WO2022106409A1 - Réservoir pour gaz sous pression - Google Patents

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WO2022106409A1
WO2022106409A1 PCT/EP2021/081830 EP2021081830W WO2022106409A1 WO 2022106409 A1 WO2022106409 A1 WO 2022106409A1 EP 2021081830 W EP2021081830 W EP 2021081830W WO 2022106409 A1 WO2022106409 A1 WO 2022106409A1
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axis
tank
notch
space
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PCT/EP2021/081830
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Yannick Godard
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Faurecia Systemes D'echappement
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    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • TITLE Tank for pressurized gas
  • the invention relates to a tank for pressurized gas, such as hydrogen, and more particularly to an interface between a base and an envelope for such a tank.
  • a structure delimiting a volume of the tank, and a sealing envelope or "liner" covering the entire internal surface of the structure, so as to ensure gas tightness.
  • the structure is pierced with a hole in which is placed a base.
  • This base is pierced with a pipe connecting the inside of the tank with the outside of the tank, in order to be able to carry out the filling and drawing-off operations.
  • the sealing envelope has an opening coinciding with the hole and the pipe. Sealing must be ensured between the casing and the base in line with the opening and the pipe.
  • a tank is qualified for a pressure of the order of 1035 to 1050 bars, but the latter can reach 1700 bars.
  • the gas molecule particularly in the case of hydrogen, can be very small, and the gas manages to cross the smallest leak section.
  • the sealing envelope is typically made of elastomeric material and has a neck around the opening shaped so as to be housed in the notch, and this in an adjusted manner.
  • the subject of the invention is a tank for gas under pressure, such as hydrogen, comprising a base and an envelope, the base being substantially of revolution around an axis, comprising a substantially cylindrical pipe of axis passing through the base in order to connect the exterior of the reservoir to the interior of the reservoir and a hollow substantially tubular notch along the axis, surrounding the pipe and arranged inside the reservoir, the casing comprising a substantially solid tubular neck along the axis, shaped to be introduced into the notch, the base and the casing defining, at their contact interface, a space of revolution around the axis, capable of receiving glue, where the reservoir comprises another two joints of revolution around the axis, able to limit the extension of the glue, delimiting between them two in space a sub-space able to accommodate the glue.
  • the base also includes at least two holes, connecting the sub-space to the outside,
  • - a seal comprises an O-ring, preferably arranged in a groove of revolution around the axis hollowed out in the base,
  • a seal comprises a lip seal, preferably arranged in a groove of revolution around the axis hollowed out in the base,
  • a joint comprises a baffle comprising a first profile made in the base and a second profile complementary to the negative of the first profile, facing the first profile, made in the envelope,
  • a seal is placed on the inside lip of the notch and/or on the outside lip of the notch.
  • FIG. 1 shows, in cut longitudinal view, a tank according to the prior art
  • FIG. 2 shows, in cut longitudinal view, a tank according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows, in cut longitudinal view, a tank according to another embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows, in cut longitudinal view, a tank according to another embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a detail of figure 4
  • FIG. 6 shows, in cut longitudinal view, a tank according to another embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a detail of figure 6.
  • FIG. 1 shows a tank 1 according to the prior art.
  • This tank 1 is more particularly intended to accommodate a pressurized gas, preferably under high pressure, up to 1700 bars, such as hydrogen.
  • This tank 1 comprises a base 2, substantially of revolution around an axis X, generally made of metallic material (stainless steel or aluminum) and a structure (not shown) substantially of revolution around the axis X, generally made of composite material .
  • the structure delimits the useful volume of the reservoir 1 .
  • the tightness of the structure is ensured by an envelope 8 or "liner", generally made of a flexible material, such as an elastomer, which substantially hugs the inner surface of the structure.
  • the base 2 comprises a pipe 3, substantially cylindrical with axis X, passing through the base 1, in order to connect the exterior 5 of the reservoir 1 to the interior 6 of the reservoir 1 Also, it is necessary to ensure continuity of the seal between the casing 8 and the base 2 around the pipe 3.
  • the base 2 comprises a hollow substantially tubular notch 4 of axis X surrounding the pipe 3 and arranged inside 6 of the tank 1.
  • the casing 8 comprises, in a complementary manner to the notch 4, a neck 9 substantially tubular solid axis X. This neck 9 is shaped to be inserted into the notch 4, and this so as to closely match the hollow shape of the notch 4.
  • the base 2 and the casing 8 are substantially in contact over a zone of revolution around the axis X comprising at least the surfaces of the notch 4.
  • the base 2 and the casing 8 thus define, between the two of them, at their contact interface, a space 7.
  • This space 7 is of revolution around the axis X and is capable of receiving glue so as to assemble the casing 8 and the base 2.
  • These seals 10 are of revolution around the axis X. Their function is to form two extreme limits in the space 7, limiting the extension of the glue, between these two joints/limits 10.
  • the joints 10 delimit a sub-space 7', included in the space 7.
  • the volume available in the sub-space 7', delimited between the casing 8 and the base 2 and by the two seals 10, is constant and known .
  • the glue is, on the one hand, contained in this delimited volume, which guarantees sufficient captive glue, and therefore a guaranteed minimum thickness, ensuring effective bonding of the casing 8 to the base 2.
  • the volume of glue can be predetermined, which facilitates its dosage and ensures repeatability of the bonding operation.
  • the base 2 further comprises at least two holes 11, connecting the sub-space 7' to the outside 6. These emerging holes 11 form communication vents of the sub-space 7' with the outside. 6. At least a first vent 1 1 allows introduction of the glue in the sub-space 7 ', while at least a second vent 11 allows the air contained in the sub-space 7' to be emptied, as and as it is replaced by glue.
  • the introduction of the glue can be carried out by "pushing" the glue and the air by a positive pressure applied to at least one first vent 11, by "sucking in” the air and the glue by a negative pressure applied to at least a second vent 11 or by combining the two operations.
  • a seal 10 comprises an O-ring 12.
  • Such an O-ring 12 is preferably arranged in a groove of revolution around the axis X.
  • Such a groove is advantageously hollowed out in the base 2, which is more rigid than the envelope 8.
  • a seal 10 comprises a lip seal 13.
  • a lip seal 13 is preferably arranged in a groove of revolution around the axis X.
  • Such a groove is advantageously hollowed out in the base 2, which is more rigid than envelope 8.
  • a baffle 14 comprises a first profile 15 made in the base 2 and a second profile 16 complementary to the negative of the first profile 15, made in the casing 8 and arranged opposite the first profile 15.
  • the profiles 15, 16 comprise alternating hollow and full grooves, of revolution around the X axis, in order to radially form a baffle opposing a radial flow of the adhesive.
  • Each of the two seals 10 can be of any type, identical or not.
  • the seals 10, whatever their type, can be arranged at any point in the space 7.
  • the choice of their position is such that it provides a glued sub-space 7' of sufficient size to ensure effective bonding of the casing 8 to the base 2. It is again determined by the conformation of the space 7.
  • FIG. 2 and FIG. bottom can be arranged near the notch 4 ( Figure 2) or on the contrary further from the notch 4 ( Figure 3). It goes without saying that the configuration of FIG. 3 allows a larger gluing surface.
  • seal configurations 10 are more particularly retained. According to another characteristic, a seal 10 is placed at the bottom of the notch 4. This is more particularly illustrated in figures 2-7, where the highest seal 10 in the figure is placed at the bottom of the notch 4.
  • a seal 10 is arranged at the inner lip of the notch 4. This corresponds to a seal 10 arranged at the end E2. Inner lip and outer lip are defined here relative to the X axis.
  • a gasket 10 is arranged at the outer lip of the notch 4. This is more particularly illustrated in FIGS. 2, 4-5, where the lowest gasket 10 in the figure is arranged at the outer lip of notch 4.
  • baffle profile envelope

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Réservoir (1) pour gaz sous pression, tel de l'hydrogène, comprenant une embase (2) et une enveloppe (8), l'embase étant sensiblement de révolution autour d'un axe (X), comprenant une canalisation (3) sensiblement cylindrique d'axe (X) traversant l'embase (1) afin de relier l'extérieur (5) du réservoir (1) à l'intérieur (6) du réservoir (1) et une encoche (4) sensiblement tubulaire creuse d'axe (X) entourant la canalisation (3) et disposée à l'intérieur (6) du réservoir (1), l'enveloppe (8) comprenant un goulot (9) sensiblement tubulaire plein d'axe (X), conformé pour être introduit dans l'encoche (4), l'embase (2) et l'enveloppe (8) définissant, à leur interface de contact, un espace (7) de révolution autour de l'axe (X), apte à accueillir de la colle, où le réservoir (1) comprend encore deux joints (10) de révolution autour de l'axe (X), aptes à limiter l'extension de la colle, délimitant entre eux deux dans l'espace (7) un sous-espace (7') apte à accueillir la colle.

Description

TITRE : Réservoir pour gaz sous pression
Domaine technique
L’invention concerne un réservoir pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène et plus particulièrement une interface entre une embase et une enveloppe pour un tel réservoir.
Technique antérieure
Il est connu de réaliser un tel réservoir au moyen d’une structure, délimitant un volume du réservoir, et d’une enveloppe d’étanchéité ou « liner » recouvrant toute la surface interne de la structure, de manière à assurer une étanchéité au gaz. La structure est percée d’un trou dans lequel est disposée une embase. Cette embase est percée d’une canalisation permettant de relier l’intérieur du réservoir avec l’extérieur du réservoir, afin de pouvoir réaliser les opérations de remplissage et de puisage. L’enveloppe d’étanchéité comporte une ouverture coïncidant avec le trou et la canalisation. Il convient d’assurer l’étanchéité entre l’enveloppe et l’embase au droit de l’ouverture et de la canalisation.
Ceci est d’autant plus délicat que les pressions sont importantes. Un réservoir est qualifié pour une pression de l’ordre de 1035 à 1050 bars, mais cette dernière peut atteindre 1700 bars. De plus, la molécule de gaz, particulièrement dans le cas de l’hydrogène, peut être très petite, et le gaz parvient, à traverser la moindre section de fuite.
Il est encore connu, pour réaliser cette étanchéité, de réaliser dans l’embase, côté intérieur, une encoche sensiblement tubulaire en creux. L’enveloppe d’étanchéité est typiquement réalisée en matériau élastomère et présente un goulot autour de l’ouverture conformé de manière à venir se loger dans l’encoche, et ce de manière ajustée.
Il est encore connu, pour assembler l’enveloppe et l’embase en assurant l’étanchéité, de coller l’enveloppe avec l’embase. Pour cela, de la colle est disposée entre l’enveloppe et l’embase, sur tout ou partie d’un espace délimité à l’interface de contact, entre enveloppe et embase.
Une telle solution ne permet pas de maintenir la colle en place et d’assurer que la colle reste présente et en épaisseur suffisante pour assurer un collage efficace. De plus cette solution ne permet pas de maîtriser la quantité de colle nécessaire et suffisante.
Résumé de l'invention
L’invention propose une solution ingénieuse afin de pallier ces inconvénients. Pour cela, l’invention a pour objet un réservoir pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant une embase et une enveloppe, l’embase étant sensiblement de révolution autour d’un axe, comprenant une canalisation sensiblement cylindrique d’axe traversant l’embase afin de relier l’extérieur du réservoir à l’intérieur du réservoir et une encoche sensiblement tubulaire creuse selon l’axe, entourant la canalisation et disposée à l’intérieur du réservoir, l’enveloppe comprenant un goulot sensiblement tubulaire plein selon l’axe, conformé pour être introduit dans l’encoche, l’embase et l’enveloppe définissant, à leur interface de contact, un espace de révolution autour de l’axe, apte à accueillir de la colle, où le réservoir comprend encore deux joints de révolution autour de l’axe, aptes à limiter l’extension de la colle, délimitant entre eux deux dans l’espace un sous-espace apte à accueillir la colle.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- l’embase comprend encore au moins deux perçages, reliant le sous-espace à l’extérieur,
- un joint comprend un joint torique, préférentiellement disposé dans une gorge de révolution autour de l’axe creusée dans l’embase,
- un joint comprend un joint à lèvre, préférentiellement disposé dans une gorge de révolution autour de l’axe creusée dans l’embase,
- un joint comprend une chicane comprenant un premier profil réalisé dans l’embase et un deuxième profil complémentaire en négatif du premier profil, en regard du premier profil, réalisé dans l’enveloppe,
- un joint est disposé au fond de l’encoche,
- un joint est disposé à la lèvre intérieure de l’encoche et/ou à la lèvre extérieure de l’encoche.
Brève description des dessins
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
[Fig. 1] montre, en vue longitudinale coupée, un réservoir selon l’art antérieur,
[Fig. 2] montre, en vue longitudinale coupée, un réservoir selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 3] montre, en vue longitudinale coupée, un réservoir selon un autre mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 4] montre, en vue longitudinale coupée, un réservoir selon un autre mode de réalisation de l’invention, [Fig. 5] montre un détail de la figure 4,
[Fig. 6] montre, en vue longitudinale coupée, un réservoir selon un autre mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 7] montre un détail de la figure 6.
Description des modes de réalisation
La figure 1 montre un réservoir 1 selon l’art antérieur. Ce réservoir 1 est plus particulièrement destiné à accueillir un gaz sous pression, préférentiellement sous haute pression, jusqu’à 1700 bars, tel de l’hydrogène. Ce réservoir 1 comprend une embase 2, sensiblement de révolution autour d’un axe X, généralement réalisée en matériau métallique (inox ou aluminium) et une structure (non représentée) sensiblement de révolution autour de l’axe X, généralement réalisée en matériau composite. La structure délimite le volume utile du réservoir 1 . L’étanchéité de la structure est assurée par une enveloppe 8 ou « liner », généralement réalisé en matériau souple, tel un élastomère, qui épouse sensiblement la surface intérieure de la structure. Afin de pouvoir remplir ou puiser le réservoir 1 , l’embase 2 comprend une canalisation 3, sensiblement cylindrique d’axe X, traversant l’embase 1 , afin de relier l’extérieur 5 du réservoir 1 à l’intérieur 6 du réservoir 1. Aussi, il convient d’assurer une continuité de l’étanchéité entre l’enveloppe 8 et l’embase 2 autour de la canalisation 3.
Pour cela, l’embase 2 comprend une encoche 4 sensiblement tubulaire creuse d’axe X entourant la canalisation 3 et disposée à l’intérieur 6 du réservoir 1. L’enveloppe 8 comprend, de manière complémentaire à l’encoche 4, un goulot 9 sensiblement tubulaire plein d’axe X. Ce goulot 9 est conformé pour être introduit dans l’encoche 4, et ce de manière à épouser intimement la forme en creux de l’encoche 4.
Ainsi, l’embase 2 et l’enveloppe 8 sont sensiblement en contact sur une zone de révolution autour de l’axe X comprenant au moins les surfaces de l’encoche 4. L’embase 2 et l’enveloppe 8 définissent ainsi, entre elles deux, à leur interface de contact, un espace 7. Cet espace 7 est de révolution autour de l’axe X et est apte à accueillir de la colle de manière à assembler l’enveloppe 8 et l’embase 2.
Un des inconvénients de l’art antérieur, illustré à la figure 1 , est que, de la colle disposée dans l’espace 7 entre l’enveloppe 8 et l’embase 2, peut s’échapper aux deux extrémités E1 , E2, de l’espace 7.
Aussi, selon une caractéristique de l’invention, illustrée aux figures 2-7, dans l’espace 7 est délimité un sous-espace 7’ au moyen de deux joints 10. Ces joints 10 sont de révolution autour de l’axe X. Ils ont pour fonction de former deux limites extrêmes dans l’espace 7, limitant l’extension de la colle, entre ces deux joints/limites 10. Les joints 10 délimitent un sous-espace 7’, inclus dans l’espace 7. Ainsi, le volume disponible dans le sous-espace 7’, délimité entre l’enveloppe 8 et l’embase 2 et par les deux joints 10, est constant et connu. Aussi, la colle est, d’une part, contenue dans ce volume délimité, ce qui garantit suffisamment de colle captive, et donc une épaisseur minimale assurée, assurant un collage efficace de l’enveloppe 8 sur l’embase 2. D’autre part, le volume de colle peut être prédéterminé, ce qui facilite son dosage et assure une répétabilité de l’opération de collage.
Selon une autre caractéristique, l’embase 2 comprend encore au moins deux perçages 1 1 , reliant le sous-espace 7’ à l’extérieur 6. Ces perçages 11 débouchants forment des évents de communication du sous-espace 7’ avec l’extérieur 6. Au moins un premier évent 1 1 permet une introduction de la colle dans le sous-espace 7’, tandis qu’au moins un deuxième évent 11 permet de vider l’air contenu dans le sous-espace 7’, au fur et à mesure de son remplacement par la colle. L’introduction de la colle peut être réalisée en « poussant » la colle et l’air par une pression positive appliquée à au moins un premier évent 11 , en « aspirant » l’air et la colle par une pression négative appliquée à au moins un deuxième évent 1 1 ou en combinant les deux opérations.
Selon une autre caractéristique, un joint 10 comprend un joint torique 12. Un tel joint torique 12 est préférentiellement disposé dans une gorge de révolution autour de l’axe X. Une telle gorge est avantageusement creusée dans l’embase 2, plus rigide que l’enveloppe 8.
Selon une autre caractéristique, un joint 10 comprend un joint à lèvre 13. Un tel joint à lèvre 13 est préférentiellement disposé dans une gorge de révolution autour de l’axe X. Une telle gorge est avantageusement creusée dans l’embase 2, plus rigide que l’enveloppe 8.
Selon une autre caractéristique, un autre moyen de réaliser un joint 10 apte à stopper ou au moins à sérieusement ralentir un écoulement de la colle est l’utilisation d’une chicane 14. Une telle chicane 14, plus particulièrement illustrée aux figures 6 et 7, comprend un premier profil 15 réalisé dans l’embase 2 et un deuxième profil 16 complémentaire en négatif du premier profil 15, réalisé dans l’enveloppe 8 et disposé en regard du premier profil 15. Les profils 15, 16, négatifs l’un de l’autre, s’emboîtent mutuellement. Les profils 15, 16 comprennent des rainures en creux et en plein alternées, de révolution autour de l’axe X, afin de radialement former une chicane s’opposant à un écoulement radial de la colle.
Chacun des deux joints 10 peut être de n’importe quel type, identiques ou non.
Les joints 10, quel que soit leur type, peuvent être disposés en tout point de l’espace 7. Le choix de leur position est tel qu’il ménage un sous-espace 7’ encollé de taille suffisante pour assurer un collage efficace de l’enveloppe 8 sur l’embase 2. Il est encore déterminé par la conformation de l’espace 7. Ainsi, tel qu’illustré comparativement entre la figure 2 et la figure 3, le joint 10 le plus bas peut être disposé près de l’encoche 4 (figure 2) ou au contraire plus éloigné de l’encoche 4 (figure 3). Il va de soi que la configuration de la figure 3 permet une plus grande surface d’encollage.
Certaines configurations de joint 10 sont plus particulièrement retenues. Selon une autre caractéristique, un joint 10 est disposé au fond de l’encoche 4. Ceci est plus particulièrement illustré aux figures 2-7, où le joint 10 le plus haut sur la figure est disposé au fond de l’encoche 4.
Selon une autre caractéristique, un joint 10 est disposé à la lèvre intérieure de l’encoche 4. Ceci correspond à un joint 10 disposé à l’extrémité E2. Lèvre intérieure et lèvre extérieure sont ici définies relativement à l’axe X.
Selon une autre caractéristique, un joint 10 est disposé à la lèvre extérieure de l’encoche 4. Ceci est plus particulièrement illustré aux figures 2, 4-5, où le joint 10 le plus bas sur la figure est disposé à la lèvre extérieure de l’encoche 4.
Il est encore possible de disposer un premier joint 10 à la lèvre intérieure de l’encoche 4 et un deuxième joint 10 à la lèvre extérieure de l’encoche 4.
Il est encore possible de disposer plus de deux joints dans l’espace 7. Ceci peut, par exemple, permettre de doubler un joint à l’une des limites du sous-espace 7’, afin d’améliorer l’étanchéité de ce dernier.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
Liste des signes de référence
1 : réservoir,
2 : embase,
3 : canalisation,
4 : encoche,
5 : extérieur,
6 : intérieur,
7 : espace,
7’ : sous-espace,
8 : enveloppe,
9 : goulot, 10 : joint,
11 : perçage,
12 : joint torique,
13 : joint à lèvre, 14 : chicane,
15 : profil de la chicane (embase),
16 : profil de la chicane (enveloppe).

Claims

7 REVENDICATIONS
1. Réservoir (1 ) pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant une embase (2) et une enveloppe (8), l’embase étant sensiblement de révolution autour d’un axe (X), comprenant une canalisation (3) sensiblement cylindrique d’axe (X) traversant l’embase (1 ) afin de relier l’extérieur (5) du réservoir (1 ) à l’intérieur (6) du réservoir (1 ) et une encoche (4) sensiblement tubulaire creuse selon l’axe (X), entourant la canalisation (3) et disposée à l’intérieur (6) du réservoir (1 ), l’enveloppe (8) comprenant un goulot (9) sensiblement tubulaire plein selon l’axe (X), conformé pour être introduit dans l’encoche (4), l’embase (2) et l’enveloppe (8) définissant, à leur interface de contact, un espace (7) de révolution autour de l’axe (X), apte à accueillir de la colle, caractérisé en ce que le réservoir (1 ) comprend encore deux joints (10), de révolution autour de l’axe (X), aptes à limiter l’extension de la colle, délimitant entre eux deux dans l’espace (7) un sous-espace (7’) apte à accueillir la colle.
2. Réservoir (1 ) selon la revendication précédente, où l’embase (2) comprend encore au moins deux perçages (1 1 ), reliant le sous-espace (7’) à l’extérieur (6).
3. Réservoir (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un joint (10) comprend un joint torique (12), préférentiellement disposé dans une gorge de révolution autour de l’axe (X) creusée dans l’embase (2).
4. Réservoir (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un joint (10) comprend un joint à lèvre (13), préférentiellement disposé dans une gorge de révolution autour de l’axe (X) creusée dans l’embase (2).
5. Réservoir (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un joint (10) comprend une chicane (14) comprenant un premier profil (15) réalisé dans l’embase (2) et un deuxième profil (16) complémentaire en négatif du premier profil (15), en regard du premier profil (15), réalisé dans l’enveloppe (8).
6. Réservoir (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un joint (10) est disposé au fond de l’encoche (4). 8
7. Réservoir (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un joint (10) est disposé à la lèvre intérieure de l’encoche (4) et/ou à la lèvre extérieure de l’encoche (4).
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