WO2023217461A1 - Réservoir de stockage de gaz liquéfié à double parois - Google Patents

Réservoir de stockage de gaz liquéfié à double parois Download PDF

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Guillaume Petitpas
Alexandre MAZEAU
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L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • F17C2260/018—Adapting dimensions

Definitions

  • the invention relates to a double-walled liquefied gas storage tank, in particular cryogenic fluids.
  • the invention relates more particularly to a double-walled liquefied gas storage tank, in particular cryogenic fluids, comprising an internal wall delimiting a storage volume for the fluid and an external wall arranged around the internal wall with a thermally insulated spacing. , in which the internal wall is suspended in the external wall at at least one of its ends via a suspension system with cable(s) stretched between the internal wall and the external wall.
  • Cryogenic tanks for storage for example liquefied hydrogen, liquefied nitrogen, liquefied natural gas or other
  • Cryogenic tanks are generally made up of two walls or envelopes assembled one inside the other, with an inter-wall space allowing thermal insulation.
  • This inter-wall space is generally filled with thermal insulating material (foam, multilayers, etc.) and possibly placed under vacuum.
  • the fluid is stored in the internal envelope.
  • the mechanical connection between the external envelope and the internal envelope must fulfill two roles: limit thermal input by conduction and ensure sufficient mechanical strength to respond to the different load cases.
  • the supports or connections must therefore be sized to limit conduction but while resisting loads.
  • the supports used today in trailers transporting cryogenic fluids are generally made of steel, in the form of a collar (sliding or not) and tie rods.
  • An aim of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • An aim of the invention may thus be to propose a more suitable architecture which minimizes heat transfer, makes it possible to respond to load cases and simplifies manufacturing, if possible by avoiding welding.
  • the tank according to the invention is essentially characterized in that the suspension system comprises the same cable forming more than one round trip between the internal wall and the external wall via respective guide passages, the cable forming a plurality of connections between the internal wall and the external wall in distinct directions and in that one end of said cable is integral with one of the walls and configured to tension the cable.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 is a schematic and transparent perspective view of one end of a tank according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a detail of the .
  • the double-walled liquefied gas storage tank 1 illustrated comprises a wall 2 or internal envelope delimiting a sealed storage volume for the fluid and a wall 3 or external envelope arranged around the internal wall with a spacing 4 between these two walls 2 , 3.
  • This spacing is thermally insulated, for example via one or more layers of thermal insulating materials. Where applicable, this spacing is under vacuum.
  • the internal wall 2 is suspended in the external wall 3 at at least one of its ends, for example a longitudinal end via a suspension system with cable(s) stretched between the internal wall 2 and the wall 3 external and described in more detail below.
  • the other end (opposite end) of the internal wall 2 is preferably also suspended in the external wall 3 via the same suspension system with cable(s) stretched between the internal wall 2 and the external wall 3.
  • the other end can be suspended via another connecting structure, for example a fixed or sliding collar, a set of tie rods, etc.
  • the tank 1 can have a general cylindrical shape with a circular section and extending in a longitudinal direction.
  • the tank has, for example, a generally symmetrical shape of revolution around a central axis 6.
  • the tank 1 is preferably of the horizontal type, that is to say that the longitudinal direction is horizontal in use configuration. of the tank as illustrated in (central axis 6 horizontal).
  • the suspension system illustrated comprises the same cable 5 forming more than one round trip between the internal wall 2 and the external wall 3 via respective guide passages 7 at the level of the internal wall 2 and the external wall 3. that is to say that the cable 5 defines at least three stretched portions between the internal wall 2 and the external wall 3, the cable 5 passing through at least two guide passages allowing a change of direction (return of a wall towards the 'other). This forms a plurality of traction connections between the internal wall 2 and the external wall 3 in distinct directions with the same cable.
  • At least one end of the cable 3 is integral with one of the walls 3 and configured to tension the cable 5 in each of its portions forming a connection between the internal wall 2 and the external wall 3.
  • the two walls 2, 3 are easily centered in relation to each other and the adjustment of the tension of the cable can be carried out at a single location for all the connections ensuring tensile forces in different directions around the central axis 6.
  • the plurality of connections formed by the cable 5 between the internal wall 2 and the external wall 3 are preferably located between two respective ends of the internal wall 2 and the external wall 3. That is to say that this system of connection is put in place at the level of the neck of the tank, in the vicinity of the vertices of the ends of the two walls 2, 3 (between the external face of the internal wall 2 and the internal face of the external wall 3).
  • connections of the cable 5 between the internal wall 2 and the external wall 3 are arranged around the longitudinal central axis and in a plane substantially perpendicular to this central axis 6.
  • the cable can form a plurality of star connections over 360 degrees around this central axis 6.
  • the two ends of the cable 3 can be fixed to the same connection point 8 which is adjustable in position.
  • These two ends of the cable 5 can be connected together at a specific location and configured to make it possible to adjust, possibly with a return member 9, the tension in this cable and therefore to adjust both the relative axial and longitudinal position of the two walls 2, 3.
  • the device includes a mechanism 10 for adjusting the tension exerted by the return member 9 on the cable 5.
  • At least one of the ends of the cable 5 is fixed to a support whose position can be adjustable by screwing, for example an axis or a movable interior sheath in a fixed exterior sheath 80, the position of the axis or of the inner sheath relative to the fixed outer sheath 80 is adjustable via a mechanical system, for example with nut 10.
  • the passages 7 for guiding the cable at the level of the internal walls 2 and external 3 are formed by loops or eyelets fixed respectively by the internal walls 2 and external 3 (preferably fixed on a support itself fixed to the wall 2, 3 concerned).
  • the passages 7 for guiding the cable 5 are defined by rings or eyelets fixed respectively by a plate 11 secured to an external end of the internal wall 2 and on a ring 12 or plate secured to a internal end of the external wall 3.
  • the rings can thus be fixed by screwing, welding or other means.
  • the cable 5 is composed for example of at least one of the following materials: polymer, polymer fiber(s) and/or composite fibers, carbon Kevlar, epoxy, glass fibers, etc.
  • This type of polymer/composite fiber is very resistant (high Young's modulus and fracture resistance) and has low thermal conductivity.
  • a single cable 5 and a single system for adjusting its tension can be provided to ensure the suspension (and its adjustment) of the internal wall 2 in the external wall 3.
  • the suspension system is compact, with low thermal conductivity, mechanically solid and easier to manufacture than known solutions (no or little welding, easy access, low interaction with inter-wall insulation).
  • This solution is particularly suitable for on-board solutions (transported mobile tanks) of small volume (approximately 1 m3) for which size and thermal performance are critical (typically for liquid hydrogen).

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Abstract

Réservoir de stockage de gaz liquéfié à double parois, en particulier de fluide cryogéniques, comprenant une paroi (2) interne et une paroi (3) externe disposée autour de la parois interne avec un espacement (4) isolé thermiquement, dans lequel, la paroi (2) interne est suspendue dans la paroi (3) externe au niveau d'au moins une de ses extrémités via un système de suspension à câble(s) tendu(s) entre la paroi (2) interne et la paroi (3) externe, le système de suspension comprenant un même câble (5) formant plus d'un aller-retour entre la paroi (2) interne et la paroi externe (3) via des passage (7) de guidage respectifs, le câble (5) formant une pluralité de liaisons entre la paroi (2) interne et la paroi externe (3) selon des directions distinctes, une extrémité dudit câble (3) étant solidaire d'une des parois (3) et configurée pour mettre en tension le câble (5).

Description

Réservoir de stockage de gaz liquéfié à double parois
L’invention concerne un réservoir de stockage de gaz liquéfié à double parois, en particulier de fluide cryogéniques.
L’invention concerne plus particulièrement un réservoir de stockage de gaz liquéfié à double parois, en particulier de fluide cryogéniques, comprenant une paroi interne délimitant un volume de stockage pour le fluide et une paroi externe disposée autour de la parois interne avec un espacement isolé thermiquement, dans lequel, la paroi interne est suspendue dans la paroi externe au niveau d’au moins une de ses extrémités via un système de suspension à câble(s) tendu(s) entre la paroi interne et la paroi externe.
Les réservoirs cryogéniques (de stockage par exemple hydrogène liquéfié, azote liquéfie, gaz naturel liquéfié ou autre) sont généralement constitués de deux parois ou enveloppes assemblées l’une dans l’autre, avec un espace inter-paroi permettant une isolation thermique.
Cet espace inter-paroi est généralement rempli de matière isolante thermique (mousse, multicouches…) et éventuellement mis sous vide.
Le fluide est stocké dans l’enveloppe interne. La liaison mécanique entre l’enveloppe externe et l’enveloppe interne, doit remplir deux rôles: limiter les entrées thermiques par conduction et assurer une tenue mécanique suffisante pour répondre aux différent cas de charges.
Les supports ou liaisons doivent donc être dimensionnés pour limiter la conduction mais tout en résistant aux cas de charges. Les supports mise en œuvre aujourd’hui dans les remorques transportant des fluides cryogéniques sont en général réalisés en acier, sous la forme d’un col (glissant ou non) et de tirants.
Ces géométries présentent des inconvénients. L’utilisation de cols en métal entraîne des entrées de chaleur qui peuvent être importantes, ainsi que des difficultés d’assemblage (en particulier au niveau des contrôles de soudure pour une utilisation avec de l’hydrogène).
Pour remplacer ces cols il est connu des systèmes de suspension à bandes ou câbles montés sur le dôme de l’enveloppe interne. Les solutions connues sont cependant volumineuses, complexes et nuisent à la mise ne place d’un isolant thermique dans l’inter-parois.
Les documents US2007068954 et FR1604703 décrivent d’autres solutions de suspension par bandes. Ces solutions sont cependant complexes et peut satisfaisantes. En particulier, chacune des bandes nécessite un mécanisme propre et le réglage des différentes bandes est complexe pour le centrage de l’enveloppe interne dans l’enveloppe externe.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
Un but de l’invention peut être ainsi de proposer une architecture plus adaptée qui minimise le transfert thermique, permet de répondre aux cas de charges et simplifie la fabrication, si possible en évitant la soudure.
A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le système de suspension comprend un même câble formant plus d’un aller-retour entre la paroi interne et la paroi externe via des passage de guidage respectifs, le câble formant une pluralité de liaisons entre la paroi interne et la paroi externe selon des directions distinctes et en ce qu’une extrémité dudit câble est solidaire d’une des parois et configurée pour mettre en tension le câble.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • la pluralité de liaisons formées par le câble entre la paroi interne et la paroi externe sont situées entre deux extrémités respectives de la paroi interne et de la paroi externe,
  • le réservoir a une forme générale symétrique de révolution autour d’un axe central, les liaisons du câble entre la paroi interne et la paroi externe sont disposées autour dudit axe central et dans un plan sensiblement perpendiculaire à cet axe central,
  • les passages de guidage du câble au niveau des parois interne et externe sont formés par des anneaux ou orifices portés respectivement par les parois interne et externe,
  • les passages de guidage du câble sont portés par une platine et/ou une bague solidaire d’une extrémité de la paroi considérée,
  • les deux extrémités du câble sont fixées à un même point de liaison réglable en position,
  • le point de liaison est mobile selon une direction déterminée et sollicité par un organe de rappel tel qu’un ressort pour mettre en tension le câble,
  • le réservoir comporte un mécanisme de réglage de la tension exercée par l’organe de rappel sur le câble,
  • le réservoir a une forme générale cylindrique à section circulaire et s’étendant selon une direction longitudinale,
  • le réservoir est du type horizontal, c’est-à-dire que la direction longitudinale est horizontale en configuration d’utilisation du réservoir,
  • le câble est composé d’au moins l’un des matériaux suivants : polymère, fibre(s) polymère et/ou composite, kevlar, époxy, carbone, fibres de verre.
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
est une vue schématique et partielle en coupe longitudinale et verticale d’un exemple de réservoir selon un mode de réalisation possible de l’invention,
est une vue en perspective schématique et en transparence d’une extrémité d’un réservoir selon un autre mode de réalisation de l’invention,
est une vue en perspective schématique d’un détail de la ,
est une vue en coupe d’un détail de la ,
est une vue en coupe d’un détail agrandi de la .
 Description détaillée
Le réservoir 1 de stockage de gaz liquéfié à double parois illustré comprend une paroi 2 ou enveloppe interne délimitant un volume de stockage étanche pour le fluide et une paroi 3 ou enveloppe externe disposée autour de la parois interne avec un espacement 4 entre ces deux parois 2, 3. Cet espacement est isolé thermiquement, par exemple via une ou plusieurs couches de matériaux isolant thermiques. Le cas échéant cet espacement est sous vide.
La paroi 2 interne est suspendue dans la paroi 3 externe au niveau d’au moins une de ses extrémités, par exemple une extrémité longitudinale via un système de suspension à câble(s) tendu(s) entre la paroi 2 interne et la paroi 3 externe et décrit plus en détail ci-après.
L’autre extrémité (extrémité opposée) de la paroi 2 interne est de préférence également suspendue dans la paroi 3 externe via un même système de suspension à câble(s) tendu(s) entre la paroi 2 interne et la paroi 3 externe. Cependant l’autre extrémité peut être suspendue via une autre structure de liaison par exemple un col fixe ou coulissant, un ensemble de tirants....
Comme illustré, le réservoir 1 peut avoir une forme générale cylindrique à section circulaire et s’étendant selon une direction longitudinale. Le réservoir a par exemple une forme générale symétrique de révolution autour d’un axe central 6. De plus, le réservoir 1 est de préférence du type horizontal, c’est-à-dire que la direction longitudinale est horizontale en configuration d’utilisation du réservoir tel qu’illustré à la (axe central 6 horizontal).
Le système de suspension illustré comprend un même câble 5 formant plus d’un aller-retour entre la paroi 2 interne et la paroi externe 3 via des passage 7 de guidage respectifs au niveau de la paroi 2 interne et la paroi externe 3. C’est-à-dire que le câble 5 définit au moins trois portion tendues entre la paroi 2 interne et la paroi externe 3, le câble 5 passant par au moins deux passages de guidages permettant un changement de direction (retour d’une paroi vers l’autre). Ceci forme une pluralité de liaisons en traction entre la paroi 2 interne et la paroi externe 3 selon des directions distinctes avec un même câble.
De plus, au moins une extrémité du câble 3 est solidaire d’une des parois 3 et configurée pour mettre en tension le câble 5 dans chacune de ses portions formant une liaison entre la paroi 2 interne et la paroi externe 3.
Ainsi, les deux parois 2, 3 sont centrées facilement l’une par rapport à l’autre et le réglage de la tension du câble peut être réalisé à un endroit unique pour toutes les liaisons assurant des efforts de tractions dans des directions différentes autour de l’axe 6 central.
La pluralité de liaisons formées par le câble 5 entre la paroi 2 interne et la paroi externe 3 sont situées de préférence entre deux extrémités respectives de la paroi 2 interne et de la paroi externe 3. C’est-à-dire que ce système de liaison est mis en place au niveau du col du réservoir, au voisinage des sommets des extrémités des deux parois 2, 3 (entre la face externe de la paroi 2 interne et la face interne de la paroi 3 externe).
Comme illustré, de préférence les liaisons du câble 5 entre la paroi 2 interne et la paroi externe 3 sont disposées autour de l’axe central longitudinal et dans un plan sensiblement perpendiculaire à cet axe 6 central.
Comme illustré, le câble peut former une pluralité de liaison en étoile sur 360 degrés autour de cet axe 6 central.
Comme illustré, les deux extrémités du câble 3 peuvent être fixées à un même point de liaison 8 réglable en position. Ces deux extrémités du câble 5 peuvent être reliées ensemble à un endroit déterminé et configuré pour permettre d’ajuster, éventuellement avec un organe de rappel 9, la tension dans ce câble et donc de régler à la fois la position axiale et longitudinale relative des deux parois 2, 3. Par exemple, le dispositif comporte un mécanisme 10 de réglage de la tension exercée par l’organe 9 de rappel sur le câble 5.
Par exemple, au moins l’une des extrémités du câble 5 est fixée à un support dont la position peut être réglable par vissage, par exemple un axe ou un fourreau intérieur mobile dans un fourreau 80 extérieur fixe, la position de l’axe ou du fourreau intérieur par rapport au fourreau 80 extérieur fixe est réglable via un système mécanique, par exemple à écrou 10.
Dans les exemples illustrés, les passages 7 de guidage du câble au niveau des parois interne 2 et externe 3 sont formés par des boucles ou œillets fixés respectivement par les parois interne 2 et externe 3 (de préférence fixés sur un support lui-même fixé à la paroi 2, 3 concernée).
Par exemple, et comme illustré, les passages 7 de guidage du câble 5 sont définis par des anneaux ou œillets fixés respectivement par une platine 11 solidaire d’une extrémité externe de la paroi 2 interne et sur une bague 12 ou platine solidaire d’une extrémité interne de la paroi 3 externe.
Les anneaux peuvent ainsi être fixés par vissage, soudure ou autre.
Bien entendu, ce mode de réalisation n’est pas limitatif, ainsi, tout ou partie des boucles pourraient être remplacées par de simples orifices de passage ménagés dans la platine 11 ou bague 11 permettant le passage et le guidage du câble 5.
Le câble 5 est composé par exemple d’au moins l’un des matériaux suivants : polymère, fibre(s) polymère et/ou fibres composites, carbone Kevlar, époxy, fibres de verre… Ce type de fibre polymère/composite est très résistante (module d’Young et résistance à la fracture élevé) et possède une faible conduction thermique.
Ainsi, à au moins une extrémité un seul câble 5 et un seul système de réglage de sa tension peut être prévu pour assurer la suspension (et son réglage) de la paroi 2 interne dans la paroi 3 externe.
Le système de suspension est compact, à faible conductivité thermique, mécaniquement solide et plus aisé à fabriquer que les solutions connues (pas ou peu de soudure, accès facile, faible interaction avec l’isolation inter-parois). Cette solution est particulièrement adapté aux solutions embarquées (réservoirs mobiles transportés) de faible volume (d’environ 1 m3) pour lesquelles l’encombrement et les performances thermiques sont critiques (typiquement pour l’hydrogène liquide).

Claims (12)

  1. Réservoir de stockage de gaz liquéfié à double parois, en particulier de fluide cryogéniques, comprenant une paroi (2) interne délimitant un volume de stockage pour le fluide et une paroi (3) externe disposée autour de la paroi interne avec un espacement (4) isolé thermiquement, dans lequel, la paroi (2) interne est suspendue dans la paroi (3) externe au niveau d’au moins une de ses extrémités via un système de suspension à câble(s) tendu(s) entre la paroi (2) interne et la paroi (3) externe, caractérisé en ce que le système de suspension comprend un même câble (5) formant plus d’un aller-retour entre la paroi (2) interne et la paroi externe (3) via des passages (7) de guidage respectifs, le câble (5) formant une pluralité de liaisons entre la paroi (2) interne et la paroi externe (3) selon des directions distinctes et en ce qu’une extrémité dudit câble (3) est solidaire d’une des parois (3) et configurée pour mettre en tension le câble (3).
  2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de liaisons formées par le câble (5) entre la paroi (2) interne et la paroi externe (3) sont situées entre deux extrémités respectives de la paroi (2) interne et de la paroi externe (3).
  3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le réservoir a une forme générale symétrique de révolution autour d’un axe central (6) et en ce que les liaisons du câble (5) entre la paroi (2) interne et la paroi externe (3) sont disposées autour dudit axe central (6) et dans un plan sensiblement perpendiculaire à cet axe (6) central.
  4. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les passages (7) de guidage du câble au niveau des parois interne (2) et externe (3) sont formés par des anneaux ou orifices portés respectivement par les parois interne (2) et externe (3).
  5. Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que les passages (7) de guidage du câble (5) sont portés par une platine (11) et/ou une bague (12) solidaire d’une extrémité de la paroi (2, 3) considérée.
  6. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux extrémités du câble (3) sont fixées à un même point de liaison (8) réglable en position.
  7. Réservoir selon la revendication 6, caractérisé en ce que le point de liaison (8) est mobile selon une direction déterminée et sollicité par un organe (9) de rappel tel qu’un ressort pour mettre en tension le câble.
  8. Réservoir selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte un mécanisme (10) de réglage de la tension exercée par l’organe (9) de rappel sur le câble (5).
  9. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réservoir a une forme générale cylindrique à section circulaire et s’étendant selon une direction longitudinale.
  10. Réservoir selon la revendication 9, caractérisé en ce que le réservoir (1) est du type horizontal, c’est-à-dire que la direction longitudinale est horizontale en configuration d’utilisation du réservoir.
  11. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le câble (5) est composé d’au moins l’un des matériaux suivants : polymère, fibre(s) polymère et/ou composite, kevlar, époxy, carbone, fibres de verre.
  12. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’il comporte un tel système de suspension à câble (5) à l’une seulement de ses extrémités ou à chacune de deux extrémités distinctes du réservoir (1).
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