WO2023118180A1 - Unité de stockage de fluide cryogénique - Google Patents

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WO2023118180A1
WO2023118180A1 PCT/EP2022/087049 EP2022087049W WO2023118180A1 WO 2023118180 A1 WO2023118180 A1 WO 2023118180A1 EP 2022087049 W EP2022087049 W EP 2022087049W WO 2023118180 A1 WO2023118180 A1 WO 2023118180A1
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WO
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internal
tank
section
storage unit
tubular part
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/087049
Other languages
English (en)
Inventor
Frédéric Greber
Original Assignee
Faurecia Systemes D'echappement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Faurecia Systemes D'echappement filed Critical Faurecia Systemes D'echappement
Publication of WO2023118180A1 publication Critical patent/WO2023118180A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask

Definitions

  • the invention generally relates to a cryogenic fluid storage unit, in particular a liquid hydrogen storage unit.
  • a request relating to a hydrogen storage and supply device comprising a means for heating the cryogenic fluid leaving the inner tank, before supplying a heat exchanger; this request has the internal reference BFF21 P0641;
  • this request has the internal reference BFF21 P0868.
  • liquid hydrogen in a storage unit comprising an internal tank internally delimiting a reception volume for liquid hydrogen, and an external tank in which the internal tank is housed.
  • An intermediate space is provided between the inner reservoir and the outer reservoir.
  • Thermal insulation is arranged in this intermediate space. This thermal insulation consists of several layers of thin metal sheets, and layers of fibers interposed between the metal sheets.
  • the thermal insulation is laid on the inner tank, preferably without touching the outer tank. Furthermore, the intermediate space is maintained under a high vacuum level, to greatly limit convection between the two reservoirs.
  • the storage unit also comprises a device for suspending the internal tank from the external tank. Part of the thermal flux between the two reservoirs passes through this suspension.
  • Yet another part of the heat flow passes through the tubes for filling and emptying the internal tank, and through the other auxiliaries passing through the intermediate space.
  • the fluid contained between the two reservoirs must be pumped. However, as the pressure in this intermediate space decreases, the water, grease, and fluid contained in the material in contact with the vacuum will evaporate.
  • the suspension device can be made of a non-metallic material, for example a plastic, so as to reduce heat transfer by conduction.
  • a solution for suspending the internal tank from the external tank is to suspend the internal tank by the nose.
  • the center of the internal bottom would be connected to the center of the opposite external bottom by a block.
  • this block In order not to lengthen the storage excessively, and to limit the volume of the intermediate space, this block is necessarily relatively short. Therefore, it must imperatively be made of plastic, to limit thermal conduction.
  • This plastic element must be reinforced with metal inserts to increase its mechanical characteristics.
  • plastic materials when subjected to a high vacuum, they emit a large amount of volatile organic compounds (VOCs), for a long time, so that the stabilization of the vacuum is very long to obtain. .
  • VOCs volatile organic compounds
  • the degassing of plastic materials is much faster if the storage is heated during the vacuum stabilization operation. In this case, the use of plastic materials limits the heating temperature, since the maximum temperature that the plastic materials are likely to withstand is significantly lower than that of the other components making up the storage unit.
  • the invention relates to a cryogenic fluid storage unit, comprising:
  • an internal tank internally delimiting a volume for receiving cryogenic fluid
  • the internal tank comprising an internal tubular part having an internal central axis, and two internal bottoms closing the internal tubular part at opposite axial ends;
  • an external tank the internal tank being housed in the external tank, an intermediate space being provided between the internal tank and the external tank, the external tank comprising an external tubular part having an external central axis, and two external bottoms closing the part outer tubular at opposite axial ends;
  • a device for suspending the internal tank from the external tank comprising a metallic suspension securing one of the internal bottoms to the external tubular part, the metallic suspension comprising at least one arm, the or each arm comprising a first section arranged in vis- vis-a-vis said internal bottom and rigidly fixed to said internal bottom, and a second section engaged between the internal tubular part and the external tubular part and rigidly fixed to the external tubular part.
  • the suspension is metallic.
  • the use of a metal suspension, not a plastic suspension, causes the vacuum stabilization period to be greatly shortened.
  • the suspension being made of metallic materials, emits only small amounts of water, grease and gas during the evacuation of the interstitial space. This accelerates the stabilization of the vacuum.
  • the or each arm used to suspend the inner reservoir from the outer reservoir connects the inner bottom to the outer tubular part. In other words, it connects a point of the internal bottom to another point which is very offset radially and axially with respect to the fixing point of the internal bottom.
  • the length of the arm is relatively large, so that heat transfers by conduction are reduced. Consequently, it becomes possible to use a metallic material and not a plastic material to produce the elements of the suspension.
  • the gap between the inner and outer bottoms is typically around 150 millimeters with nose suspension.
  • the inner bottom and the outer bottom are separated axially by a distance between 60 and 70 millimeters. This makes it possible either to increase the compactness of the storage, or to store a much larger volume of cryogenic fluid in the same space.
  • the storage unit may also represent one or more of the characteristics below, considered individually or in all technically possible combinations:
  • the metal suspension comprises two arms, the respective second sections of the two arms being angularly offset relative to each other around the internal central axis;
  • each second section comprises a distal end portion oriented substantially parallel to the internal central axis
  • the or each second section is a stamped sheet, the distal end part comprising a flat part facing the outer tubular part and fixed to the outer tubular part, and distal raised edges rising from the flat part (45 ) opposite the outer tubular part;
  • the or each first section is a stamped sheet comprising a bottom part turned towards the internal bottom and fixed to the internal bottom, and folded edges rising from the bottom part opposite the internal bottom;
  • the second section comprises a proximal end portion substantially parallel to the first section, cooperating telescopically with the first section, and rigidly fixed to the first section;
  • the outer reservoir comprises two half-reservoirs rigidly fixed to each other along a line with a closed contour, each half-reservoir comprising a portion of the outer tubular part and a portion of each outer bottom;
  • one of the half-tanks has, for the or each arm, a flat area to which the second section of said arm is fixed;
  • the external tank considered in section perpendicular to the external central axis outside the or each flat zone, defines an exscribed square, the or each flat zone, considered in section perpendicular to the external central axis, falling within said exscribed square;
  • each internal bottom has a convex central zone towards the cryogenic fluid reception volume and a peripheral zone of shape revolution obtained by causing a concave curve to circulate around the internal central axis towards the cryogenic fluid reception volume;
  • the internal reservoir comprises a central tie rod having opposite ends, integral with the two internal bottoms, the first section of the or each arm being rigidly fixed to the central tie rod;
  • the first section of the or each arm is rigidly fixed directly to a fixing point of the internal bottom, said fixing point being relatively farther from the second section than a geometric center of the internal bottom.
  • the invention relates to a method of manufacturing a storage unit having the above characteristics, the method of manufacturing comprising the following steps:
  • Figure 1 is a front view of a storage unit according to the invention, in the position of use;
  • Figure 2 is a perspective view of the storage unit of Figure 1, being assembled, the two half-tanks constituting the external tank being shown separated from each other, to reveal the internal tank ;
  • Figure 3 is a view similar to that of Figure 2, for a previous step of the manufacturing process, before removal of the inner tank in the outer half-tank;
  • Figure 4 is a perspective view of an axial end of the inner tank of Figures 2 and 3, the second sections of the arms of the metal suspension being shown separated from the first sections;
  • FIG. 5 is a perspective view of the two internal bottoms of the internal reservoir and of the central tie rod securing the two internal bottoms to one another;
  • Figure 6 is an axial sectional view of one of the two internal bottoms of the internal reservoir of Figures 2 to 4;
  • FIG. 7 is a schematic front view of the internal reservoir and of a metal suspension according to an alternative embodiment.
  • the storage unit 1 shown in Figure 1 is intended to store a cryogenic fluid.
  • fluid here means an element which may be in a gaseous, liquid or supercritical being.
  • “Cryogenic fluid” means a fluid at a temperature below 120 K.
  • This fluid is at least partially in the liquid state inside the storage unit.
  • This fluid is typically hydrogen, preferably hydrogen gas.
  • the fluid is helium, nitrogen, a natural gas such as methane CH4, or any other suitable fluid.
  • the fluid When the fluid is hydrogen, it is stored in the storage unit 1 for example at a temperature equal to 20.3°K.
  • the storage unit 1 comprises an internal reservoir 3, internally delimiting a volume for receiving cryogenic fluid.
  • the internal reservoir 3 comprises an internal tubular part 5 having an internal central axis C1, and two internal bottoms 7 closing the internal tubular part 5 at opposite axial ends.
  • the internal tubular part 5 has, perpendicular to the internal central axis Cl, a constant section. This section is for example circular.
  • the internal central axis Cl is horizontal.
  • the storage unit 1 further comprises an external tank 9, the internal tank 3 being housed in the external tank 9.
  • the external tank 9 is without direct contact with the internal tank 3.
  • the outer reservoir 9 comprises an outer tubular part 13 having an outer central axis CE, and two outer bottoms 15 closing the outer tubular part 13 at its opposite axial ends.
  • the external central axis CE In the normal position of use of the storage unit 1, the external central axis CE is horizontal. It is typically confused with the internal central axis Cl.
  • the storage unit 1 also includes thermal insulation 17 arranged in the intermediate space 11.
  • the thermal insulation 17 is only partially shown in Figure 2, to reveal the structure of the internal tank 3.
  • the thermal insulation 17 typically comprises a plurality of thin metal sheets superimposed on each other, and layers of fibers interposed between the metal sheets. This thermal insulation 17 is placed on the internal tank 3, and completely envelops the latter.
  • the intermediate space 11 is maintained under a high vacuum, for example of the order of 10 -4 mbar.
  • the storage unit 1 further comprises a device 19 for suspending the internal tank 3 from the external tank 9.
  • the weight of the internal tank 3, its contents, and the forces undergone by the internal tank 3, are taken up almost entirely. by the external tank 9, through the suspension device 19.
  • the internal tank 3 is fixed by the suspension device 19 to a zone of the external tank 9 facing downwards in normal operation of the storage 1. Alternatively, it is fixed to a zone facing upwards, or having any other orientation.
  • the suspension device 19 comprises a metal suspension 21 securing one of the internal bottoms 7 to the external tubular part 13.
  • Suspension 21 is said to be metallic in the sense that it only comprises metal parts. These parts are typically made of steel, preferably stainless steel, for example austenitic stainless steel.
  • This grade has the advantage of being insensitive to corrosion and maintaining ductile behavior at very low temperatures.
  • the internal reservoir 3 is also made of austenitic stainless steel, preferably of austenitic stainless steel of the 316, 316L, 304 or 304L type, more preferably of the 316L type. It is thus possible to solder all the constituents of the storage unit 1 to each other easily.
  • austenitic stainless steel has less brittleness due to prolonged contact with hydrogen than other types of steel.
  • Austenitic stainless steel also has the advantage of having a rather low thermal conductivity for a metal (23 W/mK).
  • carbon steel has a conductivity of around 30 W/mK, and aluminum around 150 W/mK
  • the suspension device 19 comprises two metal suspensions 21, each securing one of the internal bottoms 7 to the external tubular part 13.
  • the metal suspensions 21, in this case, are identical, and only one of them will be described below.
  • the suspension device 19 comprises only a metal suspension 21 of the type described below, the other internal bottom 7 being supported by a suspension of a different type.
  • the metal suspension 21 comprises at least one arm 23, the or each arm 23 comprising a first section 25, arranged vis-à-vis the internal bottom 7 and rigidly fixed to the internal bottom 7 , and a second section 27 engaged between the inner tubular part 5 and the outer tubular part 13 and rigidly fixed to the outer tubular part 13.
  • the metal suspension 21 comprises two arms 23.
  • the respective second sections 27 of the two arms 23 are angularly offset relative to each other around the internal central axis Cl.
  • Angular offset is between 15° and 180°, preferably between 30° and 90°, and is for example 60°.
  • the respective first sections 25 of the two arms 23 form a V-shaped piece 29.
  • This V-shaped part 29 came out of the box.
  • the V-shaped part 29 is fixed to the internal bottom 7 at a single common fixing point for the respective first sections 25 of the two arms 23. This fixing point is at the tip of the V.
  • the metal suspension 21 comprises a single arm 23.
  • the or each first section 25 is generally rectilinear in shape, elongated in a main direction d.
  • This main direction d is typically substantially radial with respect to the internal central axis Cl.
  • the first section 25 of the or each arm 23 is a stamped sheet, comprising a bottom part 31 facing the internal bottom 7 and fixed to the bottom internal 7, and folded edges 33 rising from the bottom part 31 opposite the internal bottom 7.
  • the or each first section 25 has a U-section perpendicular to the main direction d.
  • the bottom part 31 is flat or slightly arcuate, so as to follow the curvature of the internal bottom 7.
  • the first section 25 is fixed to the internal bottom 7 via the bottom part 31. This allows a convenient fixing to the internal bottom 7.
  • the folded edges 33 are provided to stiffen the first section 25.
  • the bottom parts 31 of the first sections 25 are continuous with each other and meet at the tip of the V-shaped part 29.
  • the folded edges 33 of the first two sections 25 are continuous with each other.
  • the bottom part 31 is elongated in the main direction d.
  • the first section 25 comprises two folded edges 33, also extending substantially parallel to the main direction d, and placed on either side of the bottom part 31.
  • the folded edges 33 of the first sections 25 delimiting the interior of the V-piece 29 are connected to each other by an edge portion 35 arcuate.
  • the folded edges 33 delimiting the outside of the V-shaped piece 29 are connected to each other by another arched edge portion 37, forming the point of the V.
  • the first sections 25, on the other hand, remain open in the main direction d, opposite the tip of the V.
  • the internal tank 3 comprises a central tie rod 39 having opposite ends 41 integral with the two internal bottoms 7.
  • the central tie rod 39 typically extends along the internal central axis C1 of the internal tank 3. These ends 41 project out of the internal tank 3, through the internal bottoms 7.
  • the or each first section 25 is rigidly fixed to the central tie rod 39.
  • the or each first section 25 is rigidly fixed to the end 41 of the central tie rod 39 projecting through the internal bottom 7, via the bottom part 31.
  • an orifice is provided in the zone of the V-shaped piece 29 where the bottom parts 31 of the first branches 25 meet, this orifice being engaged around the end 41 and rigidly fixed to that -this.
  • the or each second section 27 has a generally bent shape, and more precisely a general L-shape.
  • the second section 27 is advantageously a stamped sheet.
  • the second section 27, perpendicular to a central line LC, has sections of general U shape.
  • the central line LC is illustrated in FIG. 4, and has a general L shape.
  • the or each second section 27 includes a distal end portion 43 oriented substantially parallel to the internal central axis C1.
  • the distal end part 43 advantageously comprises a flat part 45, facing the outer tubular part 13 and fixed to the outer tubular part 13.
  • the flat part 45 is elongated along the internal central axis Cl.
  • the distal raised edges 47 are also elongated along the internal central axis Cl and stand on either side of the flat part 45.
  • the second section 27 further comprises a proximal end portion 49 substantially parallel to the first section 25.
  • the proximal end part 49 cooperates telescopically with the first section 25 and is rigidly fixed to the first section 25.
  • proximal end part 49 and the first section 25 are nested one inside the other and can be translated relative to each other in the main direction d, before fixing the first section 25 and the proximal end portion 49 to each other.
  • the proximal end part 49 has, perpendicular to the main direction d, a generally U-shaped section, with a proximal bottom 51 framed by two proximal raised edges 53. It will be noted that the proximal raised edges 53 s extend from the proximal bottom 51 towards the inner bottom 7, while the folded edges 33 rise from the bottom portion 31 opposite the inner bottom 7.
  • the first section 25 is engaged inside the proximal end part 49.
  • proximal end part 49 which is engaged in the first section 25.
  • the proximal end part 49 and the distal end part 43 are connected to each other by an angled intermediate part 55, also bent in II.
  • the intermediate bottom 57 of the intermediate part 55 connects the flat part 45 to the proximal bottom 51, and the intermediate raised edges 59 of the intermediate part 55 connect the distal raised edges 47 to the proximal raised edges 53.
  • the outer tank 9 comprises two half-tanks 61,63 fixed to each other along a closed contour line 65.
  • Each half-tank 61, 63 comprises a portion of the outer tubular part 13 and a portion of each outer bottom 15.
  • the closed contour line 65 extends substantially in a plane P (FIG. 1) containing the external central axis CE.
  • the two half-tanks 61, 63 are welded, preferably lap welded, along the closed contour line 65.
  • One of the half-tanks here the half-tank 61, has, for the or each arm 23, a flat area 67 to which the second section 27 of said arm 23 is fixed.
  • the outer tank 9 has a generally cylindrical shape.
  • the outer tubular part 13, considered perpendicular to the outer central axis CE has a circular shape in the sections that do not intersect the flat zone(s) 67.
  • This section is substantially constant along the outer central axis CE , except in the zones of the outer tubular part 13 bearing depressions 68 making it possible to stiffen the structure.
  • the flat area or areas 67 are formed on a bump 69 projecting outwards from the outer tank 9 with respect to said circular shape, as shown in Figure 1.
  • the sections of the outer tubular part 13 intersecting the flat zone or zones 67 have a circular lower part, the upper part of the section corresponding to the bump 69.
  • the flat zone or zones 67 constitute the sides of the bump 69, and are connected to each other by a substantially planar top surface 71.
  • the bump 69 is shown facing upwards, the flat zone(s) 67 also being shown facing upwards.
  • the bump is shown in its normal position of use, facing downwards.
  • the flat surface(s) 67 extend only over part of the length of the outer reservoir 9. They typically extend, from the outer bottom 15, over less than 25% of the length of the outer reservoir 9, this length being taken along the external central axis CE. As a variant, the flat surfaces 67 can extend over the entire length of the tubular part 13 of the external tank 9.
  • the half-tank 63 also includes a bump, similar to the bump 69. It is symmetrical to the bump 69 with respect to the plane P.
  • the outer reservoir 9 considered in section perpendicular to the outer central axis CE outside the or each flat area 67, defines an exscribed square C.
  • This square is a fictitious shape, tangent by each of its four sides to the external surface of the external tank 9.
  • Figure 1 shows that the or each flat zone 67, considered in section perpendicular to the external central axis CE, is inscribed in said exscribed square C.
  • the outer tubular part 13 has a flat surface 67 inscribed on each side of the exscribed square C.
  • each internal bottom 7 has a convex central zone 73 towards the volume for receiving cryogenic fluid, and a peripheral zone of revolution 75 of shape obtained by causing a concave curve to circulate around the internal central axis Cl to the cryogenic fluid receiving volume.
  • each internal bottom 7 has the general shape of a half-torus.
  • the convex central zone 73 delimits an orifice 77 for the passage of the end 41 of the central tie rod 39.
  • the peripheral zone of revolution 75 extends over the entire circumference of the central convex zone 73.
  • the concave curve can have all kinds of shape.
  • the curve has a half-oval or half-ellipse shape, the oval or ellipse being divided in two along its major axis.
  • Such a shape makes it possible to increase the quantity of cryogenic fluid stored in the internal tank 3.
  • the internal bottoms 7 therefore have a relatively flat shape, but resisting well the internal pressure in the internal tank 3.
  • Another possibility for forming an internal bottom resistant to the pressure well would be to choose a hemispherical internal bottom. This would force the length of the inner tubular part 5 to be shortened, and therefore to reduce the total amount of cryogenic fluid that can be received in the cryogenic fluid receiving volume.
  • the cryogenic fluid reception volume is also increased due to the small axial size of the suspension device 19, as explained above.
  • the volume for receiving cryogenic fluid has a capacity of 604 liters.
  • an internal tank with half-spherical internal bottoms and suspensions through the nose would have a reception volume of only 522 liters, the invention thus allowing a gain of 13.7%.
  • This manufacturing process includes the following steps:
  • the internal tank 3 is placed in the half-tank 61 on which are provided the flat area or areas 67.
  • the half-tank 61 is placed on a support surface. It is thus oriented downwards. During normal use of the storage unit 1, the half-tank 61 is oriented downwards, or upwards or according to any other orientation around the central axis.
  • each distal end portion 43 is attached to the corresponding flat area 67, typically by welding.
  • the half-reservoir 63 is then placed above the internal reservoir 3, which makes it possible to very easily adjust both the position of the two half-reservoirs 61, 63 relative to each other, and the position of the internal tank 3 with respect to the half-tank 63.
  • the method advantageously includes a step of adjusting the assembly with the aid of templates of the or each second section 27 of the arms 23.
  • This adjustment step makes it possible to locate with certainty the position of the second section or sections 27 by relative to the internal reservoir 3, taking into account the dimensional variations thereof.
  • the adjustment step includes a sub-step for measuring the geometry of the flat zones 67, where the docking of the flat parts 45 will take place.
  • the adjustment step includes a sub-step of measuring the geometry of the parts of the first and second sections 25, 27 which are going to be welded together.
  • the adjustment step comprises a sub-step of positioning the first and second sections 25, 27 l relative to each other, specifically positioning the proximal upstanding edges 53 relative to the folded edges 33 to weld them together.
  • this storage unit makes it possible to flexibly adjust the length of the arms 23, depending on the needs.
  • the arms 23 can be lengthened in particular by extending the distal end portions 43 in length, parallel to the central axis C1.
  • Another possibility is to move the attachment point of the first section 25 of the or each arm 23 relative to the internal bottom 7.
  • this attachment point corresponds to the end 41 of the central tie rod 39, and is located at the geometric center of the internal bottom 7.
  • the fixing point 79 does not correspond to the geometric center of the internal bottom 7. It is farther from the second section 27 than the geometric center of the internal bottom 7. It is located on the half of the internal bottom 7 located opposite the second section 27.

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Abstract

L'unité de stockage d'un fluide cryogénique comprend : - un réservoir interne (3), comprenant une partie tubulaire interne (5) ayant un axe central interne (Cl), et deux fonds internes (7) fermant la partie tubulaire interne (5) à des extrémités axiales opposées; - un réservoir externe (9), un espace intermédiaire (11) étant ménagé entre le réservoir interne (3) et le réservoir externe (9), le réservoir externe (9) comprenant une partie tubulaire externe (13) ayant un axe central externe (CE), et deux fonds externes (15) fermant la partie tubulaire externe (13) à des extrémités axiales opposées; - un dispositif (19) de suspension du réservoir interne (3) au réservoir externe (9), comprenant une suspension métallique (21) solidarisant l'un des fonds internes (7) à la partie tubulaire externe (13), la suspension métallique (21) comprenant au moins un bras (23), le ou chaque bras (23) comprenant un premier tronçon (25) agencé en vis-à-vis dudit fond interne (7) et rigidement fixé audit fond interne (7), et un second tronçon (27) engagé entre la partie tubulaire interne (5) et la partie tubulaire externe (13) et rigidement fixée à la partie tubulaire externe (13)

Description

TITRE : Unité de stockage de fluide cryogénique
L’invention concerne en général une unité de stockage d’un fluide cryogénique, notamment une unité de stockage d’hydrogène liquide.
Cette unité de stockage, outre la présente demande, est protégée par les demandes suivantes, déposées le même jour, par le même déposant, et portant sur les aspects suivants :
- une demande portant sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur ; cette demande porte la référence interne BFF21 P0641 ;
- une demande portant sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un autre moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur ; cette demande porte la référence interne BFF21 P0640 ;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant un getter ou absorbeur de gaz dont le remplacement est facilité ; cette demande porte la référence interne BFF21 P0639 ;
- une demande portant sur un ensemble comprenant une unité de stockage de fluide cryogénique et une vanne cryogénique ; cette demande porte la référence interne BFF21 P0788 ;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant au moins un réservoir additionnel pour allonger le temps de dormance ; cette demande porte la référence interne BFF21 P0868.
Il est possible de stocker l’hydrogène liquide dans une unité de stockage comprenant un réservoir interne délimitant intérieurement un volume de réception pour l’hydrogène liquide, et un réservoir externe dans lequel est logé le réservoir interne.
Un espace intermédiaire est ménagé entre le réservoir interne et le réservoir externe.
Une isolation thermique est agencée dans cet espace intermédiaire. Cette isolation thermique est constituée de plusieurs couches de fines feuilles métalliques, et de couches de fibres intercalées entre les feuilles métalliques.
L’isolation thermique est posée sur le réservoir intérieur, de préférence sans toucher le réservoir extérieur. Par ailleurs, l’espace intermédiaire est maintenu sous un niveau de vide poussé, pour limiter fortement la convection entre les deux réservoirs.
L’unité de stockage comporte par ailleurs un dispositif de suspension du réservoir interne au réservoir externe. Une partie du flux thermique entre les deux réservoirs passe au travers de cette suspension.
Encore une autre partie du flux thermique passe par les tubes permettant de remplir et de vider le réservoir interne, et par les autres auxiliaires traversant l’espace intermédiaire.
Aujourd’hui, on considère que le flux thermique total allant du réservoir externe au réservoir interne se répartit de la manière suivante : 60 % à travers l’isolation thermique, 20 % à travers le dispositif de suspension et 20 % à travers les tubes et les autres auxiliaires.
Pour minimiser les transferts thermiques entre le réservoir externe et le réservoir interne, il est donc important de réduire les transferts par l’intermédiaire du dispositif de suspension.
Ceci pose des difficultés particulières.
Pour obtenir un vide poussé et pérenne dans l’espace intermédiaire, le fluide contenu entre les deux réservoirs doit-être pompé. Toutefois, au fur et à mesure que la pression dans cet espace intermédiaire diminue, l’eau, les graisses, et le fluide contenus dans la matière en contact avec le vide vont s’évaporer.
Le dispositif de suspension peut être réalisé dans un matériau non-métallique, par exemple un plastique, de manière à réduire les transferts thermiques par conduction.
Une solution pour suspendre le réservoir interne au réservoir externe est de suspendre le réservoir interne par le nez. En d’autres termes, le centre du fond interne serait raccordé au centre du fond externe en vis-à-vis par un bloc.
Pour ne pas allonger excessivement le stockage, et pour limiter le volume de l’espace intermédiaire, ce bloc est nécessairement relativement court. De ce fait, il doit impérativement être réalisé en matière plastique, pour limiter la conduction thermique. Cet élément en matière plastique doit être renforcé par des inserts métalliques, pour augmenter ses caractéristiques mécaniques.
Le principal inconvénient des matériaux plastiques est que, lorsqu’ils sont soumis à un vide poussé, ils émettent une grande quantité de composés organiques volatiles (COV), pendant une longue durée, de telle sorte que la stabilisation du vide est très longue à obtenir. Le dégazage des matériaux plastiques est beaucoup plus rapide si le stockage est chauffé pendant l’opération de stabilisation du vide. Dans ce cas, l’utilisation de matières plastiques limite la température de chauffage, du fait que la température maximale que les matériaux plastiques sont susceptibles de supporter est significativement plus basse que celle des autres composants constituant l’unité de stockage.
Au total, la suspension par le nez évoquée ci-dessus n’est performante ni d’un point de vue mécanique ni pour la mise au vide de l’espace intermédiaire.
Ainsi, il existe un besoin pour un stockage d’un fluide cryogénique permettant une stabilisation du vide dans l’espace intermédiaire qui ne soit pas trop longue, et dans lequel les transferts thermiques entre le réservoir externe et le réservoir interne sont maîtrisés.
À cette fin, l’invention porte sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique, comprenant :
- un réservoir interne, délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique, le réservoir interne comprenant une partie tubulaire interne ayant un axe central interne, et deux fonds internes fermant la partie tubulaire interne à des extrémités axiales opposées ;
- un réservoir externe, le réservoir interne étant logé dans le réservoir externe, un espace intermédiaire étant ménagé entre le réservoir interne et le réservoir externe, le réservoir externe comprenant une partie tubulaire externe ayant un axe central externe, et deux fonds externes fermant la partie tubulaire externe à des extrémités axiales opposées ;
- une isolation thermique agencé dans l’espace intermédiaire;
- un dispositif de suspension du réservoir interne au réservoir externe, comprenant une suspension métallique solidarisant l’un des fonds internes à la partie tubulaire externe, la suspension métallique comprenant au moins un bras, le ou chaque bras comprenant un premier tronçon agencé en vis-à-vis dudit fond interne et rigidement fixé audit fond interne, et un second tronçon engagé entre la partie tubulaire interne et la partie tubulaire externe et rigidement fixée à la partie tubulaire externe.
Ainsi, la suspension est métallique. L’utilisation d’une suspension métallique, et non d’une suspension en matière plastique, fait que la période de stabilisation du vide est considérablement raccourcie. La suspension, du fait qu’elle est constituée de matériaux métalliques, n’émet que de faibles quantités d’eau, de graisse et de gaz pendant la mise au vide de l’espace intermédiaire. Ceci accélère la stabilisation du vide.
Par ailleurs, le ou chaque bras utilisé pour suspendre le réservoir interne au réservoir externe raccorde le fond interne à la partie tubulaire externe. En d’autres termes, il raccorde un point du fond interne à un autre point qui est très décalé radialement et axialement par rapport au point de fixation du fond interne.
Ainsi, la longueur du bras est relativement importante, de telle sorte que les transferts thermiques par conduction sont réduits. En conséquence, il devient possible d’utiliser un matériau métallique et non un matériau plastique pour réaliser les éléments de la suspension.
Par ailleurs, l’écartement entre les fonds interne et externe est typiquement de l’ordre de 150 millimètres avec une suspension par le nez. Dans l’invention, du fait qu’on exploite l’espace situé entre la partie tubulaire interne et la partie tubulaire externe pour loger une partie du ou des bras, le fond interne et le fond externe sont séparés axialement d’une distance comprise entre 60 et 70 millimètres. Ceci permet soit d’augmenter la compacité du stockage, soit de stocker un volume de fluide cryogénique beaucoup plus important dans le même encombrement.
L’unité de stockage peut en outre représenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la suspension métallique comprend deux bras, les seconds tronçons respectifs des deux bras étant décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour de l’axe central interne ;
- les premiers tronçons respectifs des deux bras forment une pièce en V ;
- le ou chaque second tronçon comprend une partie d’extrémité distale d’orientation sensiblement parallèle à l’axe central interne ;
- le ou chaque second tronçon est une tôle emboutie, la partie d’extrémité distale comportant une partie plate tournée vers la partie tubulaire externe et fixée à la partie tubulaire externe, et des bords dressés distaux se dressant à partir de la partie plate (45) à l’opposé de la partie tubulaire externe ;
- le ou chaque premier tronçon est une tôle emboutie comportant une partie de fond tournée vers le fond interne et fixée au fond interne, et des bords pliés se dressant à partir de la partie de fond à l’opposé du fond interne ;
- le second tronçon comprend une partie d’extrémité proximale sensiblement parallèle au premier tronçon, coopérant de manière télescopique avec le premier tronçon, et rigidement fixée au premier tronçon ;
- le réservoir externe comprend deux demi-réservoirs rigidement fixés l’un à l’autre le long d’une ligne à contour fermé, chaque demi-réservoir comprenant une portion de la partie tubulaire externe et une portion de chaque fond externe ;
- l’un des demi-réservoirs présente, pour le ou chaque bras, une zone plane à laquelle est fixé le second tronçon dudit bras ;
- le réservoir externe, considéré en section perpendiculairement à l’axe central externe hors de la ou chaque zone plane, définit un carré exinscrit, la ou chaque zone plane, considérée en section perpendiculairement à l’axe central externe, s’inscrivant dans ledit carré exinscrit ;
- chaque fond interne présente une zone centrale convexe vers le volume de réception de fluide cryogénique et une zone périphérique de révolution de forme obtenue en faisant circuler autour de l’axe central interne une courbe concave vers le volume de réception de fluide cryogénique ;
- le réservoir interne comprend un tirant central ayant des extrémités opposées, solidaires des deux fonds internes, le premier tronçon du ou de chaque bras étant rigidement fixé au tirant central ;
- le premier tronçon du ou de chaque bras est rigidement fixé directement en un point de fixation du fond interne, ledit point de fixation étant relativement plus éloigné du second tronçon qu’un centre géométrique du fond interne.
Selon un second aspect, l’invention porte sur un procédé de fabrication d’une unité de stockage ayant les caractéristiques ci-dessus, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
- obtention du réservoir interne et des demi-réservoirs formant le réservoir externe;
- fixation du premier tronçon du ou de chaque bras au fond interne du réservoir interne; dépose du réservoir interne dans l’un des demi-réservoirs;
- fixation du second tronçon du ou de chaque bras à la portion de la partie tubulaire externe appartenant audit demi-réservoir ;
- dépose de l’autre demi-réservoir au-dessus du réservoir interne et fixation des deux demi- réservoirs l’un à l’autre.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
La figure 1 est une vue de face d’une unité de stockage conforme à l’invention, en position d’utilisation ;
La figure 2 est une vue en perspective de l’unité de stockage de la figure 1 , en cours de montage, les deux demi-réservoirs constituant le réservoir externe étant représentés séparés l’un de l’autre, pour laisser apparaître le réservoir interne ;
La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, pour une étape précédente du procédé de fabrication, avant dépose du réservoir interne dans le demi-réservoir externe ; La figure 4 est une vue en perspective d’une extrémité axiale du réservoir interne des figures 2 et 3, les seconds tronçons des bras de la suspension métallique étant représentés séparés des premiers tronçons ;
La figure 5 est une vue en perspective des deux fonds internes du réservoir interne et du tirant central solidarisant les deux fonds internes l’un à l’autre ;
La figure 6 est une vue en coupe axiale d’un des deux fonds internes du réservoir interne des figures 2 à 4 ; et
La figure 7 est une vue de face, schématique, du réservoir interne et d’une suspension métallique conforme à une variante de réalisation.
L’unité de stockage 1 représenté sur la figure 1 est destiné à stocker un fluide cryogénique.
On entend ici par « fluide », un élément pouvant être dans un étant gazeux, liquide ou supercritique.
On entend par « fluide cryogénique » un fluide se trouvant à une température inférieure à 120 K.
Ce fluide se trouve au moins partiellement à l’état liquide à l’intérieur de l’unité de stockage.
Ce fluide est typiquement de l’hydrogène, de préférence de l’hydrogène gazeux. En variante, le fluide est de l’hélium, de l’azote, un gaz naturel tel que le méthane CH4, ou tout autre fluide adapté.
Quand le fluide est de l’hydrogène, il est stocké dans l’unité de stockage 1 par exemple à une température égale à 20,3 °K.
Comme visible sur les figures 2 et 3, l’unité de stockage 1 comprend un réservoir interne 3, délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique.
Le réservoir interne 3 comprend une partie tubulaire interne 5 ayant un axe central interne Cl, et deux fonds internes 7 fermant la partie tubulaire interne 5 à des extrémités axiales opposées. Typiquement, la partie tubulaire interne 5 présente, perpendiculairement à l’axe central interne Cl, une section constante. Cette section est par exemple circulaire.
Dans la position d’utilisation normale de l’unité de stockage 1 , l’axe central interne Cl est horizontal.
L’unité de stockage 1 comprend encore un réservoir externe 9, le réservoir interne 3 étant logé dans le réservoir externe 9. Le réservoir externe 9 est sans contact direct avec le réservoir interne 3.
Un espace intermédiaire 1 1 est ménagé entre le réservoir interne 3 et le réservoir externe 9. Le réservoir externe 9 comprend une partie tubulaire externe 13 ayant un axe central externe CE, et deux fonds externes 15 fermant la partie tubulaire externe 13 à ses extrémités axiales opposées.
Dans la position normale d’utilisation de l’unité de stockage 1 , l’axe central externe CE est horizontal. Il est typiquement confondu avec l’axe central interne Cl.
L’unité de stockage 1 comporte également une isolation thermique 17 agencée dans l’espace intermédiaire 11.
L’isolation thermique 17 n’est que partiellement représentée sur la figure 2, pour laisser apparaître la structure du réservoir interne 3.
L’isolation thermique 17 comporte typiquement une pluralité de fines feuilles métalliques superposées les unes sur les autres, et des couches de fibres intercalées entre les feuilles métalliques. Cette isolation thermique 17 est placée sur le réservoir interne 3, et enveloppe complètement celui-ci.
L’espace intermédiaire 11 est maintenu sous un vide poussé, par exemple de l’ordre de 10-4 mbar.
L’unité de stockage 1 comporte encore un dispositif 19 de suspension du réservoir interne 3 au réservoir externe 9. Le poids du réservoir interne 3, de son contenu, et les efforts subis par le réservoir interne 3, sont repris pour leur quasi-totalité par le réservoir externe 9, à travers le dispositif de suspension 19.
Le réservoir interne 3 est fixé par le dispositif de suspension 19 à une zone du réservoir externe 9 tournée vers le bas en fonctionnement normal du stockage 1. En variante, il est fixé à une zone tournée vers le haut, ou ayant toute autre orientation.
Le dispositif de suspension 19 comprend une suspension métallique 21 solidarisant l’un des fonds internes 7 à la partie tubulaire externe 13.
La suspension 21 est dite métallique au sens où elle ne comprend que des pièces en métal. Ces pièces sont typiquement en acier, préférentiellement en acier inoxydable, par exemple en acier inoxydable austénitique.
Cette nuance a l’avantage d’être peu sensible à la corrosion et de garder un comportement ductile à très faible température.
Avantageusement, le réservoir interne 3 est également en acier inoxydable austénitique, de préférence en acier inoxydable austénitique de type 316, 316L, 304 ou 304L, plus préférentiellement de type 316L. Il est ainsi possible de souder tous les constituants de l’unité de stockage 1 les uns aux autres facilement.
De plus, l’acier inoxydable austénitique présente une fragilité due au contact prolongé de l’hydrogène qui est moindre que d’autres types d’acier. L’acier inoxydable austénitique présente également l’avantage d’avoir une conductivité thermique plutôt faible pour un métal (23 W/m.K). Par comparaison, l’acier au carbone a une conductivité de l’ordre de 30 W/m.K, et l’aluminium d’environ 150 W/m.K.
Typiquement, le dispositif de suspension 19 comprend deux suspensions métalliques 21 , chacune solidarisant l’un des fonds internes 7 à la partie tubulaire externe 13. Les suspensions métalliques 21 , dans ce cas, sont identiques, et seule l’une d’entre elles sera décrite ci-dessous.
En variante, le dispositif de suspension 19 comprend seulement une suspension métallique 21 du type décrit ci-dessous, l’autre fond interne 7 étant supporté par une suspension d’un type différent.
Comme visible notamment sur les figures 3 et 4, la suspension métallique 21 comprend au moins un bras 23, le ou chaque bras 23 comprenant un premier tronçon 25, agencé en vis-à-vis du fond interne 7 et rigidement fixé au fond interne 7, et un second tronçon 27 engagé entre la partie tubulaire interne 5 et la partie tubulaire externe 13 et rigidement fixé à la partie tubulaire externe 13.
De préférence, la suspension métallique 21 comprend deux bras 23. Dans ce cas, les seconds tronçons respectifs 27 des deux bras 23 sont décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour de l’axe central interne Cl. De préférence, ce décalage angulaire est compris entre 15°et 180°, de préférence compris entre 30° et 90°, et vaut par exemple 60°.
Un tel agencement confère une très bonne stabilité à la suspension métallique 21 .
Comme visible sur les figures 3 et 4, les premiers tronçons respectifs 25 des deux bras 23 forment une pièce en V 29.
Cette pièce 29 en V est venue de matière.
Dans ce cas, la pièce en V 29 est fixée au fond interne 7 en un point de fixation unique, commun pour les premiers tronçons respectifs 25 des deux bras 23. Ce point de fixation se trouve à la pointe du V.
Selon une variante non préférée, la suspension métallique 21 comporte un seul bras 23.
Le ou chaque premier tronçon 25 est de forme générale rectiligne, allongée suivant une direction principale d.
Cette direction principale d est typiquement sensiblement radiale vis-à-vis de l’axe central interne Cl.
Avantageusement, le premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 est une tôle emboutie, comportant une partie de fond 31 tournée vers le fond interne 7 et fixée au fond interne 7, et des bords pliés 33 se dressant à partir de la partie de fond 31 à l’opposé du fond interne 7.
Sur la plus grande partie de sa longueur, le ou chaque premier tronçon 25 présente une section en U perpendiculairement à la direction principale d.
La partie de fond 31 est plane ou légèrement arquée, de manière à suivre la courbure du fond interne 7.
Le premier tronçon 25 est fixé au fond interne 7 par l’intermédiaire de la partie de fond 31. Ceci permet une fixation commode au fond interne 7. Les bords pliés 33 sont prévus pour rigidifier le premier tronçon 25.
Dans l’exemple de la figure 4, les parties de fond 31 des premiers tronçons 25 sont dans la continuité l’une de l’autre et se rejoignent à la pointe de la pièce en V 29.
De même, les bords pliés 33 des deux premiers tronçons 25 sont dans la continuité les uns des autres.
La partie de fond 31 est allongée suivant la direction principale d. Le premier tronçon 25 comporte deux bords pliés 33, s’étendant eux aussi sensiblement parallèlement à la direction principale d, et placés de part et d’autre de la partie de fond 31. Les bords pliés 33 des premiers tronçons 25 délimitant l’intérieur de la pièce en V 29 sont raccordés l’un à l’autre par une portion de bord 35 arquée. Les bords pliés 33 délimitant l’extérieur de la pièce en V 29 sont raccordés l’un à l’autre par une autre portion de bord 37 arquée, formant la pointe du V.
Les premiers tronçons 25, en revanche, restent ouverts suivant la direction principale d, à l’opposé de la pointe du V.
Comme illustré sur la Figure 5, le réservoir interne 3 comporte un tirant central 39 ayant des extrémités 41 opposées solidaires des deux fonds internes 7.
Le tirant central 39 s’étend typiquement le long de l’axe central interne Cl du réservoir interne 3. Ces extrémités 41 font saillie hors du réservoir interne 3, à travers les fonds internes 7.
Le ou chaque premier tronçon 25 est rigidement fixé au tirant central 39.
Plus précisément, le ou chaque premier tronçon 25 est rigidement fixé à l’extrémité 41 du tirant central 39 faisant saillie à travers le fond interne 7, par l’intermédiaire de la partie de fond 31.
Dans l’exemple de la figure 4, un orifice est ménagé dans la zone de la pièce en V 29 où les parties de fond 31 des premières branches 25 se rejoignent, cet orifice étant engagé autour de l’extrémité 41 et rigidement fixé à celle-ci. Comme visible sur les figures, le ou chaque second tronçon 27 présente une forme générale coudée, et plus précisément une forme générale en L.
Le second tronçon 27 est avantageusement une tôle emboutie.
Le second tronçon 27, perpendiculairement à une ligne centrale LC, présente des sections de forme générale en U. La ligne centrale LC est illustrée sur la figure 4, et présente une forme générale en L.
Typiquement, le ou chaque second tronçon 27 comprend une partie d’extrémité distale 43 d’orientation sensiblement parallèle à l’axe central interne Cl.
La partie d’extrémité distale 43 comporte avantageusement une partie plate 45, tournée vers la partie tubulaire externe 13 et fixée à la partie tubulaire externe13.
Elle comporte également des bords dressés distaux 47, se dressant à partir de la partie plate 45 à l’opposé de la partie tubulaire externe 13.
La partie plate 45 est allongée suivant l’axe central interne Cl. Les bords dressés distaux 47 sont également allongés suivant l’axe central interne Cl et se dressent de part et d’autre de la partie plate 45.
Une telle forme permet commodément de fixer la partie plate 45 à la partie tubulaire externe 13.
Le second tronçon 27 comporte encore une partie d’extrémité proximale 49 sensiblement parallèle au premier tronçon 25.
La partie d’extrémité proximale 49 coopère de manière télescopique avec le premier tronçon 25 et est rigidement fixée au premier tronçon 25.
On entend par là que la partie d’extrémité proximale 49 et le premier tronçon 25 sont emboités l’un dans l’autre et peuvent être translatés l’un par rapport à l’autre suivant la direction principale d, avant fixation du premier tronçon 25 et de la partie d’extrémité proximale 49 l’un à l’autre.
Pour ce faire, la partie d’extrémité proximale 49 présente, perpendiculairement à la direction principale d, une section de forme générale en U, avec un fond proximal 51 encadré par deux bords dressés proximaux 53. On notera que les bords dressés proximaux 53 s’étendent à partir du fond proximal 51 vers le fond interne 7, alors que les bords pliés 33 se dressent à partir de la partie de fond 31 à l’opposé du fond interne 7.
Dans l’exemple représenté, le premier tronçon 25 est engagé à l’intérieur de la partie d’extrémité proximale 49.
En variante, c’est à l’inverse : c’est la partie d’extrémité proximale 49 qui est engagée dans le premier tronçon 25. La partie d’extrémité proximale 49 et la partie d’extrémité distale 43 sont raccordées l’une à l’autre par une partie intermédiaire coudée 55, elle aussi pliée en II.
Ainsi, le fond intermédiaire 57 de la partie intermédiaire 55 raccorde la partie plate 45 au fond proximal 51 , et les bords dressés intermédiaires 59 de la partie intermédiaire 55 raccordent les bords dressés distaux 47 aux bords dressés proximaux 53.
Comme visible sur les figures 2 et 3, le réservoir externe 9 comprend deux demi- réservoirs 61,63 fixés l’un à l’autre le long d’une ligne à contour fermée 65.
Chaque demi-réservoir 61 ,63 comprend une portion de la partie tubulaire externe 13 et une portion de chaque fond externe 15.
Typiquement, la ligne à contour fermée 65 s’étend sensiblement dans un plan P (figure 1 ) contenant l’axe central externe CE.
Elle divise la partie tubulaire externe 13 en deux portions sensiblement symétriques l’une de l’autre par rapport audit plan P. De même, elle divise chaque fond externe 15 en deux parties sensiblement symétriques l’une de l’autre par rapport audit plan P.
Typiquement, les deux demi-réservoirs 61 ,63 sont soudés, de préférence soudés à clin, le long de la ligne à contour fermée 65.
L’un des demi-réservoirs, ici le demi-réservoir 61 , présente, pour le ou chaque bras 23, une zone plane 67 à laquelle est fixée le second tronçon 27 dudit bras 23.
Le réservoir externe 9 présente une forme générale cylindrique.
Plus précisément, la partie tubulaire externe 13, considérée perpendiculairement à l’axe central externe CE, présente une forme circulaire dans les sections ne coupant pas la ou les zones planes 67. Cette section est sensiblement constante le long de l’axe central externe CE, sauf dans les zones de la partie tubulaire externe 13 portant des dépressions 68 permettant de rigidifier la structure.
La ou les zones planes 67 sont formées sur une bosse 69 en saillie vers l’extérieur du réservoir externe 9 par rapport à ladite forme circulaire, comme visible sur la Figure 1 .
Ainsi, les sections de la partie tubulaire externe 13 coupant la ou les zones planes 67 présentent une partie inférieure circulaire, la partie supérieure de la section correspondant à la bosse 69. La ou les zones planes 67 constituent les flancs de la bosse 69, et sont raccordées l’une à l’autre par une surface sommitale 71 sensiblement plane.
Il est à noter que, sur la figure 1 , la bosse 69 est représentée orientée vers le haut, la ou les zones planes 67 étant elles aussi représentée tournées vers le haut. Sur les figures 2 et 3, la bosse est représentée dans sa position d’utilisation normale, tournée vers le bas.
Ainsi, il existe, entre la bosse 69 et le réservoir interne 3, un espace permettant d’insérer le second tronçon 27 du ou de chaque bras 23. La ou les surfaces planes 67 s’étendent seulement sur une partie de la longueur du réservoir externe 9. Elles s’étendent typiquement, à partir du fond externe 15, sur moins de 25 % de la longueur du réservoir externe 9, cette longueur étant prise selon l’axe central externe CE. En variante, les surfaces planes 67 peuvent s’étendre sur toute la longueur de la partie tubulaire 13 du réservoir externe 9.
Selon une autre variante non représentée, le demi-réservoir 63 comprend lui aussi une bosse, similaire à la bosse 69. Elle est symétrique de la bosse 69 par rapport au plan P.
Comme illustré sur la figure 1 , le réservoir externe 9, considéré en section perpendiculairement à l’axe central externe CE hors de la ou chaque zone plane 67, définit un carré exinscrit C.
Ce carré est une forme fictive, tangente par chacun de ses quatre côtés à la surface externe du réservoir externe 9.
La figure 1 montre que la ou chaque zone plane 67, considérée en section perpendiculairement à l’axe central externe CE, s’inscrit dans ledit carré exinscrit C.
Selon une variante de réalisation non représentée, la partie tubulaire externe 13 présente une surface plane 67 s’inscrivant dans chaque côté du carré exinscrit C.
Comme visible sur la figure 6, chaque fond interne 7 présente une zone centrale convexe 73 vers le volume de réception de fluide cryogénique, et une zone périphérique de révolution 75 de forme obtenue en faisant circuler autour de l’axe central interne Cl une courbe concave vers le volume de réception de fluide cryogénique.
Ainsi, chaque fond interne 7 présente une forme générale en demi-tore. La zone centrale convexe 73 délimite un orifice 77 pour le passage de l’extrémité 41 du tirant central 39.
La zone périphérique de révolution 75 s’étend sur tout le pourtour de la zone centrale convexe 73.
La courbe concave peut présenter toutes sortes de forme. Par exemple, la courbe a une forme de demi-ovale ou de demi-ellipse, l’ovale ou l’ellipse étant divisé en deux selon son grand axe.
Une telle forme permet d’augmenter la quantité de fluide cryogénique stockée dans le réservoir interne 3.
En effet, les fonds internes 7 ont de ce fait une forme relativement plate, mais résistant bien à la pression interne dans le réservoir interne 3. Une autre possibilité pour former un fond interne résistant bien à la pression serait de choisir un fond interne hémisphérique. Ceci forcerait à raccourcir la longueur de la partie tubulaire interne 5, et donc à diminuer la quantité totale de fluide cryogénique pouvant être reçu dans le volume de réception de fluide cryogénique.
Le volume de réception de fluide cryogénique est également augmenté du fait du faible encombrement axial du dispositif de suspension 19, comme expliqué plus haut.
Dans l’invention, avec un réservoir interne 3 de rayon de 286 millimètres et de longueur totale de 2160 millimètres, le volume de réception de fluide cryogénique a une contenance de 604 litres. Pour le même encombrement, c’est-à-dire le même rayon et la même longueur totale, un réservoir interne avec des fonds internes demi-sphérique et des suspensions par le nez aurait un volume de réception de seulement de 522 litres, l’invention permettant ainsi un gain de 13,7 %.
Le procédé de fabrication de l’unité de stockage décrit ci-dessus va maintenant être détaillé.
Ce procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :
- Obtention du réservoir interne 3 et des demi-réservoirs 61 ,63 formant le réservoir externe 9 ;
- Fixation du premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 au fond interne 7 du réservoir interne 3 ;
- Dépose du réservoir interne 3 dans l’un des demi-réservoirs 61 ,63 ;
- Fixation du second tronçon 27 du ou de chaque bras 23 à la portion de la partie tubulaire externe 13 appartenant audit demi-réservoir 61 ,63 ;
- Dépose de l’autre demi-réservoir 63,61 au-dessus du réservoir interne 3, et fixation des deux demi-réservoir 61 ,63 l’un à l’autre.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, le réservoir interne 3 est déposé dans le demi-réservoir 61 sur lequel sont ménagées la ou les zones planes 67.
Pour ce faire, le demi-réservoir 61 est posé sur une surface de support. Il est ainsi orienté vers le bas. Pendant l’utilisation normal de l’unité de stockage 1 , le demi-réservoir 61 est orienté vers le bas, ou vers le haut ou selon toute autre orientation autour de l’axe central.
La dépose du réservoir interne 3 dans le demi-réservoir 61 est donc facile.
Au cours de ce mouvement, la ou les parties d’extrémités distales 43 des seconds tronçons 27 viennent reposer contre la ou les zones planes 67.
La ou chaque partie d’extrémité distale 43 est fixée à la zone plane 67 correspondante, typiquement par soudage. Le demi-réservoir 63 est ensuite déposé au-dessus du réservoir interne 3, ce qui permet d’ajuster très facilement à la fois la position des deux demi-réservoirs 61 , 63 l’un par rapport à l’autre, et la position du réservoir interne 3 par rapport au demi-réservoir 63.
Le procédé comporte avantageusement une étape d’ajustage de l’assemblage à l’aide de gabarits du ou de chaque second tronçon 27 des bras 23. Cette étape d’ajustage permet de localiser de façon certaine la position du ou des seconds tronçons 27 par rapport au réservoir interne 3, en tenant compte des variations dimensionnelles de celui-ci.
Pour ce faire, l’étape d’ajustage comprend une sous-étape de mesure de la géométrie des zones planes 67, où l’accostage des parties plates 45 va se faire. De plus, l’étape d’ajustage comprend une sous-étape de mesure de la géométrie des parties des premiers et seconds tronçons 25, 27 qui vont être soudées ensemble. Finalement, sachant où devraient être positionnées les parties plates 45 et où devrait être l’extrémité 41 par rapport à la partie de fond 31 , l’étape d’ajustage comprend une sous-étape de positionnement des premiers et seconds tronçons 25, 27 l’un par rapport à l’autre, plus précisément de positionnement des bords dressés proximaux 53 par rapport aux bords pliés 33 pour les souder ensemble.
Ceci permet de garantir une bonne coaxialité des réservoirs interne et externe 3, 9.
Il est à noter que la conception de la présente unité de stockage permet d’ajuster souplement la longueur des bras 23, en fonction des besoins.
Les bras 23 peuvent être allongés notamment en prolongeant les parties d’extrémités distales 43 en longueur, parallèlement à l’axe central Cl.
Ceci revient à décaler le point de fixation du bras 23 à la partie tubulaire externe 13 plus loin du fond interne 7. Ceci peut se faire facilement, seul un allongement de la bosse 69 étant nécessaire.
Une autre possibilité est de déplacer le point de fixation du premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 par rapport au fond interne 7.
Dans l’exemple décrit sur les figures 1 à 6, ce point de fixation correspond à l’extrémité 41 du tirant central 39, et est situé au centre géométrique du fond interne 7.
Il est possible, comme illustré sur la figure 7, de prévoir que le premier tronçon 25 du ou de chaque bras 23 est rigidement fixé directement au fond interne 7, en un point de fixation 79.
Le point de fixation 79 ne correspond pas au centre géométrique du fond interne 7. Il est plus éloigné du second tronçon 27 que le centre géométrique du fond interne 7. Il est situé sur la moitié du fond interne 7 située à l’opposé du second tronçon 27.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Unité de stockage d’un fluide cryogénique, l’unité de stockage (1 ) comprenant :
- un réservoir interne (3), délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique, le réservoir interne (3) comprenant une partie tubulaire interne (5) ayant un axe central interne (Cl), et deux fonds internes (7) fermant la partie tubulaire interne (5) à des extrémités axiales opposées ;
- un réservoir externe (9), le réservoir interne (3) étant logé dans le réservoir externe (9), un espace intermédiaire (1 1 ) étant ménagé entre le réservoir interne (3) et le réservoir externe (9), le réservoir externe (9) comprenant une partie tubulaire externe (13) ayant un axe central externe (CE), et deux fonds externes (15) fermant la partie tubulaire externe (13) à des extrémités axiales opposées ;
- une isolation thermique (17) agencé dans l’espace intermédiaire (1 1 ) ;
- un dispositif (19) de suspension du réservoir interne (3) au réservoir externe (9), comprenant une suspension métallique (21 ) solidarisant l’un des fonds internes (7) à la partie tubulaire externe (13), la suspension métallique (21 ) comprenant au moins un bras (23), le ou chaque bras (23) comprenant un premier tronçon (25) agencé en vis-à-vis dudit fond interne (7) et rigidement fixé audit fond interne (7), et un second tronçon (27) engagé entre la partie tubulaire interne (5) et la partie tubulaire externe (13) et rigidement fixée à la partie tubulaire externe (13).
2. Unité de Stockage selon la revendication 1 , dans lequel la suspension métallique (21 ) comprend deux bras (23), les seconds tronçons (27) respectifs des deux bras (23) étant décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour de l’axe central interne (Cl).
3. Unité de stockage selon la revendication 2, dans lequel les premiers tronçons (25) respectifs des deux bras (23) forment une pièce en V (29).
4. Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le ou chaque second tronçon (27) comprend une partie d’extrémité distale (43) d’orientation sensiblement parallèle à l’axe central interne (Cl).
5. Unité de stockage selon la revendication 4, dans lequel le ou chaque second tronçon (27) est une tôle emboutie, la partie d’extrémité distale (43) comportant une partie plate (45) tournée vers la partie tubulaire externe (13) et fixée à la partie tubulaire externe (13), et des bords dressés distaux (47) se dressant à partir de la partie plate (45) à l’opposé de la partie tubulaire externe (13).
6. Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le ou chaque premier tronçon (25) est une tôle emboutie comportant une partie de fond (31) tournée vers le fond interne (7) et fixée au fond interne (7), et des bords pliés (33) se dressant à partir de la partie de fond (31) à l’opposé du fond interne (7).
7. Unité de stockage selon la revendication 6, dans lequel le second tronçon (27) comprend une partie d’extrémité proximale (49) sensiblement parallèle au premier tronçon (25), coopérant de manière télescopique avec le premier tronçon (25), et rigidement fixée au premier tronçon (25).
8. Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le réservoir externe (9) comprend deux demi-réservoirs (61 , 63) rigidement fixés l’un à l’autre le long d’une ligne à contour fermé (65), chaque demi-réservoir (61 , 63) comprenant une portion de la partie tubulaire externe (13) et une portion de chaque fond externe (15).
9. Unité de stockage selon la revendication 8, dans lequel l’un des demi- réservoirs (61 , 63) présente, pour le ou chaque bras (23), une zone plane (67) à laquelle est fixé le second tronçon (27) dudit bras (23).
10. Unité de stockage selon la revendication 9, dans lequel le réservoir externe (9), considéré en section perpendiculairement à l’axe central externe (CE) hors de la ou chaque zone plane (67), définit un carré exinscrit (C), la ou chaque zone plane (67), considérée en section perpendiculairement à l’axe central externe (CE), s’inscrivant dans ledit carré exinscrit (C).
11. Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque fond interne (7) présente une zone centrale convexe (73) vers le volume de réception de fluide cryogénique et une zone périphérique de révolution (75) de forme obtenue en faisant circuler autour de l’axe central interne (Cl) une courbe concave vers le volume de réception de fluide cryogénique.
12. Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel le réservoir interne (3) comprend un tirant central (39) ayant des extrémités (41) opposées, solidaires des deux fonds internes (7), le premier tronçon (25) du ou de chaque bras (23) étant rigidement fixé au tirant central (39).
13. Unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel le premier tronçon (25) du ou de chaque bras (23) est rigidement fixé 17 directement en un point de fixation (79) du fond interne (7), ledit point de fixation (79) étant relativement plus éloigné du second tronçon (27) qu’un centre géométrique du fond interne (7).
14. Procédé de fabrication d’une unité de stockage selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
- obtention du réservoir interne (3) et des demi-réservoirs (61 , 63) formant le réservoir externe (9) ;
- fixation du premier tronçon (25) du ou de chaque bras (23) au fond interne (7) du réservoir interne (3) ; - dépose du réservoir interne (3) dans l’un des demi-réservoirs (61 , 63) ;
- fixation du second tronçon (27) du ou de chaque bras (23) à la portion de la partie tubulaire externe (13) appartenant audit demi-réservoir (61 ,63) ;
- dépose de l’autre demi-réservoir (61 ,63) au-dessus du réservoir interne (3) et fixation des deux demi-réservoirs (61 , 63) l’un à l’autre.
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