s'exprime donc comme suit : (r= -r-l) ri_1 désigne le rayon moyen de la couche i-1. 04,0, désigne les composantes d'indice k et j de la matrice mathématique de raideur réduite de la couche i exprimé dans les axes du réservoir 1 Les efforts subis par la structure de renfort 4 étant uniquement dus à la pression interne du gaz contenu dans le réservoir 1, les moments généralisés M encaissés par la structure de renfort 4 peuvent être négligés. De plus, de par la géométrie cylindrique de la structure de renfort 4, la déformation de cisaillement est nulle. Aussi, les efforts normaux que la structure de renfort 4 encaisse sont connus et s'expriment par la relation matricielle suivante : N = P(R; + Re ) Z 4 P(R; + Re ) _Ne = 2Azz Aze sZ Aze Aee go dans laquelle : Nz désigne les forces longitudinales encaissées par la structure de renfort 4 Ne désigne les forces circonférentielles encaissées par la structure de renfort 4 MAHYT1 -F R-1 TEXTE DEPOSE CUCB - 15 - P désigne la pression du gaz à l'intérieur de la structure de renfort 4
RI désigne le rayon intérieur de la structure de renfort 4
Re désigne le rayon extérieur de la structure de renfort 4 L'épaisseur e de la structure de renfort 4 peut s'exprimer comme suit :
e=(Ri-Re)
Am désigne la composante de la longitudinale de la matrice mathématique des raideurs apparentes de la structure de renfort 4 Aze désigne la composante de couplage longitudinale et circonférentielle de la matrice mathématique
des raideurs apparentes de la structure de renfort 4 A8e désigne la composante circonférentielle de la matrice mathématique des raideurs apparentes de la structure de renfort 4 sz désigne les déformations longitudinales de structure de renfort 4 se désigne les déformations circonférentielles de la structure de renfort 4 Il s'en suit, l'expression suivante des déformations longitudinale et circonférentielle de la structure de renfort 4 : _ ABB - 2AZ9 P(R; + Re ) eZ AzzAee _ AZe 4 _ 2Azz -AZ9 P(R; + Re) se A2A88 _AZe 4 MAHYT7-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB - 16 - D'où il découle l'expression suivante : sZ A99 û 2Az9 se 2Azz û Az9 dans laquelle : cp désigne le rapport de déformation de la structure de renfort 4
Il ressort de ce qui précède que le rapport de déformation cp dépend des matériaux composites utilisés et des angles de bobinage 0i. En fabriquant la structure de renfort 4 de manière à ce que le rapport de déformation cp soit supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à 0.2, et de préférence inférieur ou égal à 0.1, on s'assure que, sous l'effet de la pression du gaz contenu dans le réservoir 1, la structure de renfort 4 équilibre les efforts qu'elle subit et qui tendent d'une part à l'allonger, d'autre part à la raccourcir en augmentant sa circonférence. Ainsi, la déformation dans le sens axial du réservoir 1 de la structure de renfort 4 est limitée.
Les épaisseurs de la structure de renfort 4 et donc le nombre de couches successives sont calculées en fonction du coefficient de sécurité appliqué entre la pression de service et la pression limite d'explosion. A titre d'exemple, pour une structure de renfort 4 dont les couches sont croisées avec des angles de bobinage 0 de +/ 53.5° et -53.5° de carbone époxy on obtient un rapport de déformation cp proche de O. On évitera d'obtenir des valeurs de rapport de déformation cp négatives qui conduiraient à un raccourcissement axial de la structure de renfort 4 lorsqu'elle est soumise à la pression du gaz qu'elle contient. La structure de renfort 4 ainsi obtenue présentera, dans sa partie cylindrique intérieure, un rayon intérieur Ri sur une longueur Lo. MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CL'CB 2949840 - 17 - Pour l'invention on choisira une structure de renfort 4 qui assure simultanément les trois critères principaux suivants : - un rapport de déformation cp le plus petit possible 5 sans pour autant être négatif, - une résistance à l'explosion en pression interne de la structure de renfort 4 au moins égale à la pression de service multiplié par le coefficient de sécurité de la norme en vigueur, 10 - la structure de renfort 4 la plus légère possible. A titre d'exemple, le coefficient de sécurité appliqué pour les structures de renfort 4 en fibres de carbone est de 2 à 2.35 et celui pour les fibres de verre est de 3.65. On obtient ainsi un réservoir 1 présentant de hautes 15 performances mécaniques tout en étant d'un poids modéré. En référence aux figures 3 à 7, le liner 2 définit une chambre de stockage 3 s'étendant longitudinalement et apte à recevoir du gaz sous pression. Le liner 2 est par exemple réalisé en métal ce qui facilite la fixation de 20 l'embout 5. Le liner 2 présente une épaisseur sensiblement constante d'environ 1 mm ou inférieure, ou au moins inférieure à 3 mm. Dans une variante de réalisation non représentée, le liner est pourvu de deux embouts. Au niveau de sa zone médiane, qui correspond à la 25 zone sensiblement cylindrique du réservoir 1, le liner 2 comporte une ondulation longitudinale 6 linéaire qui s'étend sur une longueur Lo illustrée sur la figure 5. L'ampleur de cette ondulation longitudinale 6 est représentée de manière accentuée sur cette figure 5. Le 30 profil de cette ondulation longitudinale 6 suit une courbe douce exempte de tout angle qui compromettrait la résistance du liner 2. Au niveau de cette même zone médiane et sur la longueur Lo, le liner 2 comporte une pluralité d'ondulations MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB 15 20 2949840 - 18 - circonférentielles 7 linéaires. L'amplitude de ces ondulations circonférentielles 7 est variable sur la longueur Lo et prévue pour être maximale dans la zone médiane du réservoir 1 (Cf. figure 6) et diminuer, jusqu'à 5 s'annuler, vers les dômes (Cf. figure 7). Le profil de ces ondulations circonférentielles 7 suit une courbe douce exempte de tout angle qui compromettrait la résistance du liner 2. Les ondulations circonférentielles 7 sont régulièrement réparties sur la circonférence du liner 2 et 10 espacées d'un angle d'ondulation a lié au nombre d'ondulations circonférentielles 7. Ainsi, en fonction du nombre d'ondulations circonférentielles 7, la relation suivante permet de déterminer l'angle d'ondulation a : 360° = a; i=l
On a vu que, dans la partie cylindrique du réservoir 1, la structure de renfort 4 subissait une déformation circonférentielle Eg et une déformation axiale Ez, ces déformations étant liées par la relation suivante : Ez = CQEB dans laquelle : 9 désigne le rapport de déformation qui dépend de la pression Ainsi, sous l'action de la pression nominale de service 25 Pnom et le rapport de déformation ç étant proche de 0 on a : 0=En nom Les déformations circonférentielles se de la structure de renfort 4 varient par exemple de 0.5 à 7% pour une 30 structure de renfort 4 en fibres de verre et de 0.3 à 2% pour une structure de renfort 4 en fibres de carbone.
MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CL/CB 10 - 19 - Si bien que le rayon de la structure de renfort 4 devient, en première approximation : Rnom = Ri (1+4" Tandis que la longueur de la structure de renfort 4 5 deviendra : Lo m = Lo(l+çpsë m) On choisira alors les ondulations longitudinale 6 et circonférentielles 7 du liner 2 de sorte que :
- la longueur totale de l'ondulation longitudinale 6 Lnom soit la plus proche possible de ° ,
- l'ampleur des ondulations circonférentielles 7 Rnom soit la plus proche possible de
On choisira de plus les dimensions du liner 2 de sorte qu'au repos, le liner 2 puisse être inséré dans la
15 structure de renfort 4 dont la partie cylindrique intérieure présente Lo et un rayon intérieur Ri. Les ondulations longitudinales 6 et circonférentielles 7 permettent au liner 2 de se déformer au mieux.
Entre le liner 2 et la structure de renfort 4, le
20 réservoir 1 comporte une zone de compression 8 (visible sur les figures 2 et 4) logée dans les ondulations circonférentielles 7 et l'ondulation longitudinale 6. Cette zone de compression 8 comporte un matériau mou présentant un module élastique inférieur à 5000 MPa et une dureté
25 comprise entre 20 shore A et 90 shore D, ce matériau mou étant par exemple choisi dans le groupe comprenant au moins du caoutchouc, un élastomère, un polymère, une mousse syntactique, tout autre matériau adapté ou toute combinaison. La zone de compression 8 peut également
30 comporter une poche de gaz ou de liquide réalisée en polymère ou en élastomère. La zone de compression 8 remplie les ondulations circonférentielles 7 et longitudinale 6 de sorte que le liner 2 et cette zone de compression 8 MAHYT1-FR-1 _TEXTE DEPOSE CUCB - 20 - définissent ensemble un cylindre de rayon Ri, bien adapté à la forme cylindrique intérieure de la structure de renfort 4. On veillera à ce que cette zone de compression 8 soit compressible et puisse changer de volume sous l'effet de la pression. Ainsi, lorsque le réservoir 1 comporte un gaz sous pression, le liner 2 se déploie, comprimant le volume de la zone de compression 8 jusqu'à ce que les creux des ondulations circonférentielles 7 du liner 2 atteignent presque la structure de renfort 4. La zone de compression 8 suit le déploiement et la déformation du liner 2. Elle permet au liner 2 de se déformer de manière ample sous l'action de la pression du gaz. Le liner 2 cherche alors à adopter une forme la plus appropriée pour résister à la pression qu'il subit, cette forme correspondant à la paroi intérieure cylindrique de la structure de renfort 4. Le fait que l'on ait cherché un rapport de déformation cp proche de 0 permet de diminuer l'ondulation longitudinale 6, et donc la quantité de matériau souple prévu dans la zone de compression 8 que l'on adjoint au liner 2. La structure du réservoir 1 est ainsi plus légère. Les ondulations circonférentielles 7 et l'ondulation longitudinale 6 ainsi que la zone de compression 8 permettent au liner 2 sous pression, de se conformer et de suivre les déplacements de la structure de renfort 4 en ne transmettant que les efforts normaux à cette structure de renfort 4. On dit que le liner 2 s'adapte aux raideurs de la structure de renfort 4 de façon à ce que le liner 2 ne se déforme plus en bi-extension. La construction particulière du liner 2 qui, selon l'invention, comporte des ondulations longitudinale 6 et circonférentielles 7 dans deux directions, permet au liner 2 de travailler en flexion et non en flambage et ainsi de mieux résister aux mises en pression successives. Les ondulations longitudinale 6 et circonférentielles 7 permettent d'éviter MAHYTI-FR-1 _TEXTE DEPOSE CUCB - 21 - la dilatation longitudinale du liner 2 qui se déploie plus qu'il ne s'étire. Il n'y a donc pas d'effet de membrane. Dans une variante de réalisation non représentée, le liner est pourvu de plusieurs ondulations longitudinales consécutives. Les ondulations longitudinales ont de préférence une longueur identique, par exemple égale à la moitié de LO. Elles peuvent néanmoins avoir des longueurs différentes. De même les ondulations longitudinales ont de préférence une amplitude identique. Elles peuvent néanmoins avoir des amplitudes différentes. Dans l'exemple représenté, les ondulations circonférentielles sont rectilignes et continues sur toute la longueur LO. Ces ondulations ont de préférence un même profil et une même amplitude. Elles peuvent néanmoins avoir des profils et amplitudes différents les unes des autres. Dans une variante de réalisation non représentée, le liner peut être pourvu d'ondulations circonférentielles non continues présentant chacune une portion intermédiaire linéaire. Le liner est par exemple pourvu d'une première série d'ondulations circonférentielles prévue entre un premier dôme et la partie médiane du liner et d'une seconde série d'ondulations circonférentielles prévue entre la partie médiane du liner et le second dôme. Les ondulations circonférentielles des première et seconde séries peuvent être alignées les unes par rapport aux autres ou décalées angulairement, par exemple d'un angle égal à la moitié de l'angle d'ondulation a. De même, les ondulations circonférentielles des première et seconde séries peuvent avoir des profils et des dimensions différentes, voire même un angle d'ondulation les séparant différent. Dans une autre variante de réalisation non représentée, les ondulations circonférentielles ne sont pas rectilignes. Elles peuvent par exemple s'enrouler, à la MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB - 22 - forme d'une hélice, autour du liner. Elles peuvent également présenter des ondulations latérales. Quels que soient le mode de réalisation, le nombre et la répartition des ondulations, on veillera à ce que leur profil ne présente pas d'arête vive propice aux amorces de rupture de fatigue. Pour réaliser le liner 2 on peut partir soit d'un tube cylindrique soit d'une tôle ondulée et on procède de manière à ce que le liner obtenu ait un diamètre et une longueur lui permettant d'être inséré dans la structure de renfort 4. Dans le premier cas, on fait subir à un tube cylindrique une série de déformations plastiques de manière à former les ondulations circonférentielles 7 et l'ondulation longitudinale 6. Le tube sera, au préalable ou après déformation, obturé par des dômes pour former la chambre de stockage 3, couplés au tube par exemple par soudure. Dans le second cas, on utilise une tôle ondulée présentant déjà une pluralité d'ondulations. On rapproche les bords latéraux de la tôle l'un vers l'autre de manière à former un manchon comportant des ondulations circonférentielles 7. Ensuite, on aboute les côtés du manchon ainsi formé, par exemple par soudure et on fixe un dôme à chaque extrémité longitudinale du manchon, par exemple par soudure. On déforme la zone médiane du manchon pour former l'ondulation longitudinale 6. Dans l'exemple représenté, le réservoir n'est pourvu que d'un embout. Il est bien entendu qu'un réservoir pourvu de deux embouts peut être construit de manière similaire selon l'invention. Il ressort clairement de la description que le réservoir 1 selon l'invention permet de résister à long terme à de nombreux cycles de mise en pression, vidage tout MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB 2949840 - 23 - en ayant une structure légère. Le réservoir selon l'invention peut résister à des pressions de service élevées, de 200, 350, 700 bars voire même supérieures. Ce réservoir peut par ailleurs être fabriqué avec des moyens 5 de fabrications traditionnels connus. De manière préférentielle, on réalisera une structure de renfort adaptée à la résistance à l'explosion à respecter selon les normes définies et les critères de sécurité applicables. De même, entre deux structures de 10 renfort ayant des performances mécaniques similaires, on favorisera l'utilisation de structure de renfort légère, l'important étant que le rapport de déformation de la structure de renfort soit toujours compris entre 0 et 0.2. Il est bien entendu que l'exemple décrit n'est qu'une 15 illustration particulière et en aucun cas limitatif des domaines d'application de l'invention. L'Homme de l'art pourra apporter des aménagements de taille, de forme et de matériau à l'exemple de réalisation particulier sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
20 MAHYT1-FR-1 _TEXTE DEPOSE CE/CB

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1 - Réservoir (1), notamment pour gaz sous pression, ledit réservoir (1) comportant au moins un liner (2) définissant une chambre de stockage (3), au moins une structure de renfort (4) entourant ledit liner (2), et au moins un embout (5) permettant le remplissage et le vidage de ladite chambre de stockage (3), caractérisé en ce que ladite structure de renfort (4) est construite de manière à présenter un rapport de déformation 9 supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à 0.2, ledit rapport de déformation 9 correspondant au rapport de la déformation longitudinale sz de ladite structure de renfort (4) divisée par la déformation circonférentielle se de ladite structure de renfort (4).
  2. 2 - Réservoir (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure de renfort (4) est construite de sorte que ledit rapport de déformation 9 soit inférieur ou égal à 0,1.
  3. 3 - Réservoir (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit liner (2) comporte un profil déformé selon au moins deux directions sensiblement perpendiculaires et apte à se déployer sous l'effet de la pression dans ladite chambre de stockage (3).
  4. 4 - Réservoir (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit profil déformé comporte au moins une ondulation longitudinale (6) linéaire et une pluralité d'ondulations circonférentielles (7) linéaires. MAHYTI-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB 2949840 - 25 -
  5. 5 - Réservoir (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une zone de compression (8) prévue au moins au niveau de l'amplitude maximale de ladite ondulation longitudinale (6), dans 5 lesdites ondulations circonférentielles (7), apte à se comprimer et à transmettre à ladite structure de renfort (4), de manière homogène, la pression qu'elle subit dudit liner (2). 10
  6. 6 - Réservoir (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite zone de compression (8) comporte un matériau mou compressible, présentant un module élastique inférieur ou égal à 5000 MPa et une dureté comprise entre 20 shore A et 90 shore D bornes incluses. 15
  7. 7 - Réservoir (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau mou est choisi dans le groupe comprenant au moins du caoutchouc, un élastomère, un polymère, une mousse syntactique, une poche de gaz, une 20 poche de liquide, toute combinaison.
  8. 8 - Procédé de fabrication d'un réservoir (1), notamment pour gaz sous pression, ledit réservoir (1) comportant au moins, un liner (2) définissant une chambre 25 de stockage (3), au moins une structure de renfort (4) entourant ledit liner (2), et au moins un embout (5) permettant le remplissage et le vidage de ladite chambre de stockage (3), caractérisé en ce que l'on construit ladite structure de renfort (4) de manière à ce qu'elle présente 30 un rapport de déformation cp supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à 0.2, ledit rapport de déformation cp correspondant au rapport de la déformation longitudinale sz de ladite structure de renfort (4) divisée par la MAHYT1-FR-1 TEXTE DEPOSE CUCB- 26 - déformation circonférentielle sO de ladite structure de renfort (4).
  9. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que pour réaliser ledit liner (2), on utilise un tube cylindrique auquel on fait subir au moins une déformation plastique de manière à former une pluralité d'ondulations circonférentielles (7) et au moins une ondulation longitudinale (6).
  10. 10 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que pour réaliser ledit liner (2), on utilise une tôle ondulée présentant une pluralité d'ondulations, on forme un manchon en ramenant les côtés de ladite tôle l'un vers l'autre de sorte à ce que lesdites ondulations forment lesdites ondulations circonférentielles (7), on aboute les côtés dudit manchon, on fixe un dôme à chaque extrémité longitudinale dudit manchon et on déforme la zone médiane dudit manchon pour former ladite ondulation longitudinale (6). MAHYTI-FR-1 TEXTE DÉPOSE CUCB
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