ITVI20060078A1 - Serbatoio per fluidi ad elevata pressione - Google Patents

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Description

Descrizione del brevetto di Invenzione Industriale avente titolo: “SERBATOIO PER FLUIDI AD ELEVATA PRESSIONE”.
Il presente trovato concerne un serbatoio per contenere fluidi ad elevata pressione, tipicamente per gas metano per autotrazione, il quale serbatoio presenta una forma di disco bombato particolarmente adatta ad essere collocata a bordo degli autoveicoli.
E’ noto che la produzione corrente di serbatoi per gas metano ad elevata pressione è costituita esclusivamente dalle cosiddette “bombole”, realizzate in acciaio con diversi procedimenti. Tali bombole presentano una forma cilindrica prevalentemente allungata e rastremata alle due estremità L’impiego del tipo di bombole sopra accennato nel campo dell’autotrazione con gas metano è fino ad oggi piuttosto limitato, e ciò a causa soprattutto del peso e dell’ingombro delle bombole stesse, caratteristiche queste assolutamente necessarie per avere una soddisfacente autonomia di percorso, prima del rifornimento successivo.
I tentativi di ridurre peso e ingombro delle bombole stesse sono peraltro contrastati dalla necessità del rispetto della normativa vigente che si ispira a criteri di sicurezza assoluta.
Negli ultimi anni si è cominciato a produrre bombole per metano ad alta pressione per uso autotrazione che comprendono un’anima interna (detta anche LINER) in materiali diversi e rivestita con materiali compositi impregnati con apposite resine.
La funzione del rivestimento è quella di fornire alla bombola la resistenza necessaria a sopportare le elevate pressioni del gas, alle quali l’anima interna, anche di ridotto spessore, non potrebbe reggere.
Ai fini della sicurezza, le principali norme intemazionali relative alle bombole per gas metano per autotrazione (CNG automotive cylinders), quali ISO 11439, NGV2, RI 10, individuano fondamentalmente quattro modelli di recipienti, rispettivamente denominati:
- TIPO 1 : bombola interamente in acciaio;
- TIPO 2: liner in acciaio o alluminio rinforzato con filamento in fibra nella sua parte cilindrica;
- TIPO 3: liner in acciao o alluminio rinforzato con filamento in fibra su tutta la superficie;
- TIPO 4: bombole costituite interamente da materiale composito;
- TIPO 5: altri possibili tipi di costruzione non compresi nei tipi da 1 a 4.
Il presente trovato intende, nel rispetto della normativa sopra riportata, riunire in unico oggetto sia i vantaggi ottenuti con le bombole di più recente concezione, assolutamente sicure ma molto più leggere di quelle tradizionali, sia quelli di una forma più adatta ad essere collocata prevalentemente a bordo degli autoveicoli.
Lo scopo dichiarato viene conseguito con la realizzazione di un serbatoio per fluidi ad elevata pressione, particolarmente per gas compressi ad uso autotrazione, il quale, in accordo con il contenuto della prima rivendicazione, è caratterizzato dal fatto di presentare la forma tipica di un disco bombato, particolarmente adatta ad essere collocata con ingombro ridotto a bordo delle autovetture che impiegano gas metano per autotrazione.
Tale serbatoio comprende un’anima interna a tenuta stagna anche di piccolo spessore, eventualmente rinforzata a mezzo di una adatta struttura, e un rivestimento esterno costituito da un avvolgimento in fibra di materiale composito ad elevatissima resistenza meccanica alla trazione.
La descrizione che segue fa riferimento alle figure delle due tavole di disegno allegate, ove:
- la figura 1 mostra in sezione mediana la forma tipica del serbatoio ideato, senza struttura di rinforzo;
- la figura 2 mostra lo stesso oggetto in una vista in pianta; - la figura 3 mostra in sezione mediana una prima variante esecutiva del trovato con struttura di rinforzo passante attraverso il serbatoio;
- la figura 4 mostra in una vista in pianta la stessa variante esecutiva;
- la figura 5 mostra in sezione una seconda variante esecutiva con un primo tipo di struttura di rinforzo interna al serbatoio;
- la figura 6 mostra una vista interna della struttura di rinforzo di figura 5 ;
- la figura 7 mostra in sezione una terza variante esecutiva con un secondo tipo di struttura di rinforzo interna al serbatoio;
- la figura 8 mostra una vista interna della struttura di rinforzo di figura 7;
- la figura 9 mostra in sezione una quarta variante esecutiva con un terzo tipo di struttura di rinforzo interna al serbatoio;
- la figura 10 mostra una vista interna della struttura di rinforzo di figura 9;
- la figura 11 mostra in sezione una quinta variante esecutiva con un quarto tipo di struttura di rinforzo interna al serbatoio;
- la figura 12 mostra una vista interna della struttura di rinforzo di figura 1 1.
Il serbatoio oggetto del presente trovato è stato concepito per essere prevalentemente installato a bordo degli autoveicoli esistenti, nel vano di collocazione della ruota di scorta, o comunque in un vano analogo facilmente ricavabile negli autoveicoli di nuova produzione.
La sua forma di disco bombato mostrata indicativamente nelle figure 1 e 2 è infatti una forma piatta che si adatta idealmente allo scopo, similmente a quanto avviene per i serbatoi toroidali per gas propano liquido (GPL):
Il problema della tenuta e della resistenza dei serbatoi alle elevate pressioni di accumulo del gas metano (requisiti richiesti dalle nonne vigenti), unitamente alla drastica riduzione del loro peso rispetto a quello delle bombole tradizionali in acciaio di adeguato spessore, è risolto dal presente trovato ricorrendo alla composizione mostrata nelle figure citate.
Il serbatoio comprende sostanzialmente l’anima interna l a tenuta stagna e anche di piccolo spessore, e il rivestimento esterno 2 realizzato mediante un avvolgimento in fibra di materiale composito ad elevatissima resistenza meccanica alla trazione.
L’anima interna 1 è costituita preferibilmente da due calotte contrapposte 11 e 12, unite tra loro lungo la circonferenza di contatto 3.
Le due calotte Il e 12 sono realizzate per lo più in materiale metallico. Si preferisce ricorrere di solito all’impiego dell’acciaio inox, oppure dell’alluminio.
Nei serbatoi di minori dimensioni diametrali le stesse due edotte possono essere realizzate senza alcuna struttura di rinforzo, né esterna, né interna.
La suddetta anima interna 1 è associata, da parti opposte, ad un primo elemento centrale 4 di immissione e prelievo del fluido da utilizzare, e ad un secondo elemento centrale 5 di supporto del serbatoio.
Questo secondo elemento centrale 5 ha anzitutto la funzione di supportare l’anima interna 1 durante le operazioni di costruzione del rivestimento esterno 2 del serbatoio ideato. A tal proposito si evidenzia che tale rivestimento esterno è più precisamente un avvolgimento che riveste interamente l anima interna 1. Esso viene realizzato utilizzando preferibilmente la fibra di carbonio avvolta in molteplici strati intrecciati sull’anima interna stessa, ricorrendo a macchinari appositamente ideati.
L’avvolgimento in fibra viene impregnato con resine atte a conferire compattezza e stabilità al suddetto rivestimento esterno. Questo rivestimento risulta di peso e ingombro assai ridotti, e tuttavia presenta una elevatissima resistenza alle sollecitazioni da pressione interna.
Tale caratteristica consente l’impiego in sicurezza del serbatoio ideato.
Le figure 3 e 4 della tavola 2 di disegno allegata rappresentano una prima variante esecutiva che comprende una struttura di rinforzo esterna e che si prevede di adottare nelle tipologie di serbatoio a disco bombato che presentano maggiori dimensioni diametrali.
L’anima interna 1 è associata, da parti opposte, ai due anelli centrali 6 e 6’, esternamente a contatto con il rivestimento 2 e fra loro collegati tramite una pluralità di tiranti, quali quelli indicati in coppia con 7 e 7’ passanti attraverso il serbatoio stesso.
Detti anelli centrali 6 e 6’ e detta pluralità di tiranti 7 e 7’ hanno lo scopo evidente di garantire l indeformabilità del serbatoio, nel quale l’elevata pressione interna del fluido accumulato agirebbe tendendo a espandere le pareti superiore e inferiore.
Lo studio di fattibilità, il dimensionamento degli anelli e dei tiranti e la decisione del numero più opportuno di questi ultimi sono lasciati al progettista.
Le tavole di disegno da 3 a 6 si riferiscono a quattro varianti esecutive adottabili, ancora per i tipi di serbatoio di maggiori dimensioni, in alternativa alla soluzione della tavola 2.
Tutte queste ultime varianti prevedono che ciascuna metà dell’anima interna 1 del serbatoio comprenda una struttura di rinforzo (indicata con 8 in tutte le varianti in questione) dell’anima stessa.
In particolare la prima struttura di rinforzo della tavola 3 è costituita da una pluralità di elementi piatti verticali-radiali, che vengono saldati a contatto della superficie interna dell’anima 1 seguendone la curvatura.
La seconda struttura di rinforzo della successiva tavola 4 è costituita da una pluralità di elementi piatti verticali-radiali, simili a quelli della tavola 3, ma di altezza ridotta, i quali elementi vengono pure saldati a contatto della superficie interna del'anima 1 seguendone la curvatura.
La terza struttura di rinforzo della tavola 5 è costituita da una pluralità di elementi piatti verticali-radiali, ma saldati solo lungo singoli tratti di contatto con la superfìcie interna dell’anima 1.
La quarta struttura di rinforzo della tavola 6 è costituita da una pluralità di elementi piatti lineari, verticali-radiali, saldati alla superfìcie interna dell’ anima 1 in corrispondenza di alcune loro appendici verticali.
Anche per le varianti appena descritte che comprendono tutte la struttura di rinforzo interna, la scelta della soluzione più opportuna dipenderà dalle dimensioni del serbatoio e da valutazioni di carattere costruttivo.
La gamma di produzione del serbatoio ideato è rivolta, di preferenza, al settore dello stoccaggio e dell’impiego di gas compressi diversi, in particolare del metano per autotrazione, tipicamente con pressioni di esercizio a 200 bar, di prova a 300 bar e di scoppio oltre i 450 bar.
Nulla impedisce tuttavia che il serbatoio stesso possa essere utilmente impiegato in settori diversi della meccanica che richiedano l’utilizzo di contenitori di liquidi sottoposti ad elevate pressioni di esercizio, anche superiori ai 450 bar.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1)- Serbatoio per fluidi ad elevata pressione caraterizzato dal fato di presentare la forma tipica di un disco bombato, particolarmente adatta ad essere collocata con ingombro ridotto a bordo delle autovetture che impiegano gas metano per autotrazione, detto serbatoio comprendendo un’anima interna (1) a tenuta stagna e un rivestimento esterno (2) realizzato mediante un avvolgimento in fibra di materiale composito ad elevatissima resistenza meccanica alla trazione. 2)- Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caraterizzato dal fato che detta anima interna (1) è costituita da due calotte (11; 12) contrapposte e unite tra loro lungo la circonferenza di contatto (3). 3)- Serbatoio secondo le rivendicazioni 1 e 2, caraterizzato dal fatto che dette due calotte (11; 12) sono realizzate in materiale metallico, anche di piccolo spessore. 4 ) Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caraterizzato dal fatto che detta anima interna (1) è associata, da parti opposte, ad un primo elemento centrale (4) di immissione e prelievo del fluido e ad un secondo elemento centrale (5) di supporto del serbatoio. 5)- Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caraterizzato dal fato che detto rivestimento esterno (2) ricopre totalmente detta anima interna (1). 6)- Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto avvolgimento costituente detto rivestimento esterno (2) è realizzato in fibra di carbonio in molteplici strati impregnata con resine atte a conferire compattezza e stabilità a detto medesimo rivestimento. 7 ) Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nelle tipologie di detto serbatoio che presentano maggiori dimensioni, detta anima interna (1) è associata, da parti opposte, a due anelli centrali (6; 6') esternamente a contatto con detto rivestimento esterno (2) e fra loro collegati tramite una pluralità di tiranti (7; 7’) passanti attraverso il serbatoio stesso, detti anelli centrali e detta pluralità di tiranti essendo atti a garantire l indeformabilità del serbatoio medesimo. 8)- Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nelle tipologie di detto serbatoio che presentano maggiori dimensioni, detta anima interna (1) è associata a una struttura di rinforzo (8) interna allanima stessa, costituita da una pluralità di elementi verticali-radiali opportunamente saldati alla superfìcie interna dell anima medesima. 8)- Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la gamma di produzione del serbatoio stesso può coprire il settore di stoccaggio e di impiego di gas compressi diversi, tipicamente il metano per autotrazione con pressioni di esercizio a 200 bar, di prova a 300 bar e di scoppio oltre i 450 bar. 9)- Serbatoio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si può impiegare in settori della meccanica che richiedano di contenitori di fluidi sottoposti ad elevate pressioni di esercizio, anche superiori ai 450 bar.
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