FR3124571A1 - Bossage de sortie de reservoir de stockage de fluide sous pression et reservoir comportant un tel bossage - Google Patents

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Abstract

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 elle-même par au moins un canal (8) communiquant par son extrémité proximale (81) avec la chambre intérieure (5) du réservoir de stockage et dont l’extrémité distale (82) est fermée suivant son axe de même direction XX’ que le bossage (4), une partie radiale (41) dite interne apte à le (4) solidariser avec l’enveloppe du réservoir (1), et une partie axiale (42) dite externe comportant au moins un conduit (9) de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal (8), laquelle partie axiale externe (42) étant apte à recevoir autour d’elle une tête (6) de distribution du fluide comportant au moins un conduit radial (12) débouchant, par une de ses extrémités, à l’extérieur (14) et communiquant, par son extrémité opposée (121), avec le conduit (9) de cette partie axiale externe (42). Figure pour l'abrégé : figure 4

Description

BOSSAGE DE SORTIE DE RESERVOIR DE STOCKAGE DE FLUIDE SOUS PRESSION ET RESERVOIR COMPORTANT UN TEL BOSSAGE
Domaine technique de l’invention
La présente invention a pour objet un bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression et des réservoirs comportant un tel bossage.
Le secteur technique de l’invention est celui de la fabrication de réservoirs de stockage de fluide, tels que des bouteilles en composites, 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 généralement réalisée par bobinage ou enroulement de fibres composites autour d’un liner métallique ou thermoplastique 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.
Arrière-plan technique
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 ces dispositifs 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 intèrieur 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.
Aussi pour réduire les dimensions du bossage et de l’embase et simplifier ces pièces, permettant ainsi 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, il a été développé un bossage de sortie de réservoir intégrant l’embase et formant ainsi une seule pièce avec celle-ci, tel qu’enseigné d’une part dans la demande de brevet antérieure dont la présente demande en revendique le droit de priorité pour les caractéristiques qui en sont communes et d’autre part dans la demande de brevet WO2020/225262 déposée par la Société Faurecia systèmes d’échappement et publiée le 12 novembre 2020 ; ces demandes de brevet antérieures décrivent un bossage comportant:
- une partie centrale axiale apte à traverser l’enveloppe du dit réservoir et traversée elle-même par au moins un canal axial apte à communiquer par son extrémité proximale avec la chambre intérieure du réservoir de stockage du fluide et dont l’extrémité distale est fermée,
- une partie radiale dite interne apte à solidariser ledit bossage avec l’enveloppe du réservoir et à tenir les efforts de pression du fluide sur ce bossage, et
- une partie axiale dite externe comportant au moins un conduit de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal axial vers son extrémité distale,
et le dit bossage faisant ainsi office d’embase est apte à recevoir directement, autour de sa partie axiale externe sans autre pièce intermédiaire, une tête de distribution du fluide comportant au moins un conduit radial débouchant, par une de ses extrémités, à l’extérieur de la tête pour y recevoir tout élément de connectique de sortie du fluide et communiquant, par son extrémité opposée, avec le conduit axial de cette partie axiale externe.
Une telle disposition précédente répond certes en partie aux inconvénients cités précédemment dans les dispositifs connus antérieurement mais présente entre autres un problème de sécurité dans le système de fixation de la tête de réservoir sur une tel bossage intégrant l’embase ainsi que dans la connexion d’éléments de connectique de sortie du fluide sur la tête: l’utilisation de réservoir ou bouteille de fluide sous pression entraîne en effet des risques dus à la pression elle-même ainsi que par le type de fluide (qui peut être inflammable, nocif …).
Les éléments montés sur la tête doivent être ainsi correctement dimensionnés (avec des coefficients de sécurité …) pour résister à la pression, mais le montage de ces différents éléments peut entraîner des risques de fuite dus à l’assemblage (étanchéité non correcte) ou à cause de l’utilisation (dévissage dus aux vibrations…).
Aussi l’objectif de la présente invention est non seulement d’aller encore plus loin dans la simplification des pièces et la réduction des couts de fabrication des réservoirs, mais aussi d’assurer une plus grande sécurité dans la fixation et l’étanchéité d’une part de la tête de réservoir et d’autre part des éléments de connectique de sortie du fluide qui lui sont raccordés.
Un tel objectif est atteint avec un bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression d’une part comportant les mêmes parties partie centrale, radiale et axial, avec les mêmes caractéristiques, que dans le document WO2020/225262 cité ci-dessus et d’autre part intégrant la tête de distribution du fluide dans sa partie axiale externe et ne formant qu’une seule pièce avec celle-ci, les conduits radiaux de cette partie axiale externe et de la tête étant alors confondus, le canal axial du dit bossage constituant un simple conduit de communication.
L’objectif de l’invention est par ailleurs atteint par un système de sécurité manœuvré depuis l’extérieur, qui ferme l’extrémité distale du canal axial et qui est apte à obturer les conduits radiaux débouchant à l’extérieur du bossage et communiquant, quand le système de sécurité est ouvert, avec le canal axial.
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, intégrant à la fois l’embase et la tête de distribution du fluide et formant avec celles-ci une seule pièce sans aucune autre pièce de liaison, de fixation ou d’étanchéité.
Suivant l’invention les conduits radiaux sont aptes à recevoir chacun, à leur extrémité débouchant à l’extérieur du bossage, tout élément de connectique de sortie du fluide.
Dans un mode particulier de réalisation la partie centrale axiale du bossage, traversant l’enveloppe du dit réservoir, comporte une partie cylindrique formant une excroissance à l’intérieur du réservoir au-delà de la partie radiale dite interne du bossage, permettant d’y disposer tout capteur mis en place par un deuxième canal traversant la partie centrale axiale du bossage.
Ce nouveau type de bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, et ces nouveaux réservoirs de stockage de fluide sous pression répondent à l’objectif fixé, apportent de nombreux avantages et en prouvent l’intérêt, tels que :
- par rapport à des ensembles bossage/embase et tête enfilées et fixées autour de sa partie axiale externe du bossage/embase essentiellement par un écrou vissé sur celle-ci et venant bloquer la tête contre un épaulement, et qui présentent alors des risques de sécurité et de mauvaise étanchéité, une seule pièce, assurant suivant la présente invention toutes les fonctions d’embase et de tête de réservoir, élimine de tels risques
- l’absence d’autre pièce de fixation ou intermédiaire d’étanchéité simplifie la fabrication des réservoirs,
- il n’y a plus de risque d’arrachement de la tête de réservoir,
- à ce jour si une fuite est constatée dans certaines situations, au niveau de la connexion des éléments de connectique de sortie du fluide sur la tête de réservoir (dans la présente invention sur le bossage lui-même donc), comme il n’est pas possible d’intervenir sur cette tête de bouteille, à cause du danger pouvant être engendré par cette fuite, la réparation ne pourra se faire, seulement, que lorsque la bouteille ou le réservoir sera entièrement vidé : suivant la présente invention le système de fermeture, dit de sécurité, permet d’isoler toutes les sorties (de la tête, soit dans la présente invention du bossage lui-même) de l’arrivée du fluide sous pression et ainsi mettre en sécurité l’environnement de la bouteille en cas de telle fuite.
- quand l’enveloppe du réservoir est réalisée par rotomoulage renforcé par enroulement de fibres de carbone composite, ces fibres viennent s’enrouler et s’appuyer autour de la partie radiale dite interne, formant une gorge entre les parties radiale interne et axiale externe, et ceci permet, d’autant plus quand le bossage intègre et forme une pièce unique avec la tête, d’absorber et transmettre l’énergie du bossage vers les fibres en composite lorsque le réservoir est soumis à un choc axial sur la face externe du bossage: l’effort dû à ce choc est ainsi transmis d’autant mieux par ce bossage suivant l’invention vers les fibres constituant l’enveloppe.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées ci-jointes qui montrent d’une part un exemple de réalisation d’un bossage et d’une tête de réservoir selon l’art antérieur, et d’autre part un bossage et un réservoir (ou bouteille) 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 extérieure de profil d’un réservoir de stockage de fluide sous pression suivant l’invention et équipé d’un bossage suivant l’invention tel que représenté sur les figures 4 à 6.
– la est une vue en coupe partielle de la d’un bossage suivant l’art antérieur cité précédemment, tel qu’enseigné d’une part dans la demande de brevet antérieure dont la présente demande en revendique le droit de priorité pour les caractéristiques qui en sont communes et d’autre part dans la demande de brevet WO2020/225262, avec une tête de réservoir assemblée sur ce bossage.
– la est une vue en coupe longitudinale suivant III,III’ de la d’un réservoir de stockage de fluide sous pression équipé d’un bossage et d’une tête de réservoir suivant la .
– la est une vue en coupe partielle comme celle de la mais concernant un bossage suivant l’invention intégrant la tête de réservoir.
– la est une vue en coupe partielle comme celle de la mais concernant un mode de réalisation particulier d’un bossage suivant l’invention intégrant la tête de réservoir avec un système de fermeture de sécurité, en position ouverte, du canal axial apte à communiquer par son extrémité proximale avec la chambre intérieure du réservoir de stockage du fluide.
– la est la même vue en coupe partielle que sur la mais avec le système de fermeture de sécurité du canal axial en position fermée.
Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence.

Claims (8)

  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 elle-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 et dont l’extrémité distale (82) est fermée suivant son axe de même direction XX’ que le bossage (4),
    - une partie radiale (41) dite interne apte à solidariser ledit 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 comportant au moins un conduit (9) de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal (8) vers son extrémité distale (82),
    et le dit bossage (4) faisant office d’embase apte à recevoir directement, autour de sa partie axiale externe (42), une tête (6) de distribution du fluide comportant au moins un conduit radial (12) débouchant, par une de ses extrémités, à l’extérieur (14) de la tête (6) et communiquant, par son extrémité opposée (121), avec le conduit (9) de cette partie axiale externe (42),
    caractérisé en ce que le canal (8) du dit bossage (4) constitue un simple conduit de communication, et la dit tête de distribution (6) du fluide est intégrée à la partie axiale externe (42) du dit bossage (4) et ne forme qu’une seule pièce avec celui-ci, les conduits radiaux (9) de cette partie axiale externe (42) et de la tête (6) étant alors confondus et débouchant à l’extérieur (14) du bossage (4).
  2. 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 elle-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 et dont l’extrémité distale (82) est fermée suivant son axe de même direction XX’ que le bossage (4),
    - une partie radiale (41) dite interne apte à solidariser ledit 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 comportant au moins un conduit (9) de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal (8) vers son extrémité distale (82),
    et le dit bossage (4) faisant office d’embase apte à recevoir directement, autour de sa partie axiale externe (42), une tête (6) de distribution du fluide comportant au moins un conduit radial (12) débouchant, par une de ses extrémités, à l’extérieur (14) de la tête (6) et communiquant, par son extrémité opposée (121), avec le conduit (9) de cette partie axiale externe (42),
    caractérisé en ce que le canal (8) du dit bossage (4) constitue un simple conduit de communication et son extrémité distale (82) est fermée par un système de sécurité (18) manœuvré depuis l’extérieur (14) et qui est apte à obturer les conduits radiaux (9,12).
  3. Bossage (4) de sortie de réservoir (1) de stockage de fluide sous pression suivant l’une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que sa partie centrale axiale (43), traversant l’enveloppe (2) du dit réservoir (1) et traversée elle-même par au moins un canal (8), comporte une partie cylindrique (44) formant une excroissance à l’intérieur du réservoir (1) au-delà de la partie radiale (41) dite interne.
  4. Bossage (4) de sortie de réservoir (1) de stockage de fluide sous pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la partie centrale axiale (43) comporte au moins un deuxième canal (15) qui traverse axialement cette partie centrale (43) et qui est apte à recevoir tout capteur de mesure.
  5. Bossage (4) de sortie de réservoir (1) de stockage de fluide sous pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les conduits radiaux (9,12), débouchant à l’extérieur (14) du bossage (4) et communiquant avec le canal (8) fermé à son extrémité distale (82) sont aptes à recevoir chacun, à leur extrémité (121) débouchant à l’extérieur (14) du bossage (4), tout élément (10) de connectique de sortie du fluide.
  6. Bossage (4) de sortie de réservoir (1) de stockage de fluide sous pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la partie axiale (42) dite externe de celui-ci comporte au moins deux conduits (9,12) disposés radialement par rapport à l’axe XX’ et répartis sur la périphérie de cette partie axiale externe (42).
  7. 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 à 6.
  8. Réservoir (1) de stockage de fluide sous pression suivant la revendication 7 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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