FR3124569A1 - Bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, réservoir comportant un tel bossage et tête de réservoir correspondante - Google Patents

Bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, réservoir comportant un tel bossage et tête de réservoir correspondante Download PDF

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Bossage (4) de sortie de réservoir (1) de stockage de fluide sous pression comportant une partie centrale axiale (43) apte à traverser l’enveloppe du dit réservoir (1) et traversée lui-même par au moins un canal (8) apte à communiquer par son extrémité proximale (81) avec la chambre intérieure (5) du réservoir de stockage du fluide, une partie radiale (41) dite interne apte à le (4) solidariser avec l’enveloppe du réservoir (1), et une partie axiale (42) dite externe dans laquelle débouche l’extrémité distale (82) du canal, tel que ladite extrémité distale (82) du canal (8) est fermée suivant son axe et la partie axiale externe (42) de celui-ci comporte au moins un conduit (9) de sortie radiale du fluide communicant avec l’extrémité distale (82) du canal (8), le dit bossage (4) étant apte à recevoir directement une tête (6) de distribution du fluide.

Description

Bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, réservoir comportant un tel bossage et tête de réservoir correspondante
La présente invention a pour objet un bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, des réservoirs comportant un tel bossage et des têtes de réservoir correspondantes.
Le secteur technique de l’invention est celui de la fabrication de réservoirs de stockage de fluide, tels que des bouteilles, sous pression et même haute pression tel qu’au moins 250 bar pour du GNV (Gaz Naturel pour Véhicules) ou au moins 350 bar ou même 700 bar pour de L’hydrogène, l’enveloppe de tels réservoirs étant réalisée par moulage, bobinage ou enroulement de fibres composites, et comportant au moins un orifice de sortie et/ou d’entrée communiquant avec la chambre de stockage du fluide délimitée par l’enveloppe du réservoir.
On connaît en effet différents type de réservoirs équipés de tels orifices : on peut citer par exemple la demande de brevet de EP1234654 de la société Essef Corporation publiée le 28 février 2002 et enseignant un procédé pour fabriquer des articles creux composites thermoplastiques renforcés, tel qu’un récipient sous pression, et comportant une ouverture axiale réalisée par l’insertion, dans l’enveloppe des dits articles creux, du col d’une pièce de fixation comportant un canal taraudé et traversant cette pièce de part en part , de sorte que d’une part une portion de collet de cette pièce appuie contre la surface intérieure de l’enveloppe de l’article creux considéré et que d’autre part l’on visse, dans l’extrémité du canal taraudé débouchant à l’extérieur de cet article creux, un noyau fileté, lequel noyau étant percé par différentes conduits permettant la communication avec la chambre de stockage délimitée par la dite enveloppe.
On peut citer également la demande de brevet EP1151224 de la Sté Alliant Ammunition Systems publiée le 07 novembre 2001 qui enseigne un réservoir de gaz sous pression comportant :
- une chambre de stockage dotée d’une ouverture d’accès,
- un bossage polaire ou moyeu traversant cette ouverture, fixé et solidaire de celle-ci, et comportant un canal taraudé traversant lui-même ce bossage ou moyeu de part en part, et débouchant à l’extérieur de la chambre de stockage,
- un doublage plastique revêtant l’intérieur de l’enveloppe qui délimite la chambre de stockage, solidarisant la bride d’extrémité du bossage contre l’intérieur de l’enveloppe et comprenant une partie de manchon s’étendant dans une partie de l’intérieur du bossage, et
- une embase ou corps d’ajustement, vissée à la fois dans l’extrémité extérieure du bossage et dans le manchon intérieur du doublage plastique jusqu’à venir faire étanchéité contre l’extrémité de ce manchon, laquelle embase étant percée par un conduit permettant la communication avec la chambre de stockage.
Ainsi dans tous les dispositifs actuels, tels que ceux ci-dessus et bien d’autres, les réservoirs de stockage de fluide sous pression comporte toujours au moins un bossage, col ou moyeu (on parlera ci-après de « bossage ») comportant un alésage intérieur taraudé, mis en place lors de la fabrication du réservoir et solidaire de l’enveloppe de celui-ci, et dont le diamètre intérieur doit être assez grand pour y permettre le vissage axialement d’une embase ou noyau ou corps d’ajustement (différents vocabulaires désignent en effet suivant les demandes de brevet et/ou les fiches techniques cette pièce qu’on appellera ici « embase »).
Sur cette embase se fixe en général une tête permettant d’y fixer des vannes et des raccords et cette embase est percée par un ou plusieurs conduits de communication avec la chambre de stockage: ainsi les efforts dus à la pression interne au réservoir qui peut donc être d’au moins 250 bar pour du GNV, et même égal ou de plus de 700 bar pour de l’Hydrogène, et qui sollicitent le bossage, l’embase et le filetage qui les solidarise, sont importants, nécessitant d’autant plus des pièces de grande épaisseur pour y résister et dont l’assemblage est d’autant plus critique.
De plus en cas d’arrachement accidentel de la tête de réservoir vissée sur l’embase, créant une ouverture d’assez grand diamètre communiquant avec la chambre de stockage du réservoir, la fuite du fluide sous pression qui y est stockée serait importante et pourrait générer des risques d’autant plus importants.
Le problème posé est ainsi d’une part de réduire les dimensions des différentes pièces fixées entre elles et constituant le bossage, l’embase et la tête de réservoir et donc de simplifier de telles pièces et de réduire les couts de fabrication des réservoirs, surtout pour ceux à haute pression tel que 700 bar, et d’autre part de réduire les risques liés aux fuites.
Une solution au problème posé est un bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression comportant une partie centrale axiale suivant un axe XX’ apte à traverser l’enveloppe du dit réservoir et traversé lui-même par au moins un canal apte à communiquer par son extrémité proximale avec la chambre intérieure du réservoir de stockage du fluide, une partie radiale dite interne apte à solidariser le dit bossage avec l’enveloppe du réservoir et à tenir les efforts de pression du fluide sur ce bossage, et une partie axiale dite externe dans laquelle débouche l’extrémité distale du cana ; selon l’invention :
- ladite extrémité distale du canal est fermée suivant son axe de même direction XX’ que le bossage, lequel canal est de plus petit diamètre que dans les bossages actuels, non taraudé car non apte à recevoir d’autres pièces par vissage, et constitue en fait un simple conduit de communication, et
- la partie axiale externe de celui-ci comporte au moins un conduit de sortie radiale du fluide communicant avec l’extrémité distale du canal, le dit bossage faisant ainsi office également d’embase apte à recevoir directement, tel qu’autour de sa partie axiale externe, une tête de distribution du fluide sans autre pièce intermédiaire.
L’objectif de la présente invention est également atteint par un réservoir de stockage de fluide sous pression comportant au moins, dès sa fabrication, un bossage de sortie de ce fluide tel que ci-dessus, apte à recevoir directement une tête de distribution du fluide sans autre pièce intermédiaire.
Dans un mode particulier de réalisation la dite tête de réservoir de stockage de fluide sous pression, apte à venir se connecter directement sur un bossage de sortie du réservoir tel que ci-dessus, comporte un alésage intérieur apte à venir s’emboiter de manière étanche autour de la partie axiale externe du dit bossage, un moyen de fixation sur celui-ci et au moins un conduit radial apte d’une part à relier au moins un conduit (et dans un mode particulier de réalisation à s’aligner dans l’axe de celui-ci) de cette partie axiale externe et d’autre part à recevoir, à son extrémité opposé débouchant à l’extérieur de la dite tête, tout élément de connectique de sortie du fluide.
Le résultat est un nouveau type de bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, une nouvelle tête de réservoir venant se fixer sur un tel bossage et de nouveaux réservoirs de stockage de fluide sous pression comportant de tels bossages intégrés dans leur enveloppe, et cela dès leur fabrication.
Ce nouveau type de bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, cette nouvelle tête de réservoir et ces nouveaux réservoirs de stockage de fluide sous pression répondent au problème posé, apportent de nombreux avantages tels que ceux évoqués justement dans l’énoncé du problème posé et en prouvent l’intérêt, tels que:
- par rapport à des ensembles bossage, embase et tête classiques (où l’embase est vissée dans le bossage, puis la tête vissée sur l’embase, via des assemblages vissés de section alors importante) qui présentent de grandes surfaces soumis à la pression, les efforts dus à la pression vus par la tête fixée sur le bossage de la présente invention sont minimes, car elles sont supportées par le bossage que l’on peut qualifier ainsi de compensé, qui est partie intégrante du réservoir et qui de plus est soumis lui-même à de moindres efforts, car il est de plus petit section que dans les montages connus à ce jour,
- l’absence de pièce intermédiaire, à savoir l’embase (le bossage de la présente invention assurant en fait aussi la fonction d’embase), entre le bossage et la tête, et la diminution des efforts dus à la pression réduisent les dimensions du bossage et simplifient la fabrication de ces pièces et des réservoirs,
- du fait des conduits uniquement radiaux de sortie de fluide, tant dans le bossage que dans la tête de réservoir, celle-ci n’a pas à supporter d’efforts axiaux, ce qui, entre autres, facilite sa fixation sur le bossage,
- en cas d’arrachement de la tête de réservoir, le diamètre du canal, et donc le débit de fuite de fluide est alors plus faible dans la présente invention par rapport à celui d’un assemblage classique dans les mêmes conditions: en effet le diamètre de l’orifice résultant de cet arrachement peut être de quelques millimètres de diamètre seulement par rapport à celui généralement utilisé, de type M25 (soit 25mm de diamètre) par exemple, dans les assemblages classiques,
- de plus l’assemblage de la tête sur le bossage de la présente invention est facilement orientable, contrairement à l’assemblage vissé classique (qui, étant vissé avec une clef jusqu’à obtenir le couple de serrage voulu, ne permet pas d’obtenir facilement une orientation prévisible), ce qui permet de faciliter entre autres, outre l’alignement des conduits du bossage et de la tête, l’orientation des connectiques comme celle d’une fonction de sécurité, et notamment quand il y a plusieurs bossages rapprochés sur le même réservoir.
La description et les figures ci-jointes donnent un exemple de réalisation d’un réservoir, d’un bossage et d’une tête de réservoir selon l’invention, mais d’autres modes de réalisation sont possibles dans le cadre de la portée de la présente invention.
La est une vue en coupe agrandie et partielle II du réservoir suivant l’invention de la , équipé d’un bossage suivant l’invention et montrant une tête de réservoir suivant l’invention prête à y être assemblée.
La est la même vue en coupe que la mais avec la tête de réservoir, suivant l’invention, assemblée sur le bossage suivant l’invention.
La est une vue en coupe longitudinale suivant III, III’ de la d’un réservoir de stockage de fluide sous pression suivant l’invention.
La est une vue extérieure de profil d’un réservoir de stockage de fluide sous pression suivant l’invention et équipé d’une tête de réservoir suivant l’invention.
Suivant la représentation des figures et d’une manière connue, ledit réservoir 1 comporte une enveloppe 2 qui définit la chambre intérieure 5 de stockage du fluide sous haute pression et qui est apte à tenir cette haute pression telle qu’au moins 250 bar et même 350 ou 700 bar, et au moins un bossage 4, de forme générale cylindrique, de sortie de réservoir 1 de stockage de fluide sous haute pression, comportant :
  • une partie centrale axiale 43, que l’on peut qualifier d’interne, d’axe XX’ apte à traverser l’enveloppe 2 du dit réservoir 1 et traversée elle-même par au moins un canal 8 axial de même direction que l’axe XX’, apte à communiquer par son extrémité proximale 81avec la chambre intérieure 5 du réservoir de stockage du fluide pour permettre la sortie de celui-ci,
  • une partie axiale 42dite externe dans laquelle débouche l’extrémité distale 82du canal 8, et
  • une partie radiale 41dite interne apte à solidariser ledit bossage 4 avec l’enveloppe 2 du réservoir 1 et à tenir les efforts dus à la pression interne du réservoir sur ce bossage 4.
Cette solidarisation de la partie radiale 41peut être réalisée par collage ou moulage contre cette enveloppe 2 ou comme représenté sur les figures 1 à 3 entre celle-ci et un revêtement interne 3, tel qu’un liner thermoplastique ou métallique, couvrant l’ensemble de la partie intérieure de l’enveloppe 2 du réservoir 1 et venant recouvrir cette partie radiale 41. Dans une autre mode de réalisation quand le revêtement interne 3 de l’enveloppe 3 du réservoir 1 est métallique, cette partie radiale 41peut être une partie de ce revêtement interne ou liner, le bossage 4 étant alors une partie intégrante de celui-ci.
Selon l’invention ladite extrémité distale 82du canal 8 est fermée suivant son axe de même direction XX’ que le bossage 4 et la partie axiale externe 42de celui-ci comporte au moins un conduit 9 de sortie radiale du fluide communiquant avec l’extrémité distale 82du canal 8, le dit bossage 4 faisant ainsi office d’embase apte à recevoir directement une tête 6 de distribution du fluide, sans autre pièce intermédiaire. La fermeture de l’extrémité distale 82du canal 8 peut être réalisée lors de l’usinage du bossage 4 en ne perçant pas jusqu’au bout le canal 8 depuis son extrémité proximale 81.
Suivant l’exemple de réalisation des figures 1 et 2, la partie axiale 42dite externe du bossage 4, car située à l’extérieur 14 de l’enveloppe 2 du réservoir 1, comporte au moins deux conduits 9 disposés radialement par rapport à l’axe XX’ et répartis, uniformément ou non, sur la périphérie de cette partie axiale externe 42.
La tête 6 de réservoir de stockage de fluide sous pression suivant l’invention est apte à venir se connecter sur le bossage 4 de sortie du réservoir tel que décrit ci-dessus et comporte pour cela un alésage intérieur 11 apte à venir s’emboiter de manière étanche autour de la partie axiale externe 42du dit bossage 4, un moyen 7 de fixation sur celui-ci et au moins un conduit radial 12, soit dans le présent exemple des figures 1 et 2 deux conduits 12 disposés radialement par rapport à l’axe XX’ et répartis autour de la tête 6, et aptes, chacun, d’une part à s’aligner dans l’axe d’un conduit 9 de cette partie axiale externe 42et d’autre part à recevoir à son extrémité opposée 121débouchant vers l’extérieur 14 de la tête 6, tout élément 10 de connectique de sortie du fluide, tel qu’une vanne reliant la dite tête 6 à tout tuyau ou pipe d’alimentation du fluide sous pression, ou un composant assurant une fonction de sécurité, ou même un bouchon.
Suivant l’exemple des figures jointes, le moyen de fixation 7 de la tête 6 sur le bossage 4 est un écrou apte à se visser sur l’extrémité distale filetée de la partie axiale externe 42du bossage 4 et qui vient appuyer sur la tête 6 de réservoir pour la fixer et la maintenir contre un épaulement 13 de la partie axiale centrale 42du dit bossage, et dans d’autres modes de réalisation, ce moyen de fixation peut être un circlips, une goupille, ou tout autre moyen permettant son maintien en position et sonde blocage, les efforts à contrer étant minimes.
Le réservoir 1 de stockage de fluide sous pression suivant l’invention, qui peut être réalisé par exemple par enroulement de fibres de carbone composite, et, tel que représenté sur les figures jointes, comporte au moins un bossage 4 de sortie de ce fluide et une tête de réservoir 6, conformes à leur description ci-dessus : un tel bossage 4 permet de plus, outre les avantages déjà indiqués précédemment comme une très bonne résistance aux sollicitations mécaniques, une tenue axiale suivant XX’ de l’enveloppe en cours de fabrication avec un bon positionnement axial.
On rappelle que le fluide sous pression dans le réservoir 1 peut être du GNV (Gaz Naturel pour Véhicules) à au moins 250 bar, ainsi que de l’hydrogène à au moins 350 bar, mais également à plus de 700 bar.

Claims (7)

  1. Bossage (4) de sortie de réservoir (1) de stockage de fluide sous pression comportant une partie centrale axiale (43) suivant un axe XX’ apte à traverser l’enveloppe (2) du dit réservoir (1) et traversée lui-même par au moins un canal (8) apte à communiquer par son extrémité proximale (81) avec la chambre intérieure (5) du réservoir de stockage du fluide, une partie radiale (41) dite interne apte à solidariser le dit bossage (4) avec l’enveloppe du réservoir (1) et à tenir les efforts de pression du fluide sur ce bossage (4), et une partie axiale (42) dite externe dans laquelle débouche l’extrémité distale (82) du canal, caractérisé en ce que ce canal (8) constitue un simple conduit de communication, son extrémité distale (82) est fermée suivant son axe de même direction XX’ que le bossage (4) et la partie axiale externe (42) de celui-ci comporte au moins un conduit (9) de sortie radiale du fluide communicant avec l’extrémité distale (82) du canal (8), le dit bossage (4) faisant office d’embase apte à recevoir directement une tête (6) de distribution du fluide.
  2. Bossage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la partie axiale (42) dite externe de celui-ci comporte au moins deux conduits (9) disposés radialement par rapport à l’axe XX’ et répartis sur la périphérie de cette partie axiale externe (42).
  3. Tête (6) de réservoir de stockage de fluide sous pression apte à venir se connecter sur un bossage (4) de sortie du réservoir suivant l’une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce qu’elle comporte un alésage intérieur (11) apte à venir s’emboiter de manière étanche autour de la partie axiale externe (42) du dit bossage(4), un moyen (7) de fixation sur celui-ci et au moins un conduit radial (12) apte d’une part à relier au moins un conduit (9) de cette partie axiale externe (42) et d’autre part à recevoir, à son extrémité opposée (121) débouchant à l’extérieur (14) de la tête (6), tout élément (10) de connectique de sortie du fluide.
  4. Tête (6) de réservoir suivant la revendication 3 caractérisée en ce que au moins un conduit radial (12) est apte à s’aligner dans l’axe d’au moins un conduit (9) de cette partie axiale externe (42).
  5. Tête (6) de réservoir suivant l’une quelconque des revendications 3 ou 4 caractérisée en ce que son moyen de fixation (7) sur le bossage (4) est un écrou apte à se visser sur l’extrémité distale filetée de la partie axiale externe (42) du bossage (4) et qui vient appuyer sur la tête (6) de réservoir pour la fixer et la maintenir contre un épaulement (13) de la partie axiale centrale (42) du dit bossage.
  6. Réservoir (1) de stockage de fluide sous pression comportant au moins un bossage (4) de sortie de ce fluide caractérisé en ce que ce bossage de sortie (4) est suivant l’une quelconque des revendications 1 et 2.
  7. Réservoir (1) de stockage de fluide sous pression suivant la revendication 6 et comportant un revêtement interne (3) métallique couvrant l’ensemble de la partie intérieure de l’enveloppe (2) du réservoir (1) caractérisé en ce que la partie radiale interne (41) du bossage (4) est une partie de ce revêtement interne (3), le bossage (4) étant partie intégrante de ce revêtement.
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