FR3130927A1 - Unité de stockage de fluide cryogénique - Google Patents
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Abstract
Unité de stockage de fluide cryogénique L’unité de stockage d’un fluide cryogénique comprend : - un réservoir interne (3), comprenant une partie tubulaire interne (5) ayant un axe central interne (CI), et deux fonds internes (7) fermant la partie tubulaire interne (5) à des extrémités axiales opposées ; - un réservoir externe (9), un espace intermédiaire (11) étant ménagé entre le réservoir interne (3) et le réservoir externe (9), le réservoir externe (9) comprenant une partie tubulaire externe (13) ayant un axe central externe (CE), et deux fonds externes (15) fermant la partie tubulaire externe (13) à des extrémités axiales opposées ; - un dispositif (19) de suspension du réservoir interne (3) au réservoir externe (9), comprenant une suspension métallique (21) solidarisant l’un des fonds internes (7) à la partie tubulaire externe (13), la suspension métallique (21) comprenant au moins un bras (23), le ou chaque bras (23) comprenant un premier tronçon (25) agencé en vis-à-vis dudit fond interne (7) et rigidement fixé audit fond interne (7), et un second tronçon (27) engagé entre la partie tubulaire interne (5) et la partie tubulaire externe (13) et rigidement fixée à la partie tubulaire externe (13) Figure pour l'abrégé : 4
Description
L’invention concerne en général une unité de stockage d’un fluide cryogénique, notamment une unité de stockage d’hydrogène liquide.
Cette unité de stockage, outre la présente demande, est protégée par les demandes suivantes, déposées le même jour, par le même déposant, et portant sur les aspects suivants :
- une demande portant sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur ; cette demande porte la référence interne BFF21P0641 ;
- une demande portant sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un autre moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur ; cette demande porte la référence interne BFF21P0640 ;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant un getter ou absorbeur de gaz dont le remplacement est facilité ; cette demande porte la référence interne BFF21P0639 ;
- une demande portant sur un ensemble comprenant une unité de stockage de fluide cryogénique et une vanne cryogénique ; cette demande porte la référence interne BFF21P0788 ;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant au moins un réservoir additionnel pour allonger le temps de dormance ; cette demande porte la référence interne BFF21P0868.
Il est possible de stocker l’hydrogène liquide dans une unité de stockage comprenant un réservoir interne délimitant intérieurement un volume de réception pour l’hydrogène liquide, et un réservoir externe dans lequel est logé le réservoir interne.
Un espace intermédiaire est ménagé entre le réservoir interne et le réservoir externe.
Une isolation thermique est agencée dans cet espace intermédiaire. Cette isolation thermique est constituée de plusieurs couches de fines feuilles métalliques, et de couches de fibres intercalées entre les feuilles métalliques.
L’isolation thermique est posée sur le réservoir intérieur, de préférence sans toucher le réservoir extérieur.
Par ailleurs, l’espace intermédiaire est maintenu sous un niveau de vide poussé, pour limiter fortement la convection entre les deux réservoirs.
L’unité de stockage comporte par ailleurs un dispositif de suspension du réservoir interne au réservoir externe. Une partie du flux thermique entre les deux réservoirs passe au travers de cette suspension.
Encore une autre partie du flux thermique passe par les tubes permettant de remplir et de vider le réservoir interne, et par les autres auxiliaires traversant l’espace intermédiaire.
Aujourd’hui, on considère que le flux thermique total allant du réservoir externe au réservoir interne se répartit de la manière suivante : 60 % à travers l’isolation thermique, 20 % à travers le dispositif de suspension et 20 % à travers les tubes et les autres auxiliaires.
Pour minimiser les transferts thermiques entre le réservoir externe et le réservoir interne, il est donc important de réduire les transferts par l’intermédiaire du dispositif de suspension.
Ceci pose des difficultés particulières.
Pour obtenir un vide poussé et pérenne dans l’espace intermédiaire, le fluide contenu entre les deux réservoirs doit-être pompé. Toutefois, au fur et à mesure que la pression dans cet espace intermédiaire diminue, l’eau, les graisses, et le fluide contenus dans la matière en contact avec le vide vont s’évaporer.
Le dispositif de suspension peut être réalisé dans un matériau non-métallique, par exemple un plastique, de manière à réduire les transferts thermiques par conduction.
Une solution pour suspendre le réservoir interne au réservoir externe est de suspendre le réservoir interne par le nez. En d’autres termes, le centre du fond interne serait raccordé au centre du fond externe en vis-à-vis par un bloc.
Pour ne pas allonger excessivement le stockage, et pour limiter le volume de l’espace intermédiaire, ce bloc est nécessairement relativement court. De ce fait, il doit impérativement être réalisé en matière plastique, pour limiter la conduction thermique. Cet élément en matière plastique doit être renforcé par des inserts métalliques, pour augmenter ses caractéristiques mécaniques.
Le principal inconvénient des matériaux plastiques est que, lorsqu’ils sont soumis à un vide poussé, ils émettent une grande quantité de composés organiques volatiles (COV), pendant une longue durée, de telle sorte que la stabilisation du vide est très longue à obtenir. Le dégazage des matériaux plastiques est beaucoup plus rapide si le stockage est chauffé pendant l’opération de stabilisation du vide. Dans ce cas, l’utilisation de matières plastiques limite la température de chauffage, du fait que la température maximale que les matériaux plastiques sont susceptibles de supporter est significativement plus basse que celle des autres composants constituant l’unité de stockage.
Au total, la suspension par le nez évoquée ci-dessus n’est performante ni d’un point de vue mécanique ni pour la mise au vide de l’espace intermédiaire.
Ainsi, il existe un besoin pour un stockage d’un fluide cryogénique permettant une stabilisation du vide dans l’espace intermédiaire qui ne soit pas trop longue, et dans lequel les transferts thermiques entre le réservoir externe et le réservoir interne sont maîtrisés.
À cette fin, l’invention porte sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique, comprenant :
- un réservoir interne, délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique, le réservoir interne comprenant une partie tubulaire interne ayant un axe central interne, et deux fonds internes fermant la partie tubulaire interne à des extrémités axiales opposées ;
- un réservoir externe, le réservoir interne étant logé dans le réservoir externe, un espace intermédiaire étant ménagé entre le réservoir interne et le réservoir externe, le réservoir externe comprenant une partie tubulaire externe ayant un axe central externe, et deux fonds externes fermant la partie tubulaire externe à des extrémités axiales opposées ;
- une isolation thermique agencé dans l’espace intermédiaire;
- une isolation thermique agencé dans l’espace intermédiaire;
- un dispositif de suspension du réservoir interne au réservoir externe, comprenant une suspension métallique solidarisant l’un des fonds internes à la partie tubulaire externe, la suspension métallique comprenant au moins un bras, le ou chaque bras comprenant un premier tronçon agencé en vis-à-vis dudit fond interne et rigidement fixé audit fond interne, et un second tronçon engagé entre la partie tubulaire interne et la partie tubulaire externe et rigidement fixée à la partie tubulaire externe.
Ainsi, la suspension est métallique. L’utilisation d’une suspension métallique, et non d’une suspension en matière plastique, fait que la période de stabilisation du vide est considérablement raccourcie. La suspension, du fait qu’elle est constituée de matériaux métalliques, n’émet que de faibles quantités d’eau, de graisse et de gaz pendant la mise au vide de l’espace intermédiaire. Ceci accélère la stabilisation du vide.
Par ailleurs, le ou chaque bras utilisé pour suspendre le réservoir interne au réservoir externe raccorde le fond interne à la partie tubulaire externe. En d’autres termes, il raccorde un point du fond interne à un autre point qui est très décalé radialement et axialement par rapport au point de fixation du fond interne.
Ainsi, la longueur du bras est relativement importante, de telle sorte que les transferts thermiques par conduction sont réduits. En conséquence, il devient possible d’utiliser un matériau métallique et non un matériau plastique pour réaliser les éléments de la suspension.
Par ailleurs, l’écartement entre les fonds interne et externe est typiquement de l’ordre de 150 millimètres avec une suspension par le nez. Dans l’invention, du fait qu’on exploite l’espace situé entre la partie tubulaire interne et la partie tubulaire externe pour loger une partie du ou des bras, le fond interne et le fond externe sont séparés axialement d’une distance comprise entre 60 et 70 millimètres. Ceci permet soit d’augmenter la compacité du stockage, soit de stocker un volume de fluide cryogénique beaucoup plus important dans le même encombrement.
L’unité de stockage peut en outre représenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la suspension métallique comprend deux bras, les seconds tronçons respectifs des deux bras étant décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour de l’axe central interne ;
- les premiers tronçons respectifs des deux bras forment une pièce en V ;
- le ou chaque second tronçon comprend une partie d’extrémité distale d’orientation sensiblement parallèle à l’axe central interne ;
- le ou chaque second tronçon est une tôle emboutie, la partie d’extrémité distale comportant une partie plate tournée vers la partie tubulaire externe et fixée à la partie tubulaire externe, et des bords dressés distaux se dressant à partir de la partie plate (45) à l’opposé de la partie tubulaire externe ;
-le ou chaque premier tronçon est une tôle emboutie comportant une partie de fond tournée vers le fond interne et fixée au fond interne, et des bords pliés se dressant à partir de la partie de fond à l’opposé du fond interne ;
-le second tronçon comprend une partie d’extrémité proximale sensiblement parallèle au premier tronçon, coopérant de manière télescopique avec le premier tronçon, et rigidement fixée au premier tronçon ;
-le réservoir externe comprend deux demi-réservoirs rigidement fixés l’un à l’autre le long d’une ligne à contour fermé, chaque demi-réservoir comprenant une portion de la partie tubulaire externe et une portion de chaque fond externe ;
- l’un des demi-réservoirs présente, pour le ou chaque bras, une zone plane à laquelle est fixé le second tronçon dudit bras ;
-le réservoir externe, considéré en section perpendiculairement à l’axe central externe hors de la ou chaque zone plane, définit un carré exinscrit, la ou chaque zone plane, considérée en section perpendiculairement à l’axe central externe, s’inscrivant dans ledit carré exinscrit ;
-chaque fond interne présente une zone centrale convexe vers le volume de réception de fluide cryogénique et une zone périphérique de révolution de forme obtenue en faisant circuler autour de l’axe central interne une courbe concave vers le volume de réception de fluide cryogénique;
-le réservoir interne comprend un tirant central ayant des extrémités opposées, solidaires des deux fonds internes, le premier tronçon du ou de chaque bras étant rigidement fixé au tirant central ;
- le premier tronçon du ou de chaque bras est rigidement fixé directement en un point de fixation du fond interne, ledit point de fixation étant relativement plus éloigné du second tronçon qu’un centre géométrique du fond interne.
Selon un second aspect, l’invention porte sur un procédé de fabrication d’une unité de stockage ayant les caractéristiques ci-dessus, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
- obtention du réservoir interne et des demi-réservoirs formant le réservoir externe;
- fixation du premier tronçon du ou de chaque bras au fond interne du réservoir interne;
- dépose du réservoir interne dans l’un des demi-réservoirs;
- fixation du second tronçon du ou de chaque bras à la portion de la partie tubulaire externe appartenant audit demi-réservoir ;
- fixation du premier tronçon du ou de chaque bras au fond interne du réservoir interne;
- dépose du réservoir interne dans l’un des demi-réservoirs;
- fixation du second tronçon du ou de chaque bras à la portion de la partie tubulaire externe appartenant audit demi-réservoir ;
- dépose de l’autre demi-réservoir au-dessus du réservoir interne et fixation des deux demi-réservoirs l’un à l’autre.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
L’unité de stockage 1 représenté sur la est destiné à stocker un fluide cryogénique.
On entend ici par « fluide », un élément pouvant être dans un étant gazeux, liquide ou supercritique.
On entend par « fluide cryogénique » un fluide se trouvant à une température inférieure à 120 K.
Ce fluide se trouve au moins partiellement à l’état liquide à l’intérieur de l’unité de stockage.
Ce fluide est typiquement de l’hydrogène, de préférence de l’hydrogène gazeux. En variante, le fluide est de l’hélium, de l’azote, un gaz naturel tel que le méthane CH4, ou tout autre fluide adapté.
Quand le fluide est de l’hydrogène, il est stocké dans l’unité de stockage 1 par exemple à une température égale à 20,3 °K.
Comme visible sur les figures 2 et 3, l’unité de stockage 1 comprend un réservoir interne 3, délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique.
Le réservoir interne 3 comprend une partie tubulaire interne 5 ayant un axe central interne CI, et deux fonds internes 7 fermant la partie tubulaire interne 5 à des extrémités axiales opposées. Typiquement, la partie tubulaire interne 5 présente, perpendiculairement à l’axe central interne CI, une section constante. Cette section est par exemple circulaire.
Dans la position d’utilisation normale de l’unité de stockage 1, l’axe central interne CI est horizontal.
L’unité de stockage 1 comprend encore un réservoir externe 9, le réservoir interne 3 étant logé dans le réservoir externe 9. Le réservoir externe 9 est sans contact direct avec le réservoir interne 3.
Un espace intermédiaire 11 est ménagé entre le réservoir interne 3 et le réservoir externe 9.
Le réservoir externe 9 comprend une partie tubulaire externe 13 ayant un axe central externe CE, et deux fonds externes 15 fermant la partie tubulaire externe 13 à ses extrémités axiales opposées.
Dans la position normale d’utilisation de l’unité de stockage 1, l’axe central externe CE est horizontal. Il est typiquement confondu avec l’axe central interne CI.
L’unité de stockage 1 comporte également une isolation thermique 17 agencée dans l’espace intermédiaire 11.
L’isolation thermique 17 n’est que partiellement représentée sur la , pour laisser apparaître la structure du réservoir interne 3.
L’isolation thermique 17 comporte typiquement une pluralité de fines feuilles métalliques superposées les unes sur les autres, et des couches de fibres intercalées entre les feuilles métalliques. Cette isolation thermique 17 est placée sur le réservoir interne 3, et enveloppe complètement celui-ci.
L’espace intermédiaire 11 est maintenu sous un vide poussé, par exemple de l’ordre de 10-4mbar.
L’unité de stockage 1 comporte encore un dispositif 19 de suspension du réservoir interne 3 au réservoir externe 9. Le poids du réservoir interne 3, de son contenu, et les efforts subis par le réservoir interne 3, sont repris pour leur quasi-totalité par le réservoir externe 9, à travers le dispositif de suspension 19.
Le réservoir interne 3 est fixé par le dispositif de suspension 19 à une zone du réservoir externe 9 tournée vers le bas en fonctionnement normal du stockage 1. En variante, il est fixé à une zone tournée vers le haut, ou ayant toute autre orientation.
Le dispositif de suspension 19 comprend une suspension métallique 21 solidarisant l’un des fonds internes 7 à la partie tubulaire externe 13.
La suspension 21 est dite métallique au sens où elle ne comprend que des pièces en métal. Ces pièces sont typiquement en acier, préférentiellement en acier inoxydable, par exemple en acier inoxydable austénitique.
Cette nuance a l’avantage d’être peu sensible à la corrosion et de garder un comportement ductile à très faible température.
Avantageusement, le réservoir interne 3 est également en acier inoxydable austénitique, de préférence en acier inoxydable austénitique de type 316, 316L, 304 ou 304L, plus préférentiellement de type 316L. Il est ainsi possible de souder tous les constituants de l’unité de stockage 1 les uns aux autres facilement.
De plus, l’acier inoxydable austénitique présente une fragilité due au contact prolongé de l’hydrogène qui est moindre que d’autres types d’acier.
L’acier inoxydable austénitique présente également l’avantage d’avoir une conductivité thermique plutôt faible pour un métal (23 W/m.K). Par comparaison, l’acier au carbone a une conductivité de l’ordre de 30 W/m.K, et l’aluminium d’environ 150 W/m.K.
Typiquement, le dispositif de suspension 19 comprend deux suspensions métalliques 21, chacune solidarisant l’un des fonds internes 7 à la partie tubulaire externe 13. Les suspensions métalliques 21, dans ce cas, sont identiques, et seule l’une d’entre elles sera décrite ci-dessous.
En variante, le dispositif de suspension 19 comprend seulement une suspension métallique 21 du type décrit ci-dessous, l’autre fond interne 7 étant supporté par une suspension d’un type différent.
Comme visible notamment sur les figures 3 et 4, la suspension métallique 21 comprend au moins un bras 23, le ou chaque bras 23 comprenant un premier tronçon 25, agencé en vis-à-vis du fond interne 7 et rigidement fixé au fond interne 7, et un second tronçon 27 engagé entre la partie tubulaire interne 5 et la partie tubulaire externe 13 et rigidement fixé à la partie tubulaire externe 13.
De préférence, la suspension métallique 21 comprend deux bras 23. Dans ce cas, les seconds tronçons respectifs 27 des deux bras 23 sont décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour de l’axe central interne CI. De préférence, ce décalage angulaire est compris entre 15°et 180°, de préférence compris entre 30° et 90°, et vaut par exemple 60°.
Un tel agencement confère une très bonne stabilité à la suspension métallique 21.
Comme visible sur les figures 3 et 4, les premiers tronçons respectifs 25 des deux bras 23 forment une pièce en V 29.
Cette pièce 29 en V est venue de matière.
Dans ce cas, la pièce en V 29 est fixée au fond interne 7 en un point de fixation unique, commun pour les premiers tronçons respectifs 25 des deux bras 23. Ce point de fixation se trouve à la pointe du V.
Selon une variante non préférée, la suspension métallique 21 comporte un seul bras 23.
Le ou chaque premier tronçon 25 est de forme générale rectiligne, allongée suivant une direction principale d.
Cette direction principale d est typiquement sensiblement radiale vis-à-vis de l’axe central interne CI.
Avantageusement, le premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 est une tôle emboutie, comportant une partie de fond 31 tournée vers le fond interne 7 et fixée au fond interne 7, et des bords pliés 33 se dressant à partir de la partie de fond 31 à l’opposé du fond interne 7.
Sur la plus grande partie de sa longueur, le ou chaque premier tronçon 25 présente une section en U perpendiculairement à la direction principale d.
La partie de fond 31 est plane ou légèrement arquée, de manière à suivre la courbure du fond interne 7.
Le premier tronçon 25 est fixé au fond interne 7 par l’intermédiaire de la partie de fond 31. Ceci permet une fixation commode au fond interne 7. Les bords pliés 33 sont prévus pour rigidifier le premier tronçon 25.
Dans l’exemple de la , les parties de fond 31 des premiers tronçons 25 sont dans la continuité l’une de l’autre et se rejoignent à la pointe de la pièce en V 29.
De même, les bords pliés 33 des deux premiers tronçons 25 sont dans la continuité les uns des autres.
La partie de fond 31 est allongée suivant la direction principale d. Le premier tronçon 25 comporte deux bords pliés 33, s’étendant eux aussi sensiblement parallèlement à la direction principale d, et placés de part et d’autre de la partie de fond 31. Les bords pliés 33 des premiers tronçons 25 délimitant l’intérieur de la pièce en V 29 sont raccordés l’un à l’autre par une portion de bord 35 arquée. Les bords pliés 33 délimitant l’extérieur de la pièce en V 29 sont raccordés l’un à l’autre par une autre portion de bord 37 arquée, formant la pointe du V.
Les premiers tronçons 25, en revanche, restent ouverts suivant la direction principale d, à l’opposé de la pointe du V.
Comme illustré sur la , le réservoir interne 3 comporte un tirant central 39 ayant des extrémités 41 opposées solidaires des deux fonds internes 7.
Le tirant central 39 s’étend typiquement le long de l’axe central interne CI du réservoir interne 3. Ces extrémités 41 font saillie hors du réservoir interne 3, à travers les fonds internes 7.
Le ou chaque premier tronçon 25 est rigidement fixé au tirant central 39.
Plus précisément, le ou chaque premier tronçon 25 est rigidement fixé à l’extrémité 41 du tirant central 39 faisant saillie à travers le fond interne 7, par l’intermédiaire de la partie de fond 31.
Dans l’exemple de la , un orifice est ménagé dans la zone de la pièce en V 29 où les parties de fond 31 des premières branches 25 se rejoignent, cet orifice étant engagé autour de l’extrémité 41 et rigidement fixé à celle-ci.
Comme visible sur les figures, le ou chaque second tronçon 27 présente une forme générale coudée, et plus précisément une forme générale en L.
Le second tronçon 27 est avantageusement une tôle emboutie.
Le second tronçon 27, perpendiculairement à une ligne centrale LC, présente des sections de forme générale en U. La ligne centrale LC est illustrée sur la , et présente une forme générale en L.
Typiquement, le ou chaque second tronçon 27 comprend une partie d’extrémité distale 43 d’orientation sensiblement parallèle à l’axe central interne CI.
La partie d’extrémité distale 43 comporte avantageusement une partie plate 45, tournée vers la partie tubulaire externe 13 et fixée à la partie tubulaire externe13.
Elle comporte également des bords dressés distaux 47, se dressant à partir de la partie plate 45 à l’opposé de la partie tubulaire externe 13.
La partie plate 45 est allongée suivant l’axe central interne CI. Les bords dressés distaux 47 sont également allongés suivant l’axe central interne CI et se dressent de part et d’autre de la partie plate 45.
Une telle forme permet commodément de fixer la partie plate 45 à la partie tubulaire externe 13.
Le second tronçon 27 comporte encore une partie d’extrémité proximale 49 sensiblement parallèle au premier tronçon 25.
La partie d’extrémité proximale 49 coopère de manière télescopique avec le premier tronçon 25 et est rigidement fixée au premier tronçon 25.
On entend par là que la partie d’extrémité proximale 49 et le premier tronçon 25 sont emboités l’un dans l’autre et peuvent être translatés l’un par rapport à l’autre suivant la direction principale d, avant fixation du premier tronçon 25 et de la partie d’extrémité proximale 49 l’un à l’autre.
Pour ce faire, la partie d’extrémité proximale 49 présente, perpendiculairement à la direction principale d, une section de forme générale en U, avec un fond proximal 51 encadré par deux bords dressés proximaux 53. On notera que les bords dressés proximaux 53 s’étendent à partir du fond proximal 51 vers le fond interne 7, alors que les bords pliés 33 se dressent à partir de la partie de fond 31 à l’opposé du fond interne 7.
Dans l’exemple représenté, le premier tronçon 25 est engagé à l’intérieur de la partie d’extrémité proximale 49.
En variante, c’est à l’inverse : c’est la partie d’extrémité proximale 49 qui est engagée dans le premier tronçon 25.
La partie d’extrémité proximale 49 et la partie d’extrémité distale 43 sont raccordées l’une à l’autre par une partie intermédiaire coudée 55, elle aussi pliée en U.
Ainsi, le fond intermédiaire 57 de la partie intermédiaire 55 raccorde la partie plate 45 au fond proximal 51, et les bords dressés intermédiaires 59 de la partie intermédiaire 55 raccordent les bords dressés distaux 47 aux bords dressés proximaux 53.
Comme visible sur les figures 2 et 3, le réservoir externe 9 comprend deux demi-réservoirs 61,63 fixés l’un à l’autre le long d’une ligne à contour fermée 65.
Chaque demi-réservoir 61,63 comprend une portion de la partie tubulaire externe 13 et une portion de chaque fond externe 15.
Typiquement, la ligne à contour fermée 65 s’étend sensiblement dans un plan P ( ) contenant l’axe central externe CE.
Elle divise la partie tubulaire externe 13 en deux portions sensiblement symétriques l’une de l’autre par rapport audit plan P. De même, elle divise chaque fond externe 15 en deux parties sensiblement symétriques l’une de l’autre par rapport audit plan P.
Typiquement, les deux demi-réservoirs 61,63 sont soudés, de préférence soudés à clin, le long de la ligne à contour fermée 65.
L’un des demi-réservoirs, ici le demi-réservoir 61, présente, pour le ou chaque bras 23, une zone plane 67 à laquelle est fixée le second tronçon 27 dudit bras 23.
Le réservoir externe 9 présente une forme générale cylindrique.
Plus précisément, la partie tubulaire externe 13, considérée perpendiculairement à l’axe central externe CE, présente une forme circulaire dans les sections ne coupant pas la ou les zones planes 67. Cette section est sensiblement constante le long de l’axe central externe CE, sauf dans les zones de la partie tubulaire externe 13 portant des dépressions 68 permettant de rigidifier la structure.
La ou les zones planes 67 sont formées sur une bosse 69 en saillie vers l’extérieur du réservoir externe 9 par rapport à ladite forme circulaire, comme visible sur la .
Ainsi, les sections de la partie tubulaire externe 13 coupant la ou les zones planes 67 présentent une partie inférieure circulaire, la partie supérieure de la section correspondant à la bosse 69. La ou les zones planes 67 constituent les flancs de la bosse 69, et sont raccordées l’une à l’autre par une surface sommitale 71 sensiblement plane.
Il est à noter que, sur la , la bosse 69 est représentée orientée vers le haut, la ou les zones planes 67 étant elles aussi représentée tournées vers le haut. Sur les figures 2 et 3, la bosse est représentée dans sa position d’utilisation normale, tournée vers le bas.
Ainsi, il existe, entre la bosse 69 et le réservoir interne 3, un espace permettant d’insérer le second tronçon 27 du ou de chaque bras 23.
La ou les surfaces planes 67 s’étendent seulement sur une partie de la longueur du réservoir externe 9. Elles s’étendent typiquement, à partir du fond externe 15, sur moins de 25 % de la longueur du réservoir externe 9, cette longueur étant prise selon l’axe central externe CE. En variante, les surfaces planes 67 peuvent s’étendre sur toute la longueur de la partie tubulaire 13 du réservoir externe 9.
Selon une autre variante non représentée, le demi-réservoir 63 comprend lui aussi une bosse, similaire à la bosse 69. Elle est symétrique de la bosse 69 par rapport au plan P.
Comme illustré sur la , le réservoir externe 9, considéré en section perpendiculairement à l’axe central externe CE hors de la ou chaque zone plane 67, définit un carré exinscrit C.
Ce carré est une forme fictive, tangente par chacun de ses quatre côtés à la surface externe du réservoir externe 9.
La montre que la ou chaque zone plane 67, considérée en section perpendiculairement à l’axe central externe CE, s’inscrit dans ledit carré exinscrit C.
Selon une variante de réalisation non représentée, la partie tubulaire externe 13 présente une surface plane 67 s’inscrivant dans chaque côté du carré exinscrit C.
Comme visible sur la , chaque fond interne 7 présente une zone centrale convexe 73 vers le volume de réception de fluide cryogénique, et une zone périphérique de révolution 75 de forme obtenue en faisant circuler autour de l’axe central interne CI une courbe concave vers le volume de réception de fluide cryogénique.
Ainsi, chaque fond interne 7 présente une forme générale en demi-tore. La zone centrale convexe 73 délimite un orifice 77 pour le passage de l’extrémité 41 du tirant central 39.
La zone périphérique de révolution 75 s’étend sur tout le pourtour de la zone centrale convexe 73.
La courbe concave peut présenter toutes sortes de forme. Par exemple, la courbe a une forme de demi-ovale ou de demi-ellipse, l’ovale ou l’ellipse étant divisé en deux selon son grand axe.
Une telle forme permet d’augmenter la quantité de fluide cryogénique stockée dans le réservoir interne 3.
En effet, les fonds internes 7 ont de ce fait une forme relativement plate, mais résistant bien à la pression interne dans le réservoir interne 3. Une autre possibilité pour former un fond interne résistant bien à la pression serait de choisir un fond interne hémisphérique. Ceci forcerait à raccourcir la longueur de la partie tubulaire interne 5, et donc à diminuer la quantité totale de fluide cryogénique pouvant être reçu dans le volume de réception de fluide cryogénique.
Le volume de réception de fluide cryogénique est également augmenté du fait du faible encombrement axial du dispositif de suspension 19, comme expliqué plus haut.
Dans l’invention, avec un réservoir interne 3 de rayon de 286 millimètres et de longueur totale de 2160 millimètres, le volume de réception de fluide cryogénique a une contenance de 604 litres. Pour le même encombrement, c’est-à-dire le même rayon et la même longueur totale, un réservoir interne avec des fonds internes demi-sphérique et des suspensions par le nez aurait un volume de réception de seulement de 522 litres, l’invention permettant ainsi un gain de 13,7 %.
Le procédé de fabrication de l’unité de stockage décrit ci-dessus va maintenant être détaillé.
Ce procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :
- Obtention du réservoir interne 3 et des demi-réservoirs 61,63 formant le réservoir externe 9 ;
- Fixation du premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 au fond interne 7 du réservoir interne 3 ;
- Dépose du réservoir interne 3 dans l’un des demi-réservoirs 61,63 ;
- Fixation du second tronçon 27 du ou de chaque bras 23 à la portion de la partie tubulaire externe 13 appartenant audit demi-réservoir 61,63 ;
- Dépose de l’autre demi-réservoir 63,61 au-dessus du réservoir interne 3, et fixation des deux demi-réservoir 61,63 l’un à l’autre.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, le réservoir interne 3 est déposé dans le demi-réservoir 61 sur lequel sont ménagées la ou les zones planes 67.
Pour ce faire, le demi-réservoir 61 est posé sur une surface de support. Il est ainsi orienté vers le bas. Pendant l’utilisation normal de l’unité de stockage 1, le demi-réservoir 61 est orienté vers le bas, ou vers le haut ou selon toute autre orientation autour de l’axe central.
La dépose du réservoir interne 3 dans le demi-réservoir 61 est donc facile.
Au cours de ce mouvement, la ou les parties d’extrémités distales 43 des seconds tronçons 27 viennent reposer contre la ou les zones planes 67.
La ou chaque partie d’extrémité distale 43 est fixée à la zone plane 67 correspondante, typiquement par soudage.
Le demi-réservoir 63 est ensuite déposé au-dessus du réservoir interne 3, ce qui permet d’ajuster très facilement à la fois la position des deux demi-réservoirs 61, 63 l’un par rapport à l’autre, et la position du réservoir interne 3 par rapport au demi-réservoir 63.
Le procédé comporte avantageusement une étape d’ajustage de l’assemblage à l’aide de gabarits du ou de chaque second tronçon 27 des bras 23. Cette étape d’ajustage permet de localiser de façon certaine la position du ou des seconds tronçons 27 par rapport au réservoir interne 3, en tenant compte des variations dimensionnelles de celui-ci.
Pour ce faire, l’étape d’ajustage comprend une sous-étape de mesure de la géométrie des zones planes 67, où l’accostage des parties plates 45 va se faire. De plus, l’étape d’ajustage comprend une sous-étape de mesure de la géométrie des parties des premiers et seconds tronçons 25, 27 qui vont être soudées ensemble. Finalement, sachant où devraient être positionnées les parties plates 45 et où devrait être l’extrémité 41 par rapport à la partie de fond 31, l’étape d’ajustage comprend une sous-étape de positionnement des premiers et seconds tronçons 25, 27 l’un par rapport à l’autre, plus précisément de positionnement des bords dressés proximaux 53 par rapport aux bords pliés 33 pour les souder ensemble.
Ceci permet de garantir une bonne coaxialité des réservoirs interne et externe 3, 9.
Il est à noter que la conception de la présente unité de stockage permet d’ajuster souplement la longueur des bras 23, en fonction des besoins.
Les bras 23 peuvent être allongés notamment en prolongeant les parties d’extrémités distales 43 en longueur, parallèlement à l’axe central CI.
Ceci revient à décaler le point de fixation du bras 23 à la partie tubulaire externe 13 plus loin du fond interne 7. Ceci peut se faire facilement, seul un allongement de la bosse 69 étant nécessaire.
Une autre possibilité est de déplacer le point de fixation du premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 par rapport au fond interne 7.
Dans l’exemple décrit sur les figures 1 à 6, ce point de fixation correspond à l’extrémité 41 du tirant central 39, et est situé au centre géométrique du fond interne 7.
Il est possible, comme illustré sur la , de prévoir que le premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 est rigidement fixé directement au fond interne 7, en un point de fixation 79.
Le point de fixation 79 ne correspond pas au centre géométrique du fond interne 7. Il est plus éloigné du second tronçon 27 que le centre géométrique du fond interne 7. Il est situé sur la moitié du fond interne 7 située à l’opposé du second tronçon 27.
Claims (14)
- Unité de stockage d’un fluide cryogénique, l’unité de stockage (1) comprenant :
- un réservoir interne (3), délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique, le réservoir interne (3) comprenant une partie tubulaire interne (5) ayant un axe central interne (CI), et deux fonds internes (7) fermant la partie tubulaire interne (5) à des extrémités axiales opposées ;
- un réservoir externe (9), le réservoir interne (3) étant logé dans le réservoir externe (9), un espace intermédiaire (11) étant ménagé entre le réservoir interne (3) et le réservoir externe (9), le réservoir externe (9) comprenant une partie tubulaire externe (13) ayant un axe central externe (CE), et deux fonds externes (15) fermant la partie tubulaire externe (13) à des extrémités axiales opposées ;
- une isolation thermique (17) agencé dans l’espace intermédiaire (11) ;
- un dispositif (19) de suspension du réservoir interne (3) au réservoir externe (9), comprenant une suspension métallique (21) solidarisant l’un des fonds internes (7) à la partie tubulaire externe (13), la suspension métallique (21) comprenant au moins un bras (23), le ou chaque bras (23) comprenant un premier tronçon (25) agencé en vis-à-vis dudit fond interne (7) et rigidement fixé audit fond interne (7), et un second tronçon (27) engagé entre la partie tubulaire interne (5) et la partie tubulaire externe (13) et rigidement fixée à la partie tubulaire externe (13). - Unité de Stockage selon la revendication 1, dans lequel la suspension métallique (21) comprend deux bras (23), les seconds tronçons (27) respectifs des deux bras (23) étant décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour de l’axe central interne (CI).
- Unité de stockage selon la revendication 2, dans lequel les premiers tronçons (25) respectifs des deux bras (23) forment une pièce en V (29).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le ou chaque second tronçon (27) comprend une partie d’extrémité distale (43) d’orientation sensiblement parallèle à l’axe central interne (CI).
- Unité de stockage selon la revendication 4, dans lequel le ou chaque second tronçon (27) est une tôle emboutie, la partie d’extrémité distale (43) comportant une partie plate (45) tournée vers la partie tubulaire externe (13) et fixée à la partie tubulaire externe (13), et des bords dressés distaux (47) se dressant à partir de la partie plate (45) à l’opposé de la partie tubulaire externe (13).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le ou chaque premier tronçon (25) est une tôle emboutie comportant une partie de fond (31) tournée vers le fond interne (7) et fixée au fond interne (7), et des bords pliés (33) se dressant à partir de la partie de fond (31) à l’opposé du fond interne (7).
- Unité de stockage selon la revendication 6, dans lequel le second tronçon (27) comprend une partie d’extrémité proximale (49) sensiblement parallèle au premier tronçon (25), coopérant de manière télescopique avec le premier tronçon (25), et rigidement fixée au premier tronçon (25).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le réservoir externe (9) comprend deux demi-réservoirs (61, 63) rigidement fixés l’un à l’autre le long d’une ligne à contour fermé (65), chaque demi-réservoir (61, 63) comprenant une portion de la partie tubulaire externe (13) et une portion de chaque fond externe (15).
- Unité de stockage selon la revendication 8, dans lequel l’un des demi-réservoirs (61, 63) présente, pour le ou chaque bras (23), une zone plane (67) à laquelle est fixé le second tronçon (27) dudit bras (23).
- Unité de stockage selon la revendication 9, dans lequel le réservoir externe (9), considéré en section perpendiculairement à l’axe central externe (CE) hors de la ou chaque zone plane (67), définit un carré exinscrit (C), la ou chaque zone plane (67), considérée en section perpendiculairement à l’axe central externe (CE), s’inscrivant dans ledit carré exinscrit (C).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque fond interne (7) présente une zone centrale convexe (73) vers le volume de réception de fluide cryogénique et une zone périphérique de révolution (75) de forme obtenue en faisant circuler autour de l’axe central interne (CI) une courbe concave vers le volume de réception de fluide cryogénique.
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le réservoir interne (3) comprend un tirant central (39) ayant des extrémités (41) opposées, solidaires des deux fonds internes (7), le premier tronçon (25) du ou de chaque bras (23) étant rigidement fixé au tirant central (39).
- Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le premier tronçon (25) du ou de chaque bras (23) est rigidement fixé directement en un point de fixation (79) du fond interne (7), ledit point de fixation (79) étant relativement plus éloigné du second tronçon (27) qu’un centre géométrique du fond interne (7).
- Procédé de fabrication d’une unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
- obtention du réservoir interne (3) et des demi-réservoirs (61, 63) formant le réservoir externe (9) ;
- fixation du premier tronçon (25) du ou de chaque bras (23) au fond interne (7) du réservoir interne (3) ;
- dépose du réservoir interne (3) dans l’un des demi-réservoirs (61, 63) ;
- fixation du second tronçon (27) du ou de chaque bras (23) à la portion de la partie tubulaire externe (13) appartenant audit demi-réservoir (61,63) ;
- dépose de l’autre demi-réservoir (61,63) au-dessus du réservoir interne (3) et fixation des deux demi-réservoirs (61, 63) l’un à l’autre.
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2022
- 2022-12-20 WO PCT/EP2022/087049 patent/WO2023118180A1/fr unknown
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