FR3136710A1 - Polymorphic tanks and corresponding manufacturing processes - Google Patents
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Abstract
Réservoir (1) pour un appareil de transport tel qu’un véhicule automobile, un aéronef ou un bateau, comprenant un corps qui délimite une cavité (4) destinée à contenir un fluide, notamment un gaz, le corps comprenant des parois (5-7) formant une enveloppe (2) du réservoir (1) et un ou plusieurs renforts (3), chacun des renforts (3) reliant l’une à l’autre deux desdites parois (5, 6) disposées en vis-à-vis l’une par rapport à l’autre. Procédé de fabrication d’un tel réservoir (1). Figure pour l’abrégé : Fig. 1Tank (1) for a transport device such as a motor vehicle, an aircraft or a boat, comprising a body which delimits a cavity (4) intended to contain a fluid, in particular a gas, the body comprising walls (5- 7) forming an envelope (2) of the tank (1) and one or more reinforcements (3), each of the reinforcements (3) connecting two of said walls (5, 6) arranged opposite each other screw in relation to each other. Process for manufacturing such a tank (1). Figure for abstract: Fig. 1
Description
L’invention se rapporte au domaine du stockage de fluide, notamment d’un fluide formant un carburant contenu dans un réservoir d’un appareil de transport tel qu’un véhicule automobile, un aéronef, un bateau, ou tout autre matériel mobile.The invention relates to the field of fluid storage, in particular a fluid forming a fuel contained in a tank of a transport device such as a motor vehicle, an aircraft, a boat, or any other mobile equipment.
L’invention présente un intérêt particulier, nullement limitatif, dans le secteur des véhicules utilisant du gaz en tant que carburant.The invention is of particular interest, in no way limiting, in the sector of vehicles using gas as fuel.
Dans le secteur du transport, l’utilisation de gaz comme carburant permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre.In the transport sector, the use of gas as fuel helps reduce greenhouse gas emissions.
Compte tenu du faible espace disponible pour stocker du carburant dans les appareils de transport contemporains et futurs, une solution consiste à utiliser non pas un unique réservoir aussi grand que possible mais plusieurs petits réservoirs.Given the limited space available for storing fuel in contemporary and future transportation devices, one solution is to use not a single tank as large as possible but several small tanks.
L’utilisation de plusieurs réservoirs de dimension restreinte permet notamment de réduire les contraintes mécaniques exercées par le fluide stocké sur les réservoirs, et donc de réduire l’épaisseur de leur coque.The use of several tanks of restricted size makes it possible in particular to reduce the mechanical stresses exerted by the fluid stored on the tanks, and therefore to reduce the thickness of their shell.
Il existe toutefois un besoin d’augmenter le volume utile de stockage de fluide compte tenu de l’espace effectivement disponible pour placer le ou les réservoirs.However, there is a need to increase the useful fluid storage volume taking into account the space actually available to place the tank(s).
L’invention vise à procurer une solution permettant de stocker un fluide sous pression en maximisant le volume utile de stockage tout en réduisant les risques résultant de la pression exercée par le fluide ainsi stocké.The invention aims to provide a solution for storing a fluid under pressure by maximizing the useful storage volume while reducing the risks resulting from the pressure exerted by the fluid thus stored.
A cet effet, l’invention a pour objet un réservoir pour un appareil de transport tel qu’un véhicule automobile, un aéronef ou un bateau, comprenant un corps qui délimite une cavité destinée à contenir un fluide, notamment un gaz, le corps comprenant des parois formant une enveloppe du réservoir. Selon l’invention, le corps comprend un ou plusieurs renforts, chacun des renforts reliant l’une à l’autre deux desdites parois disposées en vis-à-vis l’une par rapport à l’autre.To this end, the subject of the invention is a reservoir for a transport device such as a motor vehicle, an aircraft or a boat, comprising a body which delimits a cavity intended to contain a fluid, in particular a gas, the body comprising walls forming an envelope of the tank. According to the invention, the body comprises one or more reinforcements, each of the reinforcements connecting two of said walls arranged opposite each other.
L’encombrement du réservoir, c’est-à-dire le volume total qu’il occupe dans l’espace, est principalement déterminé par la géométrie de son enveloppe et donc par la géométrie desdites parois, lesquelles désignent différentes parties de l’enveloppe qui peuvent constituer ensemble une pièce unique, monolithique. En particulier et de manière astucieuse, les renforts peuvent rester totalement contenus dans ce volume.The size of the tank, that is to say the total volume that it occupies in space, is mainly determined by the geometry of its envelope and therefore by the geometry of said walls, which designate different parts of the envelope which can together constitute a single, monolithic piece. In particular and in a clever way, the reinforcements can remain completely contained in this volume.
Selon l’agencement proposé, les renforts occupent un espace du réservoir qui pourrait constituer une partie supplémentaire de la cavité de stockage de fluide. Cependant, une telle disposition des renforts permet d’améliorer la résistance mécanique de l’enveloppe et de conférer les propriétés mécaniques requises au réservoir, dont l’enveloppe peut présenter une très grande diversité de géométries.According to the proposed arrangement, the reinforcements occupy a space in the tank which could constitute an additional part of the fluid storage cavity. However, such an arrangement of reinforcements makes it possible to improve the mechanical resistance of the envelope and to confer the required mechanical properties to the tank, the envelope of which can have a very wide variety of geometries.
L’invention permet ainsi de réaliser un réservoir polymorphe, optimisant le volume de stockage de fluide formé par la cavité compte tenu de l’espace effectivement disponible dans le véhicule qu’il est destiné à équiper.The invention thus makes it possible to produce a polymorphic reservoir, optimizing the fluid storage volume formed by the cavity taking into account the space actually available in the vehicle that it is intended to equip.
Ce volume de stockage peut ainsi être supérieur à celui qui serait constitué par un réservoir cylindrique conventionnel, ou par un assemblage de réservoirs conventionnels et permet d’éliminer les connections entre réservoirs ainsi que les risques associés à un tel assemblage.This storage volume can thus be greater than that which would be constituted by a conventional cylindrical tank, or by an assembly of conventional tanks and makes it possible to eliminate the connections between tanks as well as the risks associated with such an assembly.
En fonction de la forme de l’espace disponible pour le réservoir, ce dernier peut comprendre une géométrie relativement simple, par exemple une forme globalement parallélépipédique ou d’autres formes élémentaires, ou comprendre plusieurs parties dont certaines au moins présentent une géométrie relativement simple. Le réservoir peut aussi comprendre des parties de forme plus complexe, en définissant par exemple des parois ou surfaces convexes ou concaves et/ou des parois ou surfaces respectivement orientées selon différentes directions de l’espace.Depending on the shape of the space available for the tank, the latter may comprise a relatively simple geometry, for example a generally parallelepiped shape or other elementary shapes, or comprise several parts, at least some of which have a relatively simple geometry. The tank can also include parts of more complex shape, for example defining convex or concave walls or surfaces and/or walls or surfaces respectively oriented in different directions of space.
Les renforts permettent de solidariser différentes parties de l’enveloppe, en l’occurrence les parois qu’ils relient, de manière à renforcer localement la résistance mécanique du réservoir.The reinforcements make it possible to join together different parts of the envelope, in this case the walls that they connect, so as to locally reinforce the mechanical resistance of the tank.
L’invention permet ainsi d’améliorer à la fois la compacité, le volume de stockage et la résistance mécanique du réservoir.The invention thus makes it possible to improve both the compactness, the storage volume and the mechanical resistance of the tank.
Dans un mode de réalisation, les renforts sont venus de matière avec l’enveloppe.In one embodiment, the reinforcements come integrally with the envelope.
Autrement dit, les renforts peuvent former un prolongement continu de matière avec l’enveloppe, en particulier avec les parois qu’ils relient.In other words, the reinforcements can form a continuous extension of material with the envelope, in particular with the walls that they connect.
De manière générale, chacun des renforts peut présenter une direction de liaison le long de laquelle il s’étend.Generally speaking, each of the reinforcements can have a connection direction along which it extends.
La direction de liaison de chacun des renforts peut être perpendiculaire ou oblique par rapport à l’une et/ou l’autre des premières parois qui sont reliées l’une à l’autre par ce renfort.The direction of connection of each of the reinforcements can be perpendicular or oblique with respect to one and/or the other of the first walls which are connected to each other by this reinforcement.
A titre d’exemple non limitatif, dans le cas d’un renfort reliant l’une à l’autre deux parois parallèles l’une à l’autre, la direction de liaison de ce renfort peut être perpendiculaire par rapport à chacun de ces parois. Dans le cas d’un renfort reliant l’une à l’autre deux parois obliques l’une par rapport à l’autre, la direction de liaison de ce renfort peut être perpendiculaire par rapport à l’une de ces parois et oblique par rapport à l’autre de ces parois.By way of non-limiting example, in the case of a reinforcement connecting two walls parallel to each other, the direction of connection of this reinforcement can be perpendicular to each of these walls. In the case of a reinforcement connecting two walls oblique to each other, the direction of connection of this reinforcement can be perpendicular to one of these walls and oblique by relation to the other of these walls.
Dans un mode de réalisation, chacun des renforts, ou l’un au moins parmi eux, forme une surface externe circonférentiellement fermée autour de la direction de liaison.In one embodiment, each of the reinforcements, or at least one among them, forms an external surface circumferentially closed around the direction of connection.
De préférence, l’intégralité de cette surface externe, ou au moins une partie d’entre elle, délimite la cavité.Preferably, the entirety of this external surface, or at least part of it, delimits the cavity.
Dans un mode de réalisation, chacun des renforts, ou l’un au moins parmi eux, forme une surface interne délimitant un espace creux.In one embodiment, each of the reinforcements, or at least one among them, forms an internal surface delimiting a hollow space.
De préférence, cet espace creux définit une ouverture qui traverse le réservoir selon la direction de liaison.Preferably, this hollow space defines an opening which passes through the tank in the connection direction.
Autrement dit, un renfort donné peut être formé par une paroi qui forme un solide de révolution ou plus généralement par un solide fermé autour de la direction de liaison qu’il constitue.In other words, a given reinforcement can be formed by a wall which forms a solid of revolution or more generally by a solid closed around the direction of connection that it constitutes.
A titre d’exemple non limitatif, un tel renfort peut présenter une géométrie globalement annulaire ou tronconique, qui peut être différente sur différents tronçons du renfort le long de la direction de liaison.By way of non-limiting example, such a reinforcement may have a generally annular or frustoconical geometry, which may be different on different sections of the reinforcement along the connection direction.
Un réservoir comprenant des renforts formant de tels espaces creux peut ainsi former une structure alvéolaire, l’enveloppe délimitant un volume comprenant la cavité de stockage de fluide traversée par des alvéoles formées par les espaces creux des renforts.A tank comprising reinforcements forming such hollow spaces can thus form a cellular structure, the envelope delimiting a volume comprising the fluid storage cavity crossed by cells formed by the hollow spaces of the reinforcements.
Un renfort pourvu d’un tel espace creux permet à la fois de remplir sa fonction de tenue mécanique, de réduire la masse du réservoir et, lorsque l’espace creux forme une ouverture traversant le réservoir, de constituer des espaces vides dans lesquels peuvent être logés des éléments annexes tels que des éléments de fixation du réservoir.A reinforcement provided with such a hollow space makes it possible both to fulfill its mechanical strength function, to reduce the mass of the tank and, when the hollow space forms an opening passing through the tank, to form empty spaces in which can be housed additional elements such as tank fixing elements.
Dans un mode de réalisation, la direction de liaison d’un ou plusieurs desdits renforts est perpendiculaire ou oblique par rapport à la direction de liaison d’un ou plusieurs autres desdits renforts.In one embodiment, the connection direction of one or more of said reinforcements is perpendicular or oblique relative to the connection direction of one or more other of said reinforcements.
Notamment, de manière non limitative, certains renforts peuvent relier entre elles deux parois du réservoir qui s’étendent par exemple parallèlement à une première direction de référence tandis que d’autres renforts peuvent relier entre elles deux parois du réservoir qui s’étendent dans cet exemple parallèlement à une deuxième direction de référence oblique ou perpendiculaire par rapport à la première direction de référence.In particular, in a non-limiting manner, certain reinforcements can connect two walls of the tank which extend for example parallel to a first reference direction while other reinforcements can connect two walls of the tank which extend in this direction. example parallel to a second reference direction oblique or perpendicular to the first reference direction.
Dans un mode de réalisation, chacun des renforts, ou l’un au moins parmi eux, comprend une première partie d’extrémité solidaire de l’une desdites parois qu’il relie, une deuxième partie d’extrémité solidaire de l’autre desdites parois qu’il relie et une partie centrale s’étendant entre la première partie d’extrémité et la deuxième partie d’extrémité.In one embodiment, each of the reinforcements, or at least one among them, comprises a first end part secured to one of said walls which it connects, a second end part secured to the other of said walls that it connects and a central part extending between the first end part and the second end part.
A titre d’exemple non limitatif, la partie centrale peut avoir une géométrie tubulaire.As a non-limiting example, the central part may have a tubular geometry.
La première partie d’extrémité et/ou la deuxième partie d’extrémité peuvent présenter chacune une dimension croissante en allant de la partie centrale vers la première paroi à laquelle elle est respectivement reliée.The first end part and/or the second end part can each have an increasing dimension going from the central part towards the first wall to which it is respectively connected.
Une telle géométrie des parties d’extrémité permet de réduire les contraintes de cisaillement introduites par la pression interne du réservoir.Such a geometry of the end parts makes it possible to reduce the shear stresses introduced by the internal pressure of the tank.
De préférence, les parois et/ou les renforts comprennent un matériau choisi parmi des thermoplastiques, tels que le polyéthylène, le polyamide, le polyuréthane, des thermodurcissables, et des résines biosourcées.Preferably, the walls and/or reinforcements comprise a material chosen from thermoplastics, such as polyethylene, polyamide, polyurethane, thermosets, and biosourced resins.
Entre autres avantages de ces matériaux, le thermoplastique notamment permet de conférer au corps du réservoir des propriétés de souplesses et de résistance.Among other advantages of these materials, thermoplastic in particular makes it possible to give the body of the tank flexibility and resistance properties.
L’invention a aussi pour objet un appareil de transport tel qu’un véhicule automobile, un aéronef ou un bateau, comprenant un ou plusieurs réservoirs tels que définis ci-dessus.The invention also relates to a transport device such as a motor vehicle, an aircraft or a boat, comprising one or more tanks as defined above.
Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un réservoir tel que défini ci-dessus.According to another aspect, the invention relates to a method of manufacturing a tank as defined above.
Ce procédé comprend de préférence une étape d’assemblage d’éléments de matière de manière à former un prolongement continu de matière entre l’enveloppe et le ou les renforts.This method preferably comprises a step of assembling elements of material so as to form a continuous extension of material between the envelope and the reinforcement(s).
De manière non limitative, l’assemblage peut être réalisé par moulage, par exemple par rotation et/ou par extrusion et soufflage.In a non-limiting manner, the assembly can be carried out by molding, for example by rotation and/or by extrusion and blowing.
Dans un mode de réalisation, le corps du réservoir est fabriqué d’une seule pièce.In one embodiment, the body of the tank is manufactured in one piece.
Alternativement, le corps du réservoir peut être fabriqué par assemblage de plusieurs pièces préalablement fabriquées.Alternatively, the tank body can be manufactured by assembling several previously manufactured parts.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the detailed, non-limiting description which follows.
La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :The detailed description which follows refers to the appended drawings in which:
Les figures 1 à 4 comprennent un référentiel définissant trois directions D1, D2 et D3 orthogonales entre elles. Dans cet exemple, D1 est une direction longitudinale, D2 une direction verticale et D3 une direction transversale.Figures 1 to 4 include a frame of reference defining three mutually orthogonal directions D1, D2 and D3. In this example, D1 is a longitudinal direction, D2 a vertical direction and D3 a transverse direction.
Il est représenté sur la
Dans cet exemple nullement limitatif, le réservoir 1 est destiné à équiper un véhicule automobile afin de lui fournir du carburant.In this non-limiting example, the tank 1 is intended to equip a motor vehicle in order to supply it with fuel.
En référence à la
A titre indicatif, la hauteur selon D2 du réservoir 1 peut être d’environ 100 mm.As an indication, the height according to D2 of tank 1 can be approximately 100 mm.
La dimension du réservoir 1 selon la direction transversale D3, ou largeur, varie le long de la direction D1. En partant de l’extrémité longitudinale située vers la gauche et le bas de la
Le réservoir 1 comprend dans cet exemple un corps formant une enveloppe 2, aussi appelée « coque », ainsi que des renforts 3.In this example, the tank 1 comprises a body forming an envelope 2, also called a “shell”, as well as reinforcements 3.
L’enveloppe 2 délimite des contours extérieurs d’une cavité 4 destinée à contenir un fluide sous pression qui constitue dans cet exemple ledit carburant.The envelope 2 delimits the external contours of a cavity 4 intended to contain a fluid under pressure which constitutes said fuel in this example.
Dans cet exemple, la cavité 4 est destinée à contenir un fluide, gaz ou liquide, ayant une pression de l’ordre de 300 MPa.In this example, cavity 4 is intended to contain a fluid, gas or liquid, having a pressure of around 300 MPa.
L’enveloppe 2 est formée de différentes parois 5-7, aussi appelées « peaux », qui sont dans cet exemple réalisées d’une seule pièce (voir plus loin ci-dessous), de manière à former une coque monolithique.The envelope 2 is formed of different walls 5-7, also called “skins”, which are in this example made in one piece (see further below), so as to form a monolithic shell.
En référence à la
La paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 6 sont éloignées l’une de l’autre selon la direction D2 de manière à définir d’une part la hauteur du réservoir 1, qui correspond à la distance selon D2 entre une surface externe de la paroi inférieure 5 et une surface externe de la paroi supérieure 6 et, d’autre part, une hauteur de la cavité 4 qui correspond à la distance selon D2 entre une surface interne de la paroi inférieure 5 et une surface interne de la paroi supérieure 6.The lower wall 5 and the upper wall 6 are spaced apart from each other in the direction D2 so as to define on the one hand the height of the tank 1, which corresponds to the distance along D2 between an external surface of the wall lower 5 and an external surface of the upper wall 6 and, on the other hand, a height of the cavity 4 which corresponds to the distance along D2 between an internal surface of the lower wall 5 and an internal surface of the upper wall 6.
Dans cet exemple, les parois 5 et 6 sont parallèles, en vis-à-vis l’une de l’autre, et les parois latérales 7 relient les parois 5 et 6 l’une à l’autre de manière à former des bords arrondis du réservoir 1.In this example, the walls 5 and 6 are parallel, facing each other, and the side walls 7 connect the walls 5 and 6 to each other so as to form edges rounding of tank 1.
Le réservoir 1 comprend par ailleurs un organe de remplissage 8 présentant dans cet exemple une géométrie tubulaire et étant solidaire de l’une des parois latérales 7.The reservoir 1 also comprises a filling member 8 having in this example a tubular geometry and being integral with one of the side walls 7.
L’organe 8 est configuré pour établir une communication fluidique entre la cavité 4 et l’extérieur du réservoir 1, en vue de son remplissage ou d’un prélèvement du fluide qu’il contient.The member 8 is configured to establish fluid communication between the cavity 4 and the exterior of the reservoir 1, with a view to filling it or sampling the fluid it contains.
Les renforts 3 sont dans cet exemple configurés pour relier l’une à l’autre les parois 5 et 6, de sorte à renforcer la résistance mécanique de l’enveloppe 2 et donc du réservoir 1, compte tenu notamment des pressions et des dépressions qu’il subit lors de son utilisation.The reinforcements 3 are in this example configured to connect the walls 5 and 6 to each other, so as to reinforce the mechanical resistance of the envelope 2 and therefore of the tank 1, taking into account in particular the pressures and depressions that it suffers during its use.
En référence à la
Il va maintenant être décrit la géométrie d’un renfort 3 en référence au deuxième renfort 3 en partant de la droite de la
Le renfort 3 comprend une partie centrale 11, une partie d’extrémité inférieure 12 reliée à la paroi 5 et une partie d’extrémité supérieure 13 reliée à la paroi 6.The reinforcement 3 comprises a central part 11, a lower end part 12 connected to the wall 5 and an upper end part 13 connected to the wall 6.
La partie centrale 11 a une géométrie cylindrique et présente un axe de symétrie qui correspond à la direction D4.The central part 11 has a cylindrical geometry and has an axis of symmetry which corresponds to the direction D4.
La partie d’extrémité inférieure 12 présente une géométrie évasée, en l’occurrence une dimension croissante depuis l’extrémité de la partie centrale 11 à laquelle elle est reliée vers la paroi 5. De manière analogue, la partie d’extrémité supérieure 13 présente également une géométrie évasée en ayant une dimension croissante depuis l’extrémité de la partie centrale 11 à laquelle elle est reliée vers la paroi 6.The lower end part 12 has a flared geometry, in this case an increasing dimension from the end of the central part 11 to which it is connected towards the wall 5. Similarly, the upper end part 13 has also a flared geometry having an increasing dimension from the end of the central part 11 to which it is connected towards the wall 6.
Dans cet exemple, la partie centrale 11 et les parties d’extrémité 12 et 13 définissent radialement à l’intérieur par rapport à la direction D4 un espace creux 14 qui traverse le réservoir 1 selon la direction D4 (visible sur la
La paroi constituée par ces différentes parties 11, 12 et 13 du renfort 3 s’étend ainsi circonférentiellement autour de la direction de liaison D4 en définissant une surface interne et une surface externe.The wall constituted by these different parts 11, 12 and 13 of the reinforcement 3 thus extends circumferentially around the connection direction D4 by defining an internal surface and an external surface.
La surface interne du renfort 3 délimite ledit espace creux 14. Dans cet exemple, cette surface interne du renfort 3 est reliée à, ou débouche sur, la surface externe des parois 5 et 6.The internal surface of the reinforcement 3 delimits said hollow space 14. In this example, this internal surface of the reinforcement 3 is connected to, or opens onto, the external surface of the walls 5 and 6.
La surface externe du renfort 3 est une surface circonférentiellement fermée autour de la direction D4 et l’intégralité de cette surface externe délimite la cavité 4 du réservoir 1. Autrement dit, la cavité 4 s’étend tout autour du renfort 3.The external surface of the reinforcement 3 is a circumferentially closed surface around the direction D4 and the entirety of this external surface delimits the cavity 4 of the tank 1. In other words, the cavity 4 extends all around the reinforcement 3.
Dans cet exemple, le renfort 3 forme ainsi un puits qui traverse la cavité 4.In this example, reinforcement 3 thus forms a well which passes through cavity 4.
Les autres renforts 3 représentés sur la
En référence à la
Bien entendu, la géométrie, la position et le nombre de renforts 3 peut être modifiée sans sortir du cadre de l’invention, en fonction de la répartition des efforts dans le réservoir 2 lors de son utilisation, qui dépend en particulier de la géométrie de l’enveloppe 2.Of course, the geometry, position and number of reinforcements 3 can be modified without departing from the scope of the invention, depending on the distribution of forces in the tank 2 during its use, which depends in particular on the geometry of envelope 2.
Dans cet exemple, l’enveloppe 2 et les renforts 3 comprennent un matériau thermoplastique.In this example, the envelope 2 and the reinforcements 3 comprise a thermoplastic material.
Chacun des renforts 3 de la
De manière optionnelle, l’enveloppe 2 et/ou les renforts 3 peuvent aussi comprendre des charges ou fibres techniques afin d’augmenter la tenue aux efforts de pression engendrés par le fluide. De manière non limitative, la matrice thermoplastique peut être renforcée par des charges minérales ou fibreuses, par des filaments de verre, de carbone, d’aramide, de basalte, ou encore par des fibres végétales, de manière à réaliser une contexture fibreuse. De telles charges ou fibres peuvent être intégrées dans la matrice thermoplastique par exemple par tissage, tressage, roto-moulage, soufflage ou encore par injection.Optionally, the envelope 2 and/or the reinforcements 3 can also include technical fillers or fibers in order to increase resistance to pressure forces generated by the fluid. In a non-limiting manner, the thermoplastic matrix can be reinforced by mineral or fibrous fillers, by filaments of glass, carbon, aramid, basalt, or even by plant fibers, so as to produce a fibrous texture. Such fillers or fibers can be integrated into the thermoplastic matrix for example by weaving, braiding, roto-molding, blowing or even by injection.
Les renforts 3 et/ou l’enveloppe 2 peuvent comprendre un additif afin d’améliorer l’adhésion avec la base retenue et/ou être dopés d’adjuvants, par exemple sous forme de nanoparticules, afin de renforcer les propriétés d’étanchéité, la tenue mécanique et/ou la résistance à la pression du réservoir 1.The reinforcements 3 and/or the envelope 2 may include an additive in order to improve adhesion with the retained base and/or be doped with adjuvants, for example in the form of nanoparticles, in order to reinforce the sealing properties, the mechanical strength and/or resistance to pressure of tank 1.
En variante, l’enveloppe 2 et/ou les renforts 3 peuvent être fabriqués par dépôt, par exemple par roto-moulage, de plusieurs couches de matériaux thermoplastiques différents qui, agglomérées les unes aux autres, assurent de meilleures propriétés d’étanchéité ou mécaniques.Alternatively, the envelope 2 and/or the reinforcements 3 can be manufactured by deposition, for example by roto-molding, of several layers of different thermoplastic materials which, agglomerated together, ensure better sealing or mechanical properties. .
Des procédés de fabrication d’un tel réservoir 1 sont décrits plus loin ci-dessous à titre d’exemple.Methods for manufacturing such a tank 1 are described further below by way of example.
La
Dans cet exemple, le réservoir 1 a une dimension selon la direction D2 relativement plus grande que la hauteur du réservoir de la
La partie supérieure de l’enveloppe 2 comprend plusieurs parois supérieures 61-65 en vis-à-vis de la paroi inférieure 5 ainsi que deux parois transversales 71.The upper part of the envelope 2 comprises several upper walls 61-65 facing the lower wall 5 as well as two transverse walls 71.
Les parois supérieures 61, 63 et 65 sont parallèles à la paroi inférieure 5 tandis que les parois supérieures 62 et 64 sont inclinées par rapport aux parois 61, 63 et 65 de manière à créer en renflement du réservoir 1 au niveau de sa partie longitudinale centrale.The upper walls 61, 63 and 65 are parallel to the lower wall 5 while the upper walls 62 and 64 are inclined relative to the walls 61, 63 and 65 so as to create a bulge in the tank 1 at its central longitudinal part. .
En particulier, la distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 63 est supérieure à la distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et les parois supérieures 61 et 65. La distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 62 évolue de manière monotone selon D1 de manière à réaliser une transition entre les parois supérieures 61 et 63. De même, la distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 64 évolue de manière monotone selon D1 de manière à réaliser une transition entre les parois supérieures 63 et 65.In particular, the distance along D2 between the lower wall 5 and the upper wall 63 is greater than the distance along D2 between the lower wall 5 and the upper walls 61 and 65. The distance along D2 between the lower wall 5 and the upper wall 62 evolves monotonically along D1 so as to achieve a transition between the upper walls 61 and 63. Likewise, the distance along D2 between the lower wall 5 and the upper wall 64 evolves monotonically along D1 so as to achieve a transition between the upper walls 63 and 65.
A titre indicatif, la hauteur maximale du réservoir 1, c’est-à-dire la distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 63, peut être d’environ 150 mm.As an indication, the maximum height of tank 1, that is to say the distance along D2 between the lower wall 5 and the upper wall 63, can be approximately 150 mm.
Concernant lesdites parois transversales 71, dont une seule est visible sur la
Les renforts 3 comprennent d’une part des renforts 31 analogues à ceux du réservoir de la
Les renforts 3 comprennent d’autre part des renforts 32 qui relient l’une à l’autre les parois transversales 71 et qui présentent en l’occurrence une direction de liaison perpendiculaire par rapport à ces parois 71 et par rapport à la direction de liaison des renforts 31.The reinforcements 3 also comprise reinforcements 32 which connect the transverse walls 71 to each other and which in this case have a direction of connection perpendicular to these walls 71 and to the direction of connection reinforcements 31.
Les renforts 3 du réservoir 1 de la
La
La partie supérieure de l’enveloppe 2 comprend deux parois supérieures 66 et 67 en vis-à-vis de la paroi inférieure 5, deux parois longitudinales inférieures 72 et deux parois longitudinales supérieures 73.The upper part of the envelope 2 comprises two upper walls 66 and 67 facing the lower wall 5, two lower longitudinal walls 72 and two upper longitudinal walls 73.
Les parois supérieures 66 et 67 sont parallèles à la paroi inférieure 5.The upper walls 66 and 67 are parallel to the lower wall 5.
La distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 66 est supérieure à la distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 67, formant un réservoir étagé.The distance along D2 between the lower wall 5 and the upper wall 66 is greater than the distance along D2 between the lower wall 5 and the upper wall 67, forming a stepped tank.
A titre indicatif, la hauteur maximale du réservoir 1, c’est-à-dire la distance selon D2 entre la paroi inférieure 5 et la paroi supérieure 66, peut être d’environ 150 mm.As an indication, the maximum height of tank 1, that is to say the distance along D2 between the lower wall 5 and the upper wall 66, can be approximately 150 mm.
Les parois longitudinales inférieures 72, dont une seule est visible sur la
L’une des parois longitudinales supérieures 73 assurent la liaison entre l’une des parois longitudinales inférieures 72 et la paroi supérieure 66, tandis que l’autre paroi longitudinale supérieure 73 (non visible sur la
Les parois longitudinales supérieures 73 sont en vis-à-vis l’une de l’autre et s’étendent selon un plan légèrement oblique par rapport au plan D2-D3.The upper longitudinal walls 73 face each other and extend along a plane slightly oblique to the plane D2-D3.
Les renforts 3 comprennent d’une part des renforts 31 analogues aux renforts 31 du réservoir de la
Les renforts 3 comprennent d’autre part des renforts 32 analogues aux renforts 32 du réservoir de la
Dans ce mode de réalisation, les renforts 3 comprennent aussi des renforts 33 dont certains relient l’une à l’autre les deux parois longitudinales inférieures 72 et d’autres relient l’une à l’autre les deux parois longitudinales supérieures 73.In this embodiment, the reinforcements 3 also include reinforcements 33, some of which connect the two lower longitudinal walls 72 to each other and others which connect the two upper longitudinal walls 73 to each other.
Les renforts 3 du réservoir 1 de la
L’invention permet ainsi de créer des réservoirs polymorphes pouvant comprendre un réseau de renforts multi-axiaux / multi-directionnels.The invention thus makes it possible to create polymorphic reservoirs that can include a network of multi-axial/multi-directional reinforcements.
Il va maintenant être décrit des exemples non limitatifs de procédés de fabrication de réservoirs conformes à l’invention.Non-limiting examples of methods of manufacturing tanks conforming to the invention will now be described.
Des renforts 3 du type puits, par exemple ceux du réservoir 1 de la
Lesdits éléments de matière comprennent d’une part une pièce 101 comprenant une partie centrale 102 et deux parties d’extrémités 103 et 104 et, d’autre part, des éléments de paroi 105 et 106.Said material elements comprise, on the one hand, a part 101 comprising a central part 102 and two end parts 103 and 104 and, on the other hand, wall elements 105 and 106.
La pièce 101 est dans cet exemple préfabriquée par usinage, injection, roto-moulage ou encore extrusion-soufflage.Part 101 is in this example prefabricated by machining, injection, roto-molding or even extrusion-blowing.
L’outillage comprend un moule pourvu de coquilles extérieures 111 et 112, des têtes de puits 113 et 114, un axe de centrage 115 et une tige de maintien 116.The tooling includes a mold provided with outer shells 111 and 112, well heads 113 and 114, a centering pin 115 and a holding rod 116.
Les coquilles extérieures 111 et 112 sont disposées en vis-à-vis l’une de l’autre et refermées l’une sur l’autre de manière à délimiter un volume intérieur délimité par des surfaces des coquilles 111 et 112 sur lesquelles lesdits éléments de paroi 105 et 106 sont disposées à l’aide d’un procédé de roto-moulage, de soufflage ou d’un procédé analogue.The outer shells 111 and 112 are arranged opposite each other and closed on top of each other so as to delimit an interior volume delimited by surfaces of the shells 111 and 112 on which said elements walls 105 and 106 are arranged using a roto-molding process, blow molding or a similar process.
Les parties d’extrémité 103 et 104 de la pièce 101 ont une forme générale progressivement élargie à mesure que l’on se rapproche des éléments de paroi 105 et 106 respectifs de manière à permettre leur raccordement sensiblement tangentiel à ces éléments de paroi 105 et 106. La pièce 101 s’étend ainsi sur toute la distance séparant les éléments de paroi 105 et 106.The end parts 103 and 104 of the part 101 have a general shape progressively widened as one approaches the respective wall elements 105 and 106 so as to allow their substantially tangential connection to these wall elements 105 and 106 The part 101 thus extends over the entire distance separating the wall elements 105 and 106.
Les éléments de paroi 105 et 106 sont disposés de manière à recouvrir les extrémités de la pièce 101 pour assurer un ancrage efficace. Cette solution est notamment préférée pour des matériaux de forte viscosité où la matière a des difficultés à être injectée même à chaud.The wall elements 105 and 106 are arranged so as to cover the ends of the part 101 to ensure effective anchoring. This solution is particularly preferred for materials of high viscosity where the material has difficulty being injected even when hot.
Dans cet exemple, l’axe de centrage 115 a une forme cylindrique et peut être plein ou creux. Il est disposé de manière ajustée à l’intérieur de la pièce 101 de manière à s’étendre au niveau de la partie centrale 102. L’axe de centrage 115 est emmanché à ses extrémités respectives dans les têtes de puits 113 et 114, lesquelles sont elles-mêmes centrées et maintenues entre les deux coquilles 111 et 112 du moule qui comprennent à cet effet des ouvertures ou passages correspondants. L’axe de centrage 115 constitue ainsi une entretoise entre les têtes de puits 113 et 114.In this example, the centering pin 115 has a cylindrical shape and can be solid or hollow. It is arranged in an adjusted manner inside the part 101 so as to extend at the level of the central part 102. The centering pin 115 is fitted at its respective ends into the wellheads 113 and 114, which are themselves centered and held between the two shells 111 and 112 of the mold which include corresponding openings or passages for this purpose. The centering pin 115 thus constitutes a spacer between the wellheads 113 and 114.
Dans cet exemple, l’axe de centrage 115 contribue à maintenir les têtes de puits 113 et 114 en appui contre des surfaces opposées des coquilles du moule, les têtes de puits comportant un épaulement en appui contre ces surfaces. L’axe de centrage 115 est destiné à maintenir la pièce 101 entre les coquilles 111 et 112 du moule préalablement à la mise en forme et à la cristallisation de la matière des éléments de paroi 105 et 106. Cet axe 115 peut être percé radialement pour améliorer les échanges thermiques pendant le procédé de mise en forme, qui peut être un procédé de roto-moulage, d’extrusion-soufflage ou analogue.In this example, the centering pin 115 contributes to maintaining the well heads 113 and 114 resting against opposite surfaces of the mold shells, the well heads comprising a shoulder resting against these surfaces. The centering pin 115 is intended to hold the part 101 between the shells 111 and 112 of the mold prior to the shaping and crystallization of the material of the wall elements 105 and 106. This pin 115 can be drilled radially to improve heat exchanges during the shaping process, which can be a roto-molding, extrusion-blowing or similar process.
Chacune des têtes de puits 113 et 114 a une forme s’élargissant progressivement entre l’axe de centrage 115 et la coquille correspondante 111, 112 du moule à laquelle elle est reliée. Ces têtes de puits prolongent la forme intérieure des coquilles du moule sur laquelle la matière des éléments de paroi 105 et 106 va se déposer durant le procédé de mise en forme.Each of the wellheads 113 and 114 has a shape gradually widening between the centering axis 115 and the corresponding shell 111, 112 of the mold to which it is connected. These well heads extend the internal shape of the mold shells on which the material of the wall elements 105 and 106 will be deposited during the shaping process.
Dans cet exemple, les têtes de puits 113 et 114 forment des noyaux le long desquels la matière va se déposer, et ces têtes de puits maintiennent la pièce 101 en position, centrée sur l’axe A1 le long duquel elle s’étend. En variante, les têtes de puits 113 et 114 peuvent servir essentiellement à maintenir la pièce 101 en position, centrée sur l’axe A1, en constituant des zones d’appui pour la pièce 101 dans les parties d’extrémité 103 et 104.In this example, the wellheads 113 and 114 form cores along which the material will be deposited, and these wellheads maintain the part 101 in position, centered on the axis A1 along which it extends. Alternatively, the wellheads 113 and 114 can essentially serve to hold the part 101 in position, centered on the axis A1, by constituting support zones for the part 101 in the end parts 103 and 104.
La tige de maintien 116 est prévue pour traverser suivant l’axe A1 de la pièce 101 les coquilles 111 et 112, les têtes de puits 113 et 114, l’axe de centrage 115, ainsi que la pièce 101. Cette tige de maintien 116 comprend des moyens de serrage à ces extrémités, tels que des écrous vissés sur des parties filetées, permettant de maintenir assemblés les éléments entre eux avec un serrage approprié. Ce montage à l’aide d’une tige de maintien 116 évite tout fléchissement de la pièce 101 pendant la phase de ramollissement, permettant le mariage avec le matériau des éléments de paroi 105 et 106.The holding rod 116 is intended to pass along the axis A1 of the part 101 the shells 111 and 112, the well heads 113 and 114, the centering axis 115, as well as the part 101. This holding rod 116 comprises tightening means at these ends, such as nuts screwed onto threaded parts, making it possible to keep the elements assembled together with appropriate tightening. This assembly using a holding rod 116 prevents any bending of the part 101 during the softening phase, allowing marriage with the material of the wall elements 105 and 106.
Ce procédé non limitatif comprend ainsi les étapes suivantes :
– mise en place et maintien entre les deux têtes de puits 113 et 114 de l’axe de centrage 115 à l’intérieur de la pièce 101, cet axe de centrage 115 étant emmanché sur les têtes de puits 113 et 114 ;
– mise en place et maintien des coquilles 111 et 112 du moule avant fermeture de ces coquilles l’une sur l’autre, de l’ensemble formé par l’axe de centrage 115, la pièce 101 et les têtes de puits 113 et 114 ;
– mise en place de la tige de maintien 116 traversant les coquilles 111 et 112, les têtes de puits 113 et 114, l’axe de centrage 115 et la pièce 101 via des passages correspondants ménagés dans chacun de ces éléments ;
– mise en forme définitive de la matière à l’intérieur du moule, afin de réaliser le corps du réservoir.This non-limiting process thus comprises the following steps:
– installation and maintenance between the two wellheads 113 and 114 of the centering pin 115 inside the part 101, this centering pin 115 being fitted onto the wellheads 113 and 114;
– positioning and maintaining the shells 111 and 112 of the mold before closing these shells one on the other, of the assembly formed by the centering pin 115, the part 101 and the well heads 113 and 114 ;
– installation of the holding rod 116 passing through the shells 111 and 112, the well heads 113 and 114, the centering pin 115 and the part 101 via corresponding passages provided in each of these elements;
– final shaping of the material inside the mold, in order to create the body of the tank.
Après cristallisation ou réticulation de la matière thermoplastique, le moule est démonté, la tige de maintien 116 est retirée, les coquilles 111 et 112 du moule sont ouvertes, les têtes de puits 113 et 114 sont retirées, ainsi que l’axe de centrage 115. Restent alors l’enveloppe 2 formée par les éléments de paroi 105 et 106 ainsi que le renfort formé par la pièce 101 venue de matière avec les éléments de paroi 105 et 106, la matière des parties d’extrémité 103 et 104 formant un prolongement continu avec la matière des éléments de paroi 105 et 106.After crystallization or crosslinking of the thermoplastic material, the mold is dismantled, the holding rod 116 is removed, the shells 111 and 112 of the mold are opened, the well heads 113 and 114 are removed, as well as the centering pin 115 There then remains the envelope 2 formed by the wall elements 105 and 106 as well as the reinforcement formed by the part 101 made integrally with the wall elements 105 and 106, the material of the end parts 103 and 104 forming an extension continuous with the material of the wall elements 105 and 106.
Bien entendu, le procédé décrit ci-dessus peut être mis en œuvre pour réaliser simultanément plusieurs renforts 3.Of course, the method described above can be implemented to produce several reinforcements 3 simultaneously.
De nombreuses variantes peuvent être apportées à ce procédé de fabrication, par exemple celle qui est décrite ci-dessous en référence à la
Dans l’exemple de la
Les éléments de matière destinés à former l’enveloppe et le renfort comprennent d’une part une pièce 121 tubulaire préfabriquée et, d’autre part, des éléments de paroi 105 et 106 qui comportent des parties 122 et 123 destinées à former lesdites parties d’extrémités du renfort.The material elements intended to form the envelope and the reinforcement comprise on the one hand a prefabricated tubular part 121 and, on the other hand, wall elements 105 and 106 which comprise parts 122 and 123 intended to form said parts of ends of the reinforcement.
Les parties d’extrémité 122 et 123 ont une forme générale progressivement restreinte à mesure que l’on se rapproche des extrémités respectives de la pièce 121 de manière à permettre leur raccordement sensiblement tangentiel à cette pièce 121.The end parts 122 and 123 have a general shape that is progressively restricted as one approaches the respective ends of the part 121 so as to allow their substantially tangential connection to this part 121.
Cette variante de fabrication peut par exemple être utilisée pour fabriquée un renfort relativement long ou plusieurs renforts de longueur variable en jouant sur la longueur de la pièce 121.This manufacturing variant can for example be used to manufacture a relatively long reinforcement or several reinforcements of variable length by varying the length of the part 121.
De manière connue en soi, la longueur admissible du renfort dépend du matériau utilisé et des conditions de mise en œuvre. Par exemple, dans le cadre du roto-moulage, les paramètres d’ajustement incluent la vitesse de rotation, la fluidité du matériau ou encore le point de ramollissement de ce matériau. Typiquement, l’utilisation d’un thermoplastique du type polyéthylène HD 1000 convient pour fabriquer un renfort de 50 mm de la manière décrite ci-dessus.In a manner known per se, the admissible length of the reinforcement depends on the material used and the conditions of implementation. For example, in the context of roto-molding, the adjustment parameters include the rotation speed, the fluidity of the material or even the softening point of this material. Typically, the use of a thermoplastic such as polyethylene HD 1000 is suitable for manufacturing a 50 mm reinforcement in the manner described above.
La
Selon l’invention, le corps du réservoir 1, incluant l’enveloppe 2 et les renforts 3, peut donc être fabriqué à l’aide d’un procédé de mise en forme du type roto-moulage ou soufflage, ou de toute autre technique de moulage ou de coulée, de sorte à créer un assemblage par adhésion d’éléments de matière formant d’une part des parois de l’enveloppe et d’autre part les renforts. Pour ce faire, lorsque les renforts forment des puits, l’outillage peut comprendre des organes de maintien des éléments de matière destinés à former les renforts, ces organes étant logés dans les pièces formant ces puits pendant le moulage. Lorsque les renforts ne sont pas creux mais pleins, ils peuvent être positionnés axialement dans le moule par des emboîtements sur des pivots disposés dans le moule.According to the invention, the body of the tank 1, including the envelope 2 and the reinforcements 3, can therefore be manufactured using a shaping process of the roto-molding or blow-molding type, or any other technique molding or casting, so as to create an assembly by adhesion of material elements forming on the one hand the walls of the envelope and on the other hand the reinforcements. To do this, when the reinforcements form wells, the tooling can include members for holding the elements of material intended to form the reinforcements, these members being housed in the parts forming these wells during molding. When the reinforcements are not hollow but solid, they can be positioned axially in the mold by fitting onto pivots placed in the mold.
Les procédés décrits ci-dessus conviennent à la fabrication de réservoirs 1 comprenant des renforts 3 qui présentent des directions de liaison sensiblement parallèles entre elles, ou légèrement obliques les unes par rapport aux autres, formant un réseau mono-axial tel qu’illustré sur la
Pour fabriquer un réservoir 1 dotés de renforts 3 entrecroisés formant un réseau multi-axial de renforts, tels que ceux illustrés sur les figures 3 et 4, le moule extérieur peut comprendre différentes parties présentant chacune les pivots nécessaires au maintien des supports de puits. Alternativement, le moule peut comprendre des clés représentatives de chacune des faces présentant les pivots de maintien des puits, lesquelles clés peuvent ensuite être enfermées dans un moule extérieur.To manufacture a tank 1 equipped with intersecting reinforcements 3 forming a multi-axial network of reinforcements, such as those illustrated in Figures 3 and 4, the external mold can comprise different parts each presenting the pivots necessary for maintaining the well supports. Alternatively, the mold can include keys representative of each of the faces presenting the pivots holding the wells, which keys can then be enclosed in an external mold.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation et aux variantes décrits ci-dessus. De manière générale, l’invention permet de réaliser des réservoirs polymorphes, aptes à se conformer à des volumes disponibles, ce qui permet d’augmenter la capacité d’emport de fluide et donc l’autonomie des véhicules qu’ils équipent. L’invention permet ainsi de réaliser des réservoirs ayant une géométrie relativement complexe, ou au contraire une géométrie relativement simple voire conventionnelle, par exemple un réservoir à enveloppe cylindrique pouvant être destinée au secteur aéronautique afin de stocker une grande quantité de carburant.The invention is not limited to the embodiments and variants described above. In general, the invention makes it possible to produce polymorphic tanks, capable of conforming to available volumes, which makes it possible to increase the fluid carrying capacity and therefore the autonomy of the vehicles they equip. The invention thus makes it possible to produce tanks having a relatively complex geometry, or on the contrary a relatively simple or even conventional geometry, for example a tank with a cylindrical envelope which can be intended for the aeronautics sector in order to store a large quantity of fuel.
La géométrie et la structure des renforts 3 peuvent être différentes de celles décrites ci-dessus. Par exemple, les parties d’extrémité des renforts peuvent avoir une forme de révolution concave ou autre. La partie centrale des renforts ou l’ensemble de leurs parties peut présenter une section carrée, hexagonale ou autre. Par ailleurs, les renforts peuvent être pleins ou comprendre un matériau de remplissage, contrairement aux renforts du type puits qui sont décrits ci-dessus.The geometry and structure of the reinforcements 3 may be different from those described above. For example, the end parts of the reinforcements may have a concave or other shape of revolution. The central part of the reinforcements or all of their parts may have a square, hexagonal or other section. Furthermore, the reinforcements can be solid or include a filling material, unlike the well-type reinforcements which are described above.
L’orientation respective des renforts peut aussi présenter de nombreuses variantes, que ce soit par rapport à une ou plusieurs parois de l’enveloppe auxquelles ils sont reliés ou par rapport à d’autres renforts.The respective orientation of the reinforcements can also present numerous variations, whether in relation to one or more walls of the envelope to which they are connected or in relation to other reinforcements.
En termes de matériau, l’enveloppe 2 et/ou les renforts 3 peuvent comprendre un autre type de thermoplastique ou un autre type de matériau, par exemple un matériau thermodurcissable ou encore une résine.In terms of material, the envelope 2 and/or the reinforcements 3 may comprise another type of thermoplastic or another type of material, for example a thermosetting material or even a resin.
Bien entendu, un réservoir conforme à l’invention peut être utilisé dans un appareil de transport autre qu’un véhicule automobile, par exemple dans un aéronef ou dans un engin ferroviaire ou naval.Of course, a tank according to the invention can be used in a transport device other than a motor vehicle, for example in an aircraft or in a railway or naval vehicle.
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- 2023-06-19 WO PCT/EP2023/066482 patent/WO2023247449A1/en unknown
Patent Citations (2)
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