WO2021144294A1 - Réservoir, notamment pour hydrogène, à étanchéité améliorée - Google Patents

Réservoir, notamment pour hydrogène, à étanchéité améliorée Download PDF

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Yannick Godard
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Faurecia Systemes D'echappement
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • TITLE Tank, especially for hydrogen, with improved sealing
  • the present invention relates to a fluid storage tank, in particular hydrogen, for example intended to equip a vehicle, more particularly a motor vehicle.
  • a reservoir comprising a shell defining a fluid storage enclosure, and having at least one opening for filling and / or discharging the fluid to or from the enclosure.
  • the fluid can be gas or liquid.
  • the reservoir also includes a connecting member, secured to the shell at the opening, allowing the reservoir to be connected with a fluid delivery pipe.
  • the connection member generally comprises a valve thus allowing the enclosure to be closed.
  • the seal between the shell and the connecting member is in some cases difficult to achieve.
  • the shell is generally made of plastic, and the connecting member of metal, which makes their assembly difficult. Leaks may thus result, and / or require a long and / or complex and / or expensive manufacturing process.
  • the aim of the invention is in particular to remedy this drawback, by providing a reservoir the sealing of which is ensured in a simple, reliable and efficient manner.
  • the subject of the invention is in particular a reservoir for storing fluid, in particular hydrogen, comprising a shell delimiting a storage enclosure and having at least one opening, and a connecting member connected to the opening of the shell, characterized in that:
  • the connecting member comprises a tubular element, delimiting a pipe, and an annular element, and
  • the shell comprises a rim delimiting the opening, the rim being clamped radially between the tubular element and the annular element.
  • a reservoir according to the invention can also include one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically conceivable combination.
  • the rim radially surrounds the tubular element.
  • the annular element is made of a conductive material, in particular metallic.
  • the tubular element is made of a conductive material, in particular metal.
  • the rim is secured to the tubular element by magnetic pulse welding.
  • the connecting member has a connecting element, surrounding the tubular element.
  • the shell is made of plastic.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a storage tank as defined above, characterized in that it comprises:
  • a manufacturing process according to the invention may further include one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically conceivable combination.
  • the manufacturing process comprises, following magnetic pulse welding, the establishment of a connecting element, surrounding the tubular element.
  • Figure 1 shows partially, in axial section, a reservoir according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a reservoir 10 for storing fluid, according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the stored fluid is hydrogen, in liquid form or in gaseous form depending on the desired application.
  • the storage tank 10 comprises a shell 12, delimiting an enclosure 14 for storing the fluid.
  • the shell 12 has, for example, a general shape of revolution about a longitudinal axis. Conventionally, the shell 12 is for example made of plastic.
  • the shell 12 has at least one opening 16, forming a passage for filling the fluid in the enclosure 14 and / or for discharging the fluid from the enclosure 14.
  • the shell 12 comprises, at the opening 16, a flange 18 extending circumferentially around an axis X.
  • the axis X is for example coincident with the longitudinal axis of the shell 12.
  • This flange 18 radially defines said opening. 16.
  • the rim 18 preferably extends outwardly of the enclosure 14. Alternatively, the rim 18 may extend inwardly of the enclosure 14.
  • the reservoir 10 also comprises a connecting member 20, connected to the shell 12, as will be described below.
  • the connecting member 20 is formed in several parts, and in particular comprises a tubular element 22 and a connecting element 24.
  • the tubular element 22 has a general shape of revolution about the axis X.
  • the tubular element 22 extends in part into the opening 16, the rim 18 radially surrounding this element. tubular 22.
  • the rim 18 is secured to the tubular element 22 by magnetic pulse welding, as will be described later.
  • connection element 24 also has a general shape of revolution around the axis X.
  • the connection element 24 is arranged radially around the tubular element 22.
  • the connection element 24 is secured to the tubular element. 22 by any conceivable means, for example by interlocking.
  • the tubular element 22 internally delimits a duct in fluid communication with the enclosure 14 via the opening 16.
  • the connecting element 24 has a conventional shape on the outside allowing connection to a duct provided for this purpose. manner known per se. It should be noted that the connecting element 24 comprises in particular a base 25 covering the rim 18, the base 25 being inserted into a complementary hollow 27 formed by the shell 12.
  • the tubular element 22 is made of a conductive material, preferably made of a metallic material, for example aluminum or stainless steel.
  • the connecting element 24 is also preferably made of a metallic material, for example aluminum or stainless steel.
  • the reservoir 10 finally comprises an annular element 26, radially surrounding the rim 18.
  • the annular element 26 is made of a conductive material, preferably made of a metallic material, for example steel, stainless steel, aluminum or copper.
  • the annular element 26 is made of aluminum to avoid the problems of galvanic corrosion.
  • aluminum is more easily formable than steel.
  • Galvanic corrosion problems can also be avoided by providing sufficient insulation and / or space between annular element 26 and connection element 24.
  • the annular member 26 is used to effect the magnetic pulse welding of the flange 18 with the tubular member 22, so that the rim 18 is radially sandwiched between the tubular member 22 and the annular member 26, in a method of manufacture which will now be described with reference to Figures 2 and 3.
  • the manufacturing process comprises the prior production of the shell 12 having at least the opening 16 and the rim 18 delimiting the opening 16.
  • the shell 12 is for example produced by molding.
  • the method then includes providing the tubular member 22, and inserting this tubular member 22 into the opening 16, so that the rim 18 radially surrounds the tubular member 22.
  • the member tubular 22 preferably comprises a shoulder 28 on its outer surface, this shoulder 28 being intended to come into abutment with one end 30 of the rim 18, in order to limit the insertion of the tubular element 22 into the opening 16.
  • the manufacturing process then comprises the insertion of the annular element 26 around the rim 18, as shown in FIG. 3.
  • this insertion is possible because the diameter of this annular element 26 is greater than the diameter of the tubular element 22.
  • This annular element 26 allows magnetic pulse welding of the tubular element 22 with the flange 18.
  • Magnetic impulse welding is performed by subjecting the assembly formed by the tubular member 22, the flange 18 and the annular member 16 to a magnetic field of high amplitude. This magnetic field is highly variable over time, so that it generates the ring element 26 from induced currents (eddy currents).
  • the connecting element 24 is placed around the tubular element 22, for example by interlocking, to reach the reservoir as shown in Figure 1.
  • the invention makes it possible to connect two elements made of different materials, in a sufficiently strong manner to allow an optimal seal, without requiring the use of a seal.
  • tubular member 22 could radially surround the rim 18, in which case the annular member 26 would be arranged inside the rim 18.
  • the connecting element 24 could be overmolded on the tubular element, after the magnetic pulse welding.

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Abstract

Le réservoir (10) comprend une coque (12) délimitant une enceinte de stockage (14) et présentant au moins une ouverture (16), et un organe de raccordement (20) connecté à l'ouverture (16) de la coque (12). L'organe de raccordement (20) comporte un élément tubulaire (22), délimitant une conduite, et un élément annulaire (26). La coque (12) comporte, un rebord (18) délimitant l'ouverture (16), le rebord (18) étant enserré radialement entre l'élément tubulaire (22) et l'élément annulaire (26).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Réservoir, notamment pour hydrogène, à étanchéité améliorée
La présente invention concerne un réservoir de stockage de fluide, notamment d’hydrogène, par exemple destiné à équiper un véhicule, plus particulièrement un véhicule automobile.
On connaît déjà, dans l’état de la technique, un réservoir comportant une coque délimitant une enceinte de stockage de fluide, et présentant au moins une ouverture pour le remplissage et/ou la décharge du fluide vers ou depuis l’enceinte. Le fluide peut être du gaz ou du liquide.
Le réservoir comporte par ailleurs un organe de raccordement, solidarisé à la coque au niveau de l’ouverture, permettant le raccordement du réservoir avec un conduit d’acheminement du fluide. L’organe de raccordement comporte généralement une vanne permettant ainsi la fermeture de l’enceinte.
Il est à noter que l’étanchéité entre la coque et l’organe de raccordement est dans certains cas difficile à réaliser. En particulier, la coque est généralement réalisée en matière plastique, et l’organe de raccordement en matière métallique, ce qui rend leur assemblage difficile. Il peut ainsi en résulter des fuites, et/ou nécessiter un procédé de fabrication long et/ou complexe et/ou coûteux.
L’invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en fournissant un réservoir dont l’étanchéité est assurée de manière simple, fiable et efficace.
A cet effet, l’invention a notamment pour objet un réservoir de stockage de fluide, notamment d’hydrogène, comprenant une coque délimitant une enceinte de stockage et présentant au moins une ouverture, et un organe de raccordement connecté à l’ouverture de la coque, caractérisé en ce que :
- l’organe de raccordement comporte un élément tubulaire, délimitant une conduite, et un élément annulaire, et
- la coque comporte, un rebord délimitant l’ouverture, le rebord étant enserré radialement entre l’élément tubulaire et l’élément annulaire.
La structure particulière de l’organe de raccordement selon l’invention permet la réalisation d’un soudage par impulsion magnétique entre le rebord de l’ouverture et l’élément tubulaire. Un tel soudage par impulsion magnétique permet de réaliser une étanchéité de manière simple, fiable et efficace. Un réservoir selon l’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables.
- Le rebord entoure radialement l’élément tubulaire.
- L’élément annulaire est réalisé en un matériau conducteur, notamment métallique.
- L’élément tubulaire est réalisé en un matériau conducteur, notamment métallique.
- Le rebord est solidarisé à l’élément tubulaire par soudage par impulsion magnétique.
- L’organe de raccordement comporte un élément de raccordement, entourant l’élément tubulaire.
- La coque est réalisée en matière plastique.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un réservoir de stockage tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu’il comprend :
- la réalisation préalable d’une coque présentant au moins une ouverture, et comprenant un rebord délimitant l’ouverture,
- la fourniture d’un élément tubulaire, délimitant une conduite, et l’insertion de l’un parmi l’élément tubulaire et le rebord dans l’autre parmi l’élément tubulaire et le rebord,
- la fourniture d’un élément annulaire, et
- un serrage radial de manière à enserrer radialement le rebord entre l’élément tubulaire et l’élément annulaire.
Un procédé de fabrication selon l’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables.
- Le serrage radial est réalisé par soudage par impulsion magnétique du rebord avec l’élément tubulaire.
- Le procédé de fabrication comporte, suite au soudage par impulsion magnétique, la mise en place d’un élément de raccordement, entourant l’élément tubulaire.
Divers aspects et avantages de l’invention seront mis en lumière dans la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles :
- [Fig 1] La figure 1 représente partiellement, en coupe axiale, un réservoir selon un exemple de mode de réalisation de l’invention ;
- [Fig 2] [Fig 3] Les figures 2 et 3 sont des vues similaires à la figure 1 , représentant le réservoir de la figure 1 au cours de deux étapes d’un procédé de fabrication de ce réservoir. On a représenté, sur la figure 1 , un réservoir 10 de stockage de fluide, selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. Dans l’exemple décrit, le fluide stocké est de l’hydrogène, sous forme liquide ou sous forme gazeuse en fonction de l’application souhaitée.
Le réservoir de stockage 10 comporte une coque 12, délimitant une enceinte 14 de stockage du fluide. La coque 12 présente par exemple une forme générale de révolution autour d’un axe longitudinal. De manière classique, la coque 12 est par exemple réalisée en matière plastique.
La coque 12 présente au moins une ouverture 16, formant un passage pour le remplissage du fluide dans l’enceinte 14 et/ou pour la décharge du fluide depuis l’enceinte 14.
La coque 12 comporte, à l’ouverture 16, un rebord 18 s’étendant circonférentiellement autour d’un axe X. L’axe X est par exemple confondu avec l’axe longitudinal de la coque 12. Ce rebord 18 délimite radialement ladite ouverture 16.
Le rebord 18 s’étend de préférence vers l’extérieur de l’enceinte 14. En variante, le rebord 18 peut s’étendre vers l’intérieur de l’enceinte 14.
Le réservoir 10 comporte par ailleurs un organe de raccordement 20, connecté à la coque 12, comme cela sera décrit ci-après.
L’organe de raccordement 20 selon l’invention est formée en plusieurs parties, et comporte notamment un élément tubulaire 22 et un élément de raccordement 24.
Comme cela est représenté sur la figure 1 , l’élément tubulaire 22 présente une forme générale de révolution autour de l’axe X. L’élément tubulaire 22 s’étend en partie dans l’ouverture 16, le rebord 18 entourant radialement cet élément tubulaire 22. Le rebord 18 est solidarisé à l’élément tubulaire 22 par soudage par impulsion magnétique, comme cela sera décrit ultérieurement.
L’élément de raccordement 24 présente également une forme générale de révolution autour de l’axe X. L’élément de raccordement 24 est agencé radialement autour de l’élément tubulaire 22. L’élément de raccordement 24 est solidarisé à l’élément tubulaire 22 par tout moyen envisageable, par exemple par emboîtement.
L’élément tubulaire 22 délimite intérieurement un conduit en communication fluidique avec l’enceinte 14 par l’intermédiaire de l’ouverture 16. L’élément de raccordement 24 présente extérieurement une forme classique permettant le raccordement à un conduit prévu à cet effet, de manière connue en soi. Il est à noter que l’élément de raccordement 24 comporte notamment une base 25 recouvrant le rebord 18, la base 25 étant insérée dans un creux 27 complémentaire formé par la coque 12.
L’élément tubulaire 22 est réalisé en un matériau conducteur, de préférence réalisé en matériau métallique, par exemple en aluminium ou en acier inoxydable. L’élément de raccordement 24 est également de préférence réalisé en matériau métallique, par exemple en aluminium ou en acier inoxydable.
Le réservoir 10 comporte enfin un élément annulaire 26, entourant radialement le rebord 18.
L’élément annulaire 26 est réalisé dans un matériau conducteur, de préférence réalisé en matière métallique, par exemple en acier, en acier inoxydable, en aluminium ou en cuivre.
De préférence, l’élément annulaire 26 est réalisé en aluminium pour éviter les problèmes de corrosion galvanique. En outre, l’aluminium est plus facilement formable que l’acier.
Les problèmes de corrosion galvanique peuvent également être évités en prévoyant un isolant et/ou un espace suffisant entre l’élément annulaire 26 et l’élément de raccordement 24.
L’élément annulaire 26 est utilisé pour effectuer le soudage par impulsion magnétique du rebord 18 avec l’élément tubulaire 22, de sorte que le rebord 18 soit enserré radialement entre l’élément tubulaire 22 et l’élément annulaire 26, dans un procédé de fabrication qui va maintenant être décrit en référence aux figures 2 et 3.
Le procédé de fabrication comporte la réalisation préalable de la coque 12 présentant au moins l’ouverture 16 et le rebord 18 délimitant l’ouverture 16. La coque 12 est par exemple réalisée par moulage.
Le procédé comporte ensuite la fourniture de l’élément tubulaire 22, et l’insertion de cet élément tubulaire 22 dans l’ouverture 16, de sorte que le rebord 18 entoure radialement l’élément tubulaire 22. Il est à noter que l’élément tubulaire 22 comporte de préférence un épaulement 28 sur sa surface extérieure, cet épaulement 28 étant destiné à venir en butée avec une extrémité 30 du rebord 18, afin de limiter l’insertion de l’élément tubulaire 22 dans l’ouverture 16.
Le procédé de fabrication comporte ensuite l’insertion de l’élément annulaire 26 autour du rebord 18, comme cela est représenté sur la figure 3. Dans le mode de réalisation décrit, cette insertion est possible du fait que le diamètre de cet élément annulaire 26 est supérieur au diamètre de l’élément tubulaire 22. Cet élément annulaire 26 permet le soudage par impulsion magnétique de l’élément tubulaire 22 avec le rebord 18.
Le soudage par impulsion magnétique est réalisé en soumettant l’ensemble formé par l’élément tubulaire 22, le rebord 18 et l’élément annulaire 16, à un champ magnétique de forte amplitude. Ce champ magnétique est fortement variable au cours du temps, si bien qu’il génère l’élément annulaire 26 des courants induits (courants de Foucault).
L’interaction entre le champ magnétique et les courants induits dans l’élément annulaire 26 génère des forces importantes d’origine magnétique, ces forces agissant mécaniquement sur l’élément annulaire 26. Ces forces magnétiques transforment très brusquement l’énergie magnétique en énergie mécanique agissant radialement sur l’élément annulaire 26. L’élément annulaire 26 se rétracte alors fortement, si bien que le rebord 18 se retrouve enserré entre cet élément annulaire 26 et l’élément tubulaire 22.
La fixation par soudage par impulsion magnétique est remarquable en ce que le rebord 18 est très fortement enserré entre l’élément annulaire 26 et l’élément tubulaire 22, sans fusion de matière ni présence d’un quelconque liant. Il est donc aisé de déterminer lorsque ces éléments sont effectivement solidarisés par soudage par impulsion magnétique conformément à l’invention.
Suite au soudage par impulsion magnétique, l’élément de raccordement 24 est mis en place autour de l’élément tubulaire 22, par exemple par emboîtement, pour parvenir au réservoir tel que représenté sur la figure 1 .
On notera que l’invention permet de relier deux éléments en matériaux différents, de manière suffisamment forte pour permettre une étanchéité optimale, sans nécessiter d’utiliser de joint d’étanchéité.
On notera que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes.
Par exemple, l’élément tubulaire 22 pourrait entourer radialement le rebord 18, auquel cas l’élément annulaire 26 serait agencé à l’intérieur du rebord 18.
Dans une autre variante, l’élément de raccordement 24 pourrait être surmoulé sur l’élément tubulaire, après le soudage par impulsion magnétique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réservoir (10) de stockage de fluide, notamment d’hydrogène, comprenant une coque (12) délimitant une enceinte de stockage (14) et présentant au moins une ouverture (16), et un organe de raccordement (20) connecté à l’ouverture (16) de la coque (12), caractérisé en ce que :
- l’organe de raccordement (20) comporte un élément tubulaire (22), délimitant une conduite, et un élément annulaire (26), et
- la coque (12) comporte, un rebord (18) délimitant l’ouverture (16), le rebord (18) étant enserré radialement entre l’élément tubulaire (22) et l’élément annulaire (26).
2. Réservoir de stockage (10) selon la revendication 1 , dans lequel le rebord (18) entoure radialement l’élément tubulaire (22).
3. Réservoir de stockage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’élément annulaire (26) est réalisé en un matériau conducteur, notamment métallique.
4. Réservoir de stockage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément tubulaire (22) est réalisé en un matériau conducteur, notamment métallique.
5. Réservoir de stockage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rebord (18) est solidarisé à l’élément tubulaire (22) par soudage par impulsion magnétique.
6. Réservoir de stockage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe de raccordement (20) comporte un élément de raccordement (24), entourant l’élément tubulaire (22).
7. Réservoir de stockage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la coque (12) est réalisée en matière plastique.
8. Procédé de fabrication d’un réservoir de stockage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend : - la réalisation préalable d’une coque (12) présentant au moins une ouverture (16), et comprenant un rebord (18) délimitant l’ouverture (16),
- la fourniture d’un élément tubulaire (22), délimitant une conduite, et l’insertion de l’un parmi l’élément tubulaire (22) et le rebord (18) dans l’autre parmi l’élément tubulaire (22) et le rebord (18),
- la fourniture d’un élément annulaire (26), et
- un serrage radial de manière à enserrer radialement le rebord (18) entre l’élément tubulaire (22) et l’élément annulaire (26).
9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, dans lequel le serrage radial est réalisé par soudage par impulsion magnétique du rebord (18) avec l’élément tubulaire (22).
10. Procédé de fabrication selon la revendication 8 ou 9, comportant, suite au soudage par impulsion magnétique, la mise en place d’un élément de raccordement (24), entourant l’élément tubulaire (22).
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