FR3137737A3 - Réservoir cryogénique - Google Patents

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David FAISANDIER
Guillaume BOYE
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

L’invention concerne un réservoir cryogénique pour le transport de fluide cryogénique, notamment d'hydrogène liquéfié, comprenant une enveloppe interne en matériau métallique, une enveloppe (3) externe en matériau métallique et disposée autour de l'enveloppe (2) interne et délimitant un espacement sous-vide et contenant un isolant (4) thermique, la première enveloppe (2) et la deuxième enveloppe (3) ayant une forme générale cylindrique s'étendant selon un axe (A) longitudinal central horizontal orienté horizontalement en configuration de transport et d'utilisation, l’enveloppe (3) externe comprenant, sur sa surface extérieure, un ensemble de nervures de renfort (4), les nervures de renfort (4) étant réparties dans des plans perpendiculaires à l'axe (A) longitudinal central, dans au moins une zone amincie parallèle à l'axe (A) longitudinal central, la surface extérieure de l’enveloppe (3) externe étant dépourvue de nervure de renfort (4) et/ou les nervures de renfort (4) étant relativement amincies, la surface intérieure de l’enveloppe (3) externe comprenant, au niveau d’au moins une partie de la zone amincie, un renfort interne (5) longitudinal. Figure d’abrégé : [Fig. 1]

Description

Réservoir cryogénique
L’invention concerne un réservoir cryogénique.
L’invention concerne plus particulièrement un réservoir cryogénique mobile pour le transport de fluide cryogénique, notamment d'hydrogène ou d'hélium liquéfié, comprenant une enveloppe interne en matériau métallique ou alliage et destinée à contenir le fluide cryogénique, une enveloppe externe en matériau métallique ou alliage et disposée autour de l'enveloppe interne et délimitant un espacement entre les deux enveloppes, ledit espacement étant sous-vide et contenant un isolant thermique, la première enveloppe et la deuxième enveloppe ayant une forme générale cylindrique s'étendant selon un axe longitudinal central horizontal, l'axe longitudinal central étant orienté horizontalement en configuration de transport et d'utilisation du réservoir, l’enveloppe externe comprenant, sur sa surface extérieure, un ensemble de nervures de renfort, les nervures de renfort étant réparties dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal central, dans au moins une zone amincie parallèle à l'axe longitudinal central, la surface extérieure de l’enveloppe externe étant dépourvue de nervure de renfort et/ou les nervures de renfort étant relativement amincies.
Les réservoirs cryogéniques utilisent classiquement une structure à double enveloppe isolée sous vide pour assurer l'autonomie de stockage lors du transport de liquide cryogénique.
Ces enveloppes métalliques ou en alliage sont réalisées par chaudronnerie et soumises donc à des codes de construction de chaudronnerie (ex. ASME VIII). Ces enveloppes extérieures doivent résister sous une pression extérieure du fait de leur tirage au vide et ne doivent pas impacter la masse du réservoir ou conteneur qui l’englobe.
Une technique habituelle consiste à réduire l'épaisseur de l’enveloppe extérieure et d’ajouter des anneaux de renfort annulaires pour compenser la perte de rigidité. Cette solution très efficace présente cependant l'inconvénient d’augmenter les dimensions hors tout de l’enveloppe extérieure si ces anneaux sont extérieurs ou de diminuer le volume disponible à l'intérieur de l’enveloppe si ces renforts sont internes. Les contraintes de conception sont donc à la fois de respecter les dimensions extérieures et de maximiser le volume de fluide cryogénique transporté.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la surface intérieure de l’enveloppe externe comprend, au niveau d’au moins une partie de la zone amincie, un renfort interne longitudinal.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • le renfort interne longitudinal comprend une tôle de renfort fixée sur la face interne de l’enveloppe externe, par exemple par soudage,
  • la tôle de renfort est métallique ou composée d’alliage et a une épaisseur comprise entre 2 et 12 mm,
  • la tôle de renfort a une largeur s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal central comprise entre 10 et 30% et de préférence 15 et 25% du diamètre de l’enveloppe externe,
  • le renfort interne longitudinal s’étend selon l'axe longitudinal central sur 50% à 80% de la longueur totale de l’enveloppe externe,
  • la au moins une zone amincie est située au niveau de l’un au moins des deux flancs latéraux de la surface extérieure de l’enveloppe externe,
  • les nervures de renfort sont formées par des portions d’anneau rigides composés d’un matériau métallique ou en alliage,
  • les nervures de renfort sont formées par des portions d’anneau s’étendant chacune sur la surface extérieure l’enveloppe externe selon un arc de cercle compris entre 150° et 180° autour de l’axe longitudinal central,
  • selon un plan passant par l’axe longitudinal central, les nervures de renfort ont une section en forme de U, L ou de T,
  • le réservoir comprend au moins un renfort interne circonférentiel s’étendant sur la surface intérieure de l’enveloppe externe autour de l’axe longitudinal central,
  • le au moins un renfort interne circonférentiel est situé à proximité d’une extrémité longitudinale de l’enveloppe externe,
  • le au moins un renfort interne circonférentiel comprend un anneau métallique ou en alliage,
  • le réservoir est logé dans une structure formant au moins une partie d’un cadre, ayant par exemple les dimensions extérieures d’un iso-conteneur.
L’invention concerne également
Selon d’autres particularités possibles :
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Brève description des figures
est une vue en perspective, schématique et partielle d’un exemple de réservoir selon l’invention,
est une vue d’une section transversale, schématique et partielle d’un exemple de réservoir selon l’invention ;
est une vue d’une coupe longitudinale, schématique et partielle des plusieurs exemples possibles de structure de nervure de renfort d’un tel réservoir.
 Description détaillée
Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Le réservoir 1 cryogénique illustré à titre d’exemple est un réservoir mobile pour le transport de fluide cryogénique, par exemple de l'hydrogène ou de l'hélium liquéfié.
Ce réservoir comprend une enveloppe 2 interne en matériau métallique ou alliage et destinée à contenir le fluide cryogénique et une enveloppe 3 externe en matériau métallique ou alliage et disposée autour de l'enveloppe 2 interne et délimitant un espacement entre les deux enveloppes 2, 3. Les enveloppes interne 2 et externe 3 ont typiquement une épaisseur comprise entre 2 ou 3mm et 12mm.
L’espacement entre les deux enveloppes est sous vide et contient de préférence un isolant thermique, par exemple une isolation de type multicouches (« MLI ») et/ou un écran avec un réserve d’azote ou autre.
La première enveloppe 2 et la deuxième enveloppe 3 ayant une forme générale cylindrique de section circulaire dont les deux extrémités sont refermées par un dôme. L’ensemble peut être formé par chaudronnerie et soudage. Le réservoir s'étend selon un axe A longitudinal central horizontal.
Cet axe A longitudinal central est de préférence orienté horizontalement en configuration de transport et d'utilisation du réservoir 1.
L’enveloppe 3 externe comprend, sur sa surface extérieure, un ensemble de nervures de renfort 4.
Les nervures de renfort 4 sont réparties longitudinalement dans des plans perpendiculaires à l'axe A longitudinal central. Les nervures de renfort 4 sont par exemple métalliques ou en alliage et soudées sur la surface extérieure de l’enveloppe 3 externe. Comme illustré, au moins un des deux flancs latéraux de l’enveloppe externe 3 (à mi-hauteur de l’enveloppe externe 3) comporte une zone amincie dans laquelle l’enveloppe 3 externe est dépourvue de nervure de renfort 4 et/ou dans laquelle les nervures de renfort 4 sont relativement amincies. La zone amincie est de préférence parallèle à l'axe A longitudinal central et s’étend sur toute la longueur de l’enveloppe externe 3. Dans l’exemple illustré les zones amincies sont situées sur les flancs latéraux du réservoir 1. En variante ou en combinaison, une ou des zones amincies peuvent être prévues au niveau des extrémités supérieure et/ou inférieure du réservoir 1.
Les nervures de renfort 4 peuvent avoir une section en forme de parallélépipède, de U, L ou de T selon un plan passant par l’axe A longitudinal central comme illustré schématiquement à la .
De plus, la surface intérieure de l’enveloppe 3 externe comprend, au niveau d’au moins une partie de la ou des zone(s) amincie(s), un renfort interne 5 longitudinal.
Par exemple, les nervures de renfort 4 sont formées par des portions d’anneau s’étendant chacune sur la surface extérieure l’enveloppe 3 externe selon un arc de cercle compris entre 150° et 180° autour de l’axe A longitudinal central. Comme illustré, dans un plan transversal à l’axe A longitudinal central deux portions d’anneau sont disposées respectivement en partie supérieure et inférieure de la circonférence de l’enveloppe 3 externe mais leurs extrémités ne se rejoignent pas (l’espacement entre les extrémités adjacentes des anneaux forme une portion amincie).
Comme illustré, le renfort interne 5 longitudinal comprend de préférence une tôle de renfort fixée (par exemple par soudage) sur la face interne de l’enveloppe 3 externe. La tôle de renfort a de préférence une épaisseur comprise entre 2 et 12mm. La tôle de renfort a par exemple une largeur s’étendant perpendiculairement à l’axe A longitudinal central comprise entre 10 et 30% et de préférence 15 et 25% du diamètre de l’enveloppe 3 externe.
Comme illustré, le renfort interne 5 longitudinal peut ne pas s’étendre longitudinalement sur toute la zone amincie. Par exemple, le renfort interne 5 longitudinal s’étend selon l'axe A longitudinal central sur 50% à 80% de la longueur totale de l’enveloppe 3 externe et préférentiellement en partie centrale de l’enveloppe 3 (c’est-à-dire pas au niveau des extrémités longitudinales de l’enveloppe 3.
Comme illustré, le réservoir peut comprendre en outre au moins un renfort interne 6 circonférentiel supplémentaire s’étendant sur la surface intérieure de l’enveloppe 3 externe autour de l’axe A longitudinal central.
Le au moins un renfort interne 6 circonférentiel peut être situé à proximité d’une ou de chaque extrémité longitudinale de l’enveloppe 3 externe, de préférence dans une portion ne comprenant pas de renfort interne 5 longitudinal.
Le renfort interne 6 circonférentiel peut être composé d’un anneau métallique ou en alliage soudé sur la face interne de l’enveloppe externe 3 et peut avoir une largeur comprise entre 30 et 200mm.
Cette structure permet de compenser la perte de rigidité de l’enveloppe 3 externe due à la ou les zone(s) amincie(s) sans impacter les dimensions hors tout réservoir 1 et du conteneur ou cardre 7 qui l’abrite.
Les tôles 5 de renfort interne 5 longitudinal limitent grandement la perte de volume interne.
Cette solution permet un gain de masse d’environ 500kg pour un container de type « 40’ ». Ceci, combiné au gain de volume utile permet donc de transporter plus de fluide cryogénique. Le gain de volume utile associé à cette solution est estimé à 10% de l’emport.
La solution permet également d’éviter des problèmes de corrosion car le renfort est situé à l’intérieur de l’enveloppe 3 sous vide.
Les renforts 5, 6 internes peuvent être réalisés en une large gamme de matériaux (non limitée aux exemples ci-dessus) car sont protégés de tout risque de corrosion.

Claims (13)

  1. Réservoir cryogénique mobile pour le transport de fluide cryogénique, notamment d'hydrogène ou d'hélium liquéfié, comprenant une enveloppe (2) interne en matériau métallique ou alliage et destinée à contenir le fluide cryogénique, une enveloppe (3) externe en matériau métallique ou alliage et disposée autour de l'enveloppe (2) interne et délimitant un espacement entre les deux enveloppes (2, 3), ledit espacement étant sous-vide et contenant un isolant (4) thermique, la première enveloppe (2) et la deuxième enveloppe (3) ayant une forme générale cylindrique s'étendant selon un axe (A) longitudinal central horizontal, l'axe (A) longitudinal central étant orienté horizontalement en configuration de transport et d'utilisation du réservoir (1), l’enveloppe (3) externe comprenant, sur sa surface extérieure, un ensemble de nervures de renfort (4), les nervures de renfort (4) étant réparties dans des plans perpendiculaires à l'axe (A) longitudinal central, dans au moins une zone amincie parallèle à l'axe (A) longitudinal central, la surface extérieure de l’enveloppe (3) externe étant dépourvue de nervure de renfort (4) et/ou les nervures de renfort (4) étant relativement amincies, caractérisé en ce que la surface intérieure de l’enveloppe (3) externe comprend, au niveau d’au moins une partie de la zone amincie, un renfort interne (5) longitudinal.
  2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort interne (5) longitudinal comprend une tôle de renfort fixée sur la face interne de l’enveloppe (3) externe, par exemple par soudage.
  3. Réservoir selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tôle de renfort (5) est métallique ou composée d’alliage et a une épaisseur comprise entre 2 et 12mm.
  4. Réservoir selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la tôle de renfort (5) a une largeur s’étendant perpendiculairement à l’axe (A) longitudinal central comprise entre 10 et 30% et de préférence 15 et 25% du diamètre de l’enveloppe (3) externe.
  5. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le renfort interne (5) longitudinal s’étend selon l'axe (A) longitudinal central sur 50% à 80% de la longueur totale de l’enveloppe (3) externe.
  6. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la zone amincie est située au niveau de l’un au moins des deux flancs latéraux de la surface extérieure de l’enveloppe (3) externe.
  7. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les nervures de renfort (4) sont formées par des portions d’anneau rigides composés d’un matériau métallique ou en alliage.
  8. Réservoir selon la revendication 7, caractérisé en ce que les nervures de renfort (4) sont formées par des portions d’anneau s’étendant chacune sur la surface extérieure l’enveloppe (3) externe selon un arc de cercle compris entre 150° et 180° autour de l’axe (A) longitudinal central.
  9. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, selon un plan passant par l’axe (A) longitudinal central, les nervures de renfort (4) ont une section en forme de U, L ou de T.
  10. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un renfort interne (6) circonférentiel s’étendant sur la surface intérieure de l’enveloppe (3) externe autour de l’axe (A) longitudinal central.
  11. Réservoir selon la revendication 10, caractérisé en ce que le au moins un renfort interne (6) circonférentiel est situé à proximité d’une extrémité longitudinale de l’enveloppe (3) externe.
  12. Réservoir selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le au moins un renfort interne (6) circonférentiel comprend un anneau métallique ou en alliage.
  13. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’il est logé dans un structure (7) formant au moins une partie d’un cadre, ayant par exemple les dimensions extérieures d’un iso-conteneur.
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