WO2024061800A1 - Réservoir de gaz sous pression pour véhicule - Google Patents

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WO2024061800A1
WO2024061800A1 PCT/EP2023/075591 EP2023075591W WO2024061800A1 WO 2024061800 A1 WO2024061800 A1 WO 2024061800A1 EP 2023075591 W EP2023075591 W EP 2023075591W WO 2024061800 A1 WO2024061800 A1 WO 2024061800A1
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liner
tank
heating strip
heating
composite
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PCT/EP2023/075591
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Claude Mesjasz
Yann Sinault
Bjorn Criel
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Plastic Omnium New Energies France
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    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0178—Cars

Definitions

  • the invention relates to the field of pressure tanks for vehicles, such as a motor vehicle, a truck, a bus, a train or even a boat.
  • the invention relates more particularly to a pressurized gas tank for a vehicle, as well as a vehicle comprising such a pressurized gas tank.
  • a pressurized gas tank for example configured to store gas at a pressure of at least 350 bars or at least 700 bars, the gas being for example hydrogen.
  • this pressurized gas tank is configured to be used by the vehicle equipped with the pressurized gas tank for various functions, as a source of energy.
  • Such a pressurized gas tank is conventionally composed of an internal envelope called a liner, which has a sealing function with respect to the gas contained in the tank.
  • the liner is for example made of a plastic material, chosen for its lightness and low manufacturing cost, or of a metal such as aluminum, or of another material such as a metal alloy.
  • the liner is generally generally cylindrical in shape and has two dome-shaped ends.
  • the liner has an opening, which is generally surmounted by a tip.
  • the pressurized fluid exerts strong stresses on the internal surface of the liner, which can damage the integrity of the liner and cause dangerous leaks, particularly with combustible gases such as hydrogen.
  • the liner is surrounded by a composite reinforcement structure, comprising at least one layer of composite material, generally produced by winding strips of composite material based on thermosetting polymer around the liner, for example based on epoxy resin, loaded with glass and/or carbon fibers, or by winding around the liner a filament made of a reinforcing fiber, for example carbon fiber, the filament being embedded in a resin, for example an epoxy resin, to facilitate winding and ensure that the outer surface of the liner is covered.
  • a composite reinforcement structure comprising at least one layer of composite material, generally produced by winding strips of composite material based on thermosetting polymer around the liner, for example based on epoxy resin, loaded with glass and/or carbon fibers, or by winding around the liner a filament made of a reinforcing fiber, for example carbon fiber, the filament being embedded in a resin, for example an epoxy resin, to facilitate winding and ensure that the outer surface of the liner is covered.
  • such a pressurized gas tank generally comprises a functional member attached to the end piece, which supports functional components such as a solenoid valve, in order for example to distribute the fluid from the tank to a combustion engine and/or to a energy conversion means on board the vehicle, such as a fuel cell, configured to supply energy to vehicle propulsion means, such as an electric motor.
  • a functional member attached to the end piece, which supports functional components such as a solenoid valve, in order for example to distribute the fluid from the tank to a combustion engine and/or to a energy conversion means on board the vehicle, such as a fuel cell, configured to supply energy to vehicle propulsion means, such as an electric motor.
  • the temperature of the gas stored in the pressurized gas tank decreases. It is necessary that this temperature does not fall below a predetermined threshold, for example equal to -40°C, in order to avoid deterioration of the constituent components of the pressurized gas tank, in particular of the liner, for example due to the materials constituting these components. It is thus known to heat, for example from documents JP 4 232 210, JP 5 630 614 and EP 2 557 894, a pressurized gas tank in order to avoid damaging the liner when the temperature of the gas contained therein is too low, for example by placing a heating element within the pressurized gas tank, in the internal space delimited by the liner.
  • a predetermined threshold for example equal to -40°C
  • heating element occupies a significant space in the tank, which reduces its storage capacity.
  • a known alternative is to arrange an external heating element such as a heating band around the pressurized gas tank.
  • this heating element does not allow the liner to be heated quickly and efficiently, due to the fact that the heating element is separated from the liner by components of the pressurized gas tank which limit heat transfer, such as for example the reinforcing structure. composite.
  • the invention aims in particular to provide a pressurized gas tank making it possible to heat the liner quickly and efficiently, while avoiding damaging the components of the pressurized gas tank.
  • Such a pressurized gas tank makes it possible to heat the liner quickly and efficiently, while avoiding damaging the tank components by heating specifically at the interface between the liner and the composite reinforcement structure.
  • heating is carried out quickly and efficiently.
  • the use of such a heating strip which is preferably self-regulated in temperature ensures that at any point, the temperature of the strip due to heating is not too high. This thus avoids damaging the tank components, and primarily the liner, due to excessive local heating.
  • the heating strip comprises an internal surface in contact with the liner, that is to say directly mounted against the liner, makes it possible to limit heat losses during the transfer of heat from the heating strip to the liner. .
  • the fact that the heating strip includes an internal surface in contact with the liner makes it possible to reduce the vibrations suffered by the heating strip and limits the risk of the heating strip detaching.
  • a heating strip is distinguished from any other heating device by its particular geometry which allows it to diffuse heat on the surface.
  • a heating strip has the shape of a strip, which has a width, a length and has two main surfaces: an internal surface and an external surface.
  • the inner surface of the heating strip is the surface of the heating strip facing the liner.
  • the outer surface of the heating strip is the surface opposite the inner surface of the heating strip.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a tank as described above.
  • step c) is carried out simultaneously with step b) so that the heating strip is wound together with the composite reinforcing structure.
  • step c) comprises a step c') of winding an internal layer of composite material, for example, a hoop type layer, step c') is carried out simultaneously in step b) so that the heating strip is wound together with the internal layer of composite material, at least partially overlapping said internal layer.
  • a vehicle 1 for example a motor vehicle, comprising a tank 3 of pressurized gas, in this example hydrogen.
  • the vehicle 1 comprises a fuel cell 5 supplied with hydrogen by the tank 3.
  • the tank 3 is configured to store gas at a pressure of at least 350 bars, preferably at least 700 bars.
  • the tank 3 has an admissible storage pressure greater than 350 bars, preferably greater than 700 bars.
  • Tank 3 as shown on the , comprises a liner 7, a composite reinforcement structure 9 and an electric heating device 11.
  • Liner 7 is based on plastic material.
  • the liner 7 is based on polyamide, preferably based on PA6 or PA66, preferably PA6.
  • the liner 7 comprises a cylindrical central portion 13.
  • the liner 7 also includes end portions 15 in the form of a dome.
  • the liner 7 comprises an end opening on each of the end portions 15, on which a tip 19 is placed, the tip 19 being in this example made of aluminum.
  • At least one end piece 19 is connected to functional elements making it possible to distribute the gas out of the tank 3 through the end piece 19, such as for example a solenoid valve.
  • the composite reinforcement structure 9 is wound around the liner 7.
  • the composite reinforcement structure 9 comprises hoop-type layers – “hoop layers” in English – extending at an angle of between 85° and 90° relative to a longitudinal axis
  • the electric heating device 11 is configured to maintain the liner 7 at a temperature above a predetermined threshold.
  • the predetermined threshold is greater than - 45°C, preferably equal to - 40°C.
  • the electric heating device 11 comprises a heating strip 21, preferably self-regulated in temperature, the heating strip 21 being arranged between the liner 7 and an external surface 23 of the composite reinforcement structure 9.
  • the heating strip 21 therefore comprises an internal surface 32 only in contact with the liner 7 and an external surface 31 only in contact with the composite reinforcement structure 9.
  • the heating strip 21 is self-regulated in temperature such that its maximum temperature is less than 120°C, preferably less than 100°C, preferably less than 85°C, even more preferably less than 80°C.
  • the heating strip 21 is a PTC positive temperature coefficient thermistor or an electromagnetic induction heating device.
  • a heating strip 21 is composed for example of a layer of polymer loaded with carbon, which is placed between two sheets of copper or aluminum.
  • the heating strip 21 comprises a sheath formed of the same material as the liner 7.
  • the heating strip 21 has a nominal heating power of at least 750W, preferably at least 1500W.
  • the heating strip 21 is arranged radially between the liner 7 and the external surface 23 of the composite reinforcement structure 9.
  • the heating strip 21 is arranged between the liner 7 and the composite reinforcement structure 9 and the entire internal surface 32 of the heating strip 21 is in contact with the liner 7. In other words, the heating strip 21 is completely sandwiched between the liner 7 and the composite reinforcement structure 9.
  • the heating strip 21 may have a width greater than its thickness, preferably at least 5 times greater, preferably at least 10 times greater.
  • the heating strip 21 has a thickness of less than 5 mm, preferably less than 3 mm, preferably less than 1 mm, more preferably equal to 0.5 mm.
  • the surface of the heating strip 21 in contact with the liner 7 is at least 30%, preferably at least 60%, of the external surface of the liner 7.
  • the heating strip 21 extends with an angle between 5° and 90°, preferably between 85° and 90°, relative to the longitudinal axis According to a variant embodiment not shown, the heating strip 21 extends axially along the longitudinal axis X of the tank 3.
  • the heating strip 21 is wound together with the composite reinforcement structure 9. Furthermore, in this example, the heating strip 21 is wound directly on the liner 7. Alternatively, the heating strip 21 is printed on the liner 7.
  • the tank 3 also includes a temperature sensor 25 placed between the liner 7 and the external surface 23 of the composite reinforcement structure 9.
  • the temperature sensor 25 is placed directly on the liner 7.
  • this reservoir 3' is distinguished from the reservoir 3 according to the first embodiment described above in that the reservoir 3' comprises smoothing means 27', the external surface 29' of which is flush with the external surface 31' of the heating strip 21 '.
  • the tank 3' also includes thermal transfer means 33' configured to transfer heat from the heating strip 21' to the liner 7'.
  • the heat transfer means 33' are arranged between the liner 7' and an external surface 23' of the composite reinforcement structure 9'.
  • the thermal transfer means 33' are chosen from the group comprising a strip of thermal paste, a metal strip, a metal film, a metal wire, and combinations thereof.
  • the heat transfer means 33' extend at an angle of between 5° and 90°, preferably between 85° and 90°, relative to the longitudinal axis X of the tank 3'.
  • the smoothing means 27' comprise or are constituted by heat transfer means 33'.
  • the heat transfer means 33' are axially offset relative to the heating strip 21' along the longitudinal axis X of the tank 3'.
  • the heating strip 21' is prefabricated in one piece with the smoothing means 27', so as to form a heating member.
  • the heating member thus comprises the heat transfer means 33', which are axially offset relative to the heating strip 21' along a longitudinal axis X of the reservoir 3'.
  • the heating strip 21' therefore comprises an internal surface 32' only in contact with the liner 7' and an external surface 31' only in contact with the composite reinforcing structure 9'.
  • this reservoir 3'' is distinguished from the reservoir 3 according to the first embodiment described above and from the reservoir 3' according to the second embodiment described previously in that the liner 7'' comprises a groove 35'' configured to receive the 21'' heating strip.
  • the heating strip 21'' is wound around the liner 7'' in the groove 35''.
  • the groove 35'' is also configured to receive the smoothing means and/or the heat transfer means described above.
  • the heating strip 21'' therefore comprises an internal surface 32'' only in contact with the liner 7'' and an external surface 31'' only in contact with the composite reinforcement structure 9''.
  • this reservoir 3'''' differs from the reservoir 3 according to the first embodiment described above in that the internal surface 32''' of the heating strip 21''' is partly in contact with the liner 7''' and in another part with a layer 10''', called the internal layer, of the composite reinforcement structure 9''' (which comprises several layers of composite material) so that the heating strip 21''' overlaps at least partly the internal layer 10'''.
  • the heating strip 21''' is partly sandwiched between the liner 7''' and the composite reinforcement structure 9''' and partly sandwiched between layers of composite material of the reinforcement structure composite 9'''.
  • the heating strip 21''' therefore comprises an external surface 31''' only in contact with the composite reinforcing structure 9'''.
  • the internal layer 10''' is a hoop type layer.
  • step c) is carried out simultaneously with step b) so that the heating strip 21, 21', 21'' is wound together with the composite reinforcement structure 9, 9', 9''.
  • step c) comprises a step c') of winding an internal layer 10''' of composite material, step c') is carried out simultaneously with step b) of so that the heating strip 21''' is wound together with the internal layer 10''' of composite material, at least partially overlapping said internal layer 10'''.
  • X longitudinal axis of the tank.

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Abstract

L'invention concerne un réservoir (3) de gaz sous pression pour véhicule, comprenant : - un liner (7) à base de matériau plastique, - une structure de renforcement composite (9) enroulée autour du liner (7), - un dispositif de chauffage électrique (11) configuré pour maintenir le liner (7) a une température supérieure à un seuil prédéterminé, le dispositif de chauffage électrique (11) comportant une bande chauffante (21) disposée entre le liner (7) et une surface externe (23) de la structure de renforcement composite (9) et comprenant une surface interne (32) en contact avec le liner (7).

Description

Réservoir de gaz sous pression pour véhicule Domaine technique de l’invention
L’invention concerne le domaine des réservoirs sous pression pour véhicule, tel qu’un véhicule automobile, un camion, un bus, un train ou encore un bateau. L’invention concerne plus particulièrement un réservoir de gaz sous pression pour véhicule, ainsi qu’un véhicule comprenant un tel réservoir de gaz sous pression.
 Arrière-plan technique
On connaît déjà dans l'état la technique, un réservoir de gaz sous pression par exemple configuré pour stocker du gaz à une pression d’au moins 350 bars ou d’au moins 700 bars, le gaz étant par exemple de l’hydrogène. Ainsi, ce réservoir de gaz sous pression est configuré pour être utilisé par le véhicule équipé du réservoir de gaz sous pression pour diverses fonctions, en tant que source d'énergie.
Un tel réservoir de gaz sous pression est classiquement composé d’une enveloppe interne appelée liner, laquelle possède une fonction d’étanchéité vis-à-vis du gaz contenu dans le réservoir. Le liner est par exemple fait d’un matériau plastique, choisi pour sa légèreté et son faible coût de fabrication, ou d’un métal comme de l’aluminium, ou bien d’une autre matière comme un alliage métallique. Le liner est généralement de forme globalement cylindrique et présente deux extrémités en forme de dôme. Le liner comporte une ouverture, laquelle est généralement surmontée par un embout. Le fluide sous pression exerce de fortes contraintes sur la surface interne du liner, lesquelles peuvent porter atteinte à l'intégrité du liner et provoquer des fuites dangereuses, notamment avec des gaz combustibles comme l’hydrogène.
Pour améliorer les propriétés mécaniques du réservoir de gaz sous pression, le liner est entouré par une structure de renforcement composite, comportant au moins une couche de matériau composite, généralement réalisée par enroulement autour du liner de bandes de matériau composite à base de polymère thermodurcissable, par exemple à base de résine époxy, chargé de fibres de verre et/ou de carbone, ou bien par enroulement autour du liner d’un filament fait d’une fibre de renfort, par exemple en fibre de carbone, le filament étant noyé dans une résine, par exemple une résine époxy, pour faciliter l'enroulement et assurer que la surface extérieure du liner est recouverte.
Par ailleurs, un tel réservoir de gaz sous pression comporte généralement un organe fonctionnel rapporté sur l’embout, lequel supporte des composants fonctionnels comme une électrovanne, afin par exemple de distribuer le fluide depuis le réservoir vers un moteur à combustion et/ou vers un moyen de conversion d’énergie embarqué sur le véhicule, comme une pile à combustible, configuré pour alimenter en énergie des moyens de propulsion du véhicule, comme un moteur électrique.
Lors de la distribution de gaz hors du réservoir de gaz sous pression, la température du gaz stocké dans le réservoir de gaz sous pression diminue. Il est nécessaire que cette température ne passe pas en-dessous d’un seuil prédéterminé, par exemple égal à -40°C, afin d’éviter la détérioration des composants constitutifs du réservoir de gaz sous pression, en particulier du liner, par exemple du fait des matériaux constituant ces composants. Il est ainsi connu de réchauffer, par exemple des documents JP 4 232 210, JP 5 630 614 et EP 2 557 894, un réservoir de gaz sous pression afin d'éviter d'endommager le liner lorsque la température du gaz qui y est contenu est trop basse, par exemple en disposant un élément chauffant au sein du réservoir de gaz sous pression, dans l’espace interne délimité par le liner. Toutefois, un tel élément chauffant occupe un espace important dans le réservoir, ce qui diminue sa capacité de stockage. Une alternative connue est de disposer un élément chauffant externe comme une bande chauffante autour du réservoir de gaz sous pression. Néanmoins, cet élément chauffant ne permet pas de réchauffer rapidement et efficacement le liner, du fait que l’élément chauffant est séparé du liner par des composants du réservoir de gaz sous pression qui limitent le transfert de chaleur, comme par exemple la structure de renforcement composite. En outre, il est nécessaire de limiter la puissance de chauffage afin que l’élément chauffant ne détériore en aucun cas, même localement, les composants du réservoir comme par exemple le liner à cause d’une température trop élevée, par exemple supérieure à 85°C.
L'invention a notamment pour but de fournir un réservoir de gaz sous pression permettant de chauffer rapidement et efficacement le liner, tout en évitant de détériorer les composants du réservoir de gaz sous pression.
À cet effet l’invention a pour objet un réservoir de gaz sous pression pour véhicule, comprenant :
  • un liner à base de matériau plastique,
  • une structure de renforcement composite enroulée autour du liner,
  • un dispositif de chauffage électrique configuré pour maintenir le liner a une température supérieure à un seuil prédéterminé,
caractérisé en ce que le dispositif de chauffage électrique comporte une bande chauffante disposée entre le liner et une surface externe de la structure de renforcement composite et comprenant une surface interne au moins partiellement en contact avec le liner et une surface externe en contact avec la structure de renforcement composite.
Un tel réservoir de gaz sous pression permet de chauffer rapidement et efficacement le liner, tout en évitant de détériorer les composants du réservoir en chauffant spécifiquement à l’interface entre le liner et la structure de renforcement composite. Ainsi, grâce à l'utilisation d'une telle bande chauffante, le chauffage est réalisé de manière rapide et efficace. En outre, l'utilisation d'une telle bande chauffante préférentiellement autorégulée en température permet d'assurer qu'en tout point, la température de la bande en raison du chauffage ne soit pas trop élevée. Cela évite ainsi de détériorer les composants du réservoir, et en premier lieu le liner, en raison d'un chauffage localement trop important.
De plus, le fait que la bande chauffante comprend une surface interne en contact avec le liner, c'est-à-dire directement montée contre le liner, permet de limiter les pertes de chaleur lors du transfert de chaleur de la bande chauffante au liner. De même, le fait que la bande chauffante comprend une surface interne en contact avec le liner permet de diminuer les vibrations subies par la bande chauffante et limite le risque de détachement de la bande chauffante.
Une bande chauffante se distingue de tout autre dispositif chauffant par sa géométrie particulière qui lui permet de diffuser de la chaleur en surface. En effet, une bande chauffante a la forme d’une bande, laquelle a une largeur, une longueur et présente deux surfaces principales : une surface interne et une surface externe. La surface interne de la bande chauffante est la surface de la bande chauffante tournée vers le liner. La surface externe de la bande chauffante est la surface opposée à la surface interne de la bande chauffante. Ainsi, plus la largeur de la bande chauffante en contact avec le liner est importante et plus la surface d’échange de chaleur entre la bande chauffante et le liner est importante. De même, plus la longueur de la bande chauffante en contact avec le liner est importante et plus la surface d’échange de chaleur entre la bande chauffante et le liner est importante.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du réservoir, prises seules ou en combinaison :
  • Le liner est à base de polyamide, de préférence à base de PA6 ou PA66, préférentiellement en PA6. En effet, le polyamide comme le PA6 présente un excellent effet de barrière au gaz à haute pression.
  • La surface interne de la bande chauffante est en partie en contact avec le liner et en autre partie avec une couche, dite couche interne, de la structure de renforcement composite. Autrement dit, la bande chauffante chevauche au moins en partie la couche interne. Ainsi, la fabrication du réservoir est optimisée, du fait que l’enroulement de la structure de renforcement composite autour du liner peut commencer avant (la fin de) la mise en place de la bande chauffante.
  • La couche interne de la structure de renforcement composite est une couche de type cerceau. Une couche de type cerceau permet de renforcer la portion centrale cylindrique du liner, ainsi, la fabrication du réservoir est optimisée, du fait que la portion centrale cylindrique du liner est renforcée en même temps, voire avant la mise en place de la bande chauffante.
  • La surface interne de la bande chauffante est uniquement en contact avec le liner afin de maximiser la surface d’échange thermique avec le liner pour maximiser le chauffage rapide et efficace du liner.
  • La bande chauffante est une thermistance à coefficient de température positif CTP. Ainsi, la bande chauffante est autorégulée en température de manière simple et économique.
  • Alternativement, la bande chauffante est un dispositif de chauffage par induction électromagnétique. Ainsi, la bande chauffante est autorégulée en température de manière simple et économique.
  • Le seuil prédéterminé est supérieur à -45°C, de préférence égal à -40°C. En effet, un liner en matériau plastique est plus fragile au-dessous d’une telle température.
  • La bande chauffante est autorégulée en température de telle sorte que sa température maximale soit inférieure à 120°C, de préférence inférieure à 100°C, préférentiellement inférieure à 85°C, encore plus préférentiellement inférieure à 80°C. En effet, le matériau plastique du liner est susceptible de se dégrader au-dessus d’une telle température.
  • Le réservoir est configuré pour stocker du gaz à une pression d’au moins 350 bars, de préférence d’au moins 700 bars.
  • Le réservoir comporte un capteur de température disposé entre le liner et une surface externe de la structure de renforcement composite, et de préférence disposé directement sur le liner. Ainsi, la température du liner peut être mesurée, ce qui permet de démarrer le chauffage par la bande chauffante lorsque la température est inférieure ou égale au seuil prédéterminé, de préférence lorsque la température mesurée par le capteur de température est inférieure ou égale à 35°C.
  • La bande chauffante s’étend avec un angle compris entre 85° et 90° par rapport à un axe longitudinal du réservoir. Ainsi, la fabrication est facilitée, du fait de la géométrie similaire à celle d’au moins une partie de la structure de renforcement composite, à savoir les couches de type cerceau.
  • La bande chauffante est formée en hélice autour du liner.
  • Le liner comprend une rainure configurée pour recevoir la bande chauffante. Ainsi, la fabrication de la structure de renforcement est facilitée, du fait que la rainure permet d’obtenir une surface externe de l’ensemble formé par le liner et la bande chauffante plus régulière, la bande chauffante n’étant pas ou peu en saillie hors de la surface radialement la plus externe du liner.
  • La bande chauffante est enroulée conjointement avec la structure de renforcement composite. Ainsi, la fabrication est optimisée, du fait que le montage de la bande chauffante ne nécessite pas d’étape spécifique d’assemblage.
  • La bande chauffante est enroulée directement sur le liner. Ainsi, la fabrication est simplifiée, du fait que le liner est déjà prévu pour supporter l’enroulement de la structure de renforcement.
  • Le liner comprend une portion centrale cylindrique. Ainsi, la fabrication par enroulement de la structure de renforcement autour du liner est facilitée. Par exemple, la section de la portion centrale cylindrique est un cercle ou une ellipse.
  • La bande chauffante est disposée radialement entre le liner et une surface externe de la structure de renforcement composite.
  • La bande chauffante comporte une largeur supérieure à son épaisseur, de préférence au moins 5 fois supérieure, préférentiellement au moins 10 fois supérieure.
  • La bande chauffante comporte une épaisseur inférieure à 5mm, de préférence inférieure à 3 mm, préférentiellement inférieure à 1 mm, plus préférentiellement égale à 0,5 mm. Une épaisseur faible permet de faciliter l’enroulement de la bande chauffante.
  • La bande chauffante comprend une gaine formée du même matériau que le liner. Ainsi, la cohésion entre le liner, la bande chauffante et la structure de renforcement composite est améliorée.
  • Le réservoir comprend un embout disposé sur une ouverture d’extrémité du liner, l’embout étant métallique, de préférence en aluminium.
  • La surface de la bande chauffante en contact avec le liner est d’au moins 30%, de préférence d’au moins 60%, de la surface externe du liner. Ainsi, la surface de chauffage est relativement importante et permet d’améliorer la rapidité du chauffage.
  • La structure de renforcement composite comprend des couches de type cerceau – « hoop layers » en anglais – s’étendant avec un angle compris entre 85° et 90° par rapport à un axe longitudinal du réservoir et des couches de type hélicoïdal – « helical layers » en anglais – s’étendant avec un angle compris entre 5° et 85° par rapport à un axe longitudinal du réservoir.
  • La bande chauffante s’étend avec un angle compris entre 5° et 90°, de préférence entre 85° et 90°, par rapport à un axe longitudinal du réservoir. Ainsi, la bande chauffante peut être assemblée sur le réservoir avec des moyens similaires aux moyens de fabrication de la structure de renforcement composite. De ce fait, la fabrication est optimisée.
  • Le réservoir comprend des moyens de lissage, dont la surface externe affleure la surface externe de la bande chauffante. Ainsi, la résistance structurelle du réservoir est améliorée, du fait que la structure de renforcement composite est enroulée autour d’une surface plus lisse. En effet, pour réaliser un bon enroulement de la structure de renforcement composite, la surface sur laquelle est appliqué l’enroulement doit être lisse, sinon des irrégularités au niveau de la zone de liaison avec le liner et/ou avec la bande chauffante peuvent survenir.
  • Le réservoir comprend des moyens de transfert thermique configurés pour transférer de la chaleur de la bande chauffante au liner.
  • Les moyens de transfert thermique sont disposés entre le liner et une surface externe de la structure de renforcement composite.
  • Les moyens de lissage comprennent ou sont constitués par les moyens de transfert thermique. Ainsi, la fabrication du réservoir est optimisée, du fait que les moyens de transfert thermique sont intégrés dans les moyens de lissage ou forment les moyens de lissage.
  • Les moyens de transfert thermique sont choisis parmi le groupe comprenant une bande de pâte thermique, une bande métallique, un film métallique, un fil métallique, et leurs combinaisons.
  • La bande chauffante est préfabriquée d’une pièce avec les moyens de lissage, de manière à former un organe de chauffage. Ainsi, la fabrication du réservoir est facilitée.
  • L’organe de chauffage comprend des moyens de transfert thermique, lesquels sont axialement décalés par rapport à la bande chauffante selon un axe longitudinal du réservoir. Ainsi, on dispose d’un chauffage sur une surface importante du liner tout en limitant la largeur de la bande chauffante.
  • La bande chauffante présente une puissance nominale de chauffage d’au moins 750W, de préférence d’au moins 1500W.
  • La bande chauffante s’étend axialement selon un axe longitudinal du réservoir.
  • Les moyens de transfert thermique s’étendent avec un angle compris entre 5° et 90°, de préférence entre 85° et 90°, par rapport à un axe longitudinal du réservoir. Ainsi, les moyens de transfert thermiques peuvent être placés sur le réservoir avec des moyens similaires aux moyens de fabrication de la structure de renforcement composite.
  • La bande chauffante est imprimée sur le liner. Ainsi, la fabrication de la bande chauffante est particulièrement simple, et permet de s’assurer que le chauffage est efficace, la bande chauffante chauffant directement le liner, du fait de son impression sur le liner.
L’invention a également pour objet un véhicule comprenant un réservoir tel que décrit précédemment.
L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un réservoir tel que décrit précédemment, comportant, de préférence, les étapes successives suivantes :
  • étape a) fabriquer un liner à base de matériau plastique par moulage, par exemple par rotomoulage ou par soufflage ou par extrusion-soufflage,
  • étape b) enrouler une bande chauffante sur le liner, par exemple dans une rainure du liner,
  • étape c) enrouler une structure de renforcement composite sur le liner et la bande chauffante.
Suivant une caractéristique optionnelle du procédé de fabrication, l’étape c) est réalisée simultanément à l’étape b) de sorte que la bande chauffante est enroulée conjointement avec la structure de renforcement composite.
Suivant une caractéristique alternative du procédé de fabrication, l’étape c) comprend une étape c’) d’enroulement d’une couche interne de matériau composite, par exemple, une couche de type cerceau, l’étape c’) est réalisée simultanément à l’étape b) de sorte que la bande chauffante est enroulée conjointement avec la couche interne de matériau composite en chevauchant au moins en partie ladite couche interne.
L’invention a enfin pour objet un procédé de régulation thermique d’un réservoir tel que décrit précédemment, comportant les étapes suivantes :
  • mesurer la température du liner, de préférence au moyen d’un capteur de température disposé entre le liner et une surface externe de la structure de renforcement composite, plus préférentiellement disposé directement sur le liner,
  • alimenter en énergie électrique la bande chauffante lorsque la température mesurée à l’étape précédente est inférieure ou égale à la somme d’un seuil prédéterminé de température et d’une valeur de tolérance, la valeur de tolérance étant de préférence comprise entre 0°C et 5°C, plus préférentiellement égale à 5°C.
 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 d’un véhicule comprenant un réservoir de gaz sous pression ;
  • est une vue schématique d’un réservoir de gaz sous pression selon un premier mode de réalisation ;
  • est une vue schématique en coupe d’un détail d’un réservoir de gaz sous pression selon un deuxième mode de réalisation ;
  • est une vue schématique en coupe d’un détail d’un réservoir de gaz sous pression selon un troisième mode de réalisation ;
  • est une vue schématique en coupe d’un détail d’un réservoir de gaz sous pression selon un quatrième mode de réalisation.
 Description détaillée
Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
La représente schématiquement un véhicule 1, par exemple un véhicule automobile, comprenant un réservoir 3 de gaz sous pression, dans cet exemple de l’hydrogène. Dans cet exemple, le véhicule 1 comporte une pile à combustible 5 alimentée en hydrogène par le réservoir 3. Le réservoir 3 est configuré pour stocker du gaz à une pression d’au moins 350 bars, de préférence d’au moins 700 bars. Ainsi, le réservoir 3 possède une pression de stockage admissible supérieure à 350 bars, de préférence supérieure à 700 bars.
Le réservoir 3, tel que représenté sur la , comprend un liner 7, une structure de renforcement composite 9 et un dispositif de chauffage électrique 11.
Le liner 7 est à base de matériau plastique. Dans cet exemple, le liner 7 est à base de polyamide, de préférence à base de PA6 ou PA66, préférentiellement en PA6. Le liner 7 comprend une portion centrale 13 cylindrique. Dans cet exemple, le liner 7 comprend également des portions d’extrémité 15 sous forme de dôme. Ainsi, le liner 7 comprend une ouverture d’extrémité sur chacune des portions d’extrémité 15, sur laquelle est disposé un embout 19, l’embout 19 étant dans cet exemple en aluminium. Au moins un embout 19 est raccordé à des éléments fonctionnels permettant de distribuer le gaz hors du réservoir 3 à travers l’embout 19, comme par exemple une électrovanne.
La structure de renforcement composite 9 est enroulée autour du liner 7. La structure de renforcement composite 9 comprend des couches de type cerceau – « hoop layers » en anglais – s’étendant avec un angle compris entre 85° et 90° par rapport à un axe longitudinal X du réservoir 3 et des couches de type hélicoïdal – « helical layers » en anglais – s’étendant avec un angle compris entre 5° et 85° par rapport à l’axe longitudinal X du réservoir 3.
Le dispositif de chauffage électrique 11 est configuré pour maintenir le liner 7 a une température supérieure à un seuil prédéterminé. Le seuil prédéterminé est supérieur à - 45°C, de préférence égal à - 40°C. Pour cela, le dispositif de chauffage électrique 11 comporte une bande chauffante 21, préférentiellement autorégulée en température, la bande chauffante 21 étant disposée entre le liner 7 et une surface externe 23 de la structure de renforcement composite 9. Dans l’exemple de la , la bande chauffante 21 comprend donc une surface interne 32 uniquement en contact avec le liner 7 et une surface externe 31 uniquement en contact avec la structure de renforcement composite 9.
La bande chauffante 21 est autorégulée en température de telle sorte que sa température maximale est inférieure à 120°C, de préférence inférieure à 100°C, préférentiellement inférieure à 85°C, encore plus préférentiellement inférieure à 80°C. Par exemple, la bande chauffante 21 est une thermistance à coefficient de température positif CTP ou un dispositif de chauffage par induction électromagnétique. Une telle bande chauffante 21 se compose par exemple d’une couche de polymère chargé en carbone, laquelle est disposée entre deux feuilles de cuivre ou d’aluminium. Par ailleurs, la bande chauffante 21 comprend une gaine formée du même matériau que le liner 7. La bande chauffante 21 présente une puissance nominale de chauffage d’au moins 750W, de préférence d’au moins 1500W. La bande chauffante 21 est disposée radialement entre le liner 7 et la surface externe 23 de la structure de renforcement composite 9. Dans cet exemple, la bande chauffante 21 est disposée entre le liner 7 et la structure de renforcement composite 9 et toute la surface interne 32 de la bande chauffante 21 est en contact avec le liner 7. Autrement dit, la bande chauffante 21 est complètement prise en sandwich entre le liner 7 et la structure de renforcement composite 9.
La bande chauffante 21 peut comporter une largeur supérieure à son épaisseur, de préférence au moins 5 fois supérieure, préférentiellement au moins 10 fois supérieure. La bande chauffante 21 comporte une épaisseur inférieure à 5 mm, de préférence inférieure à 3 mm, préférentiellement inférieure à 1 mm, plus préférentiellement égale à 0,5 mm. La surface de la bande chauffante 21 en contact avec le liner 7 est d’au moins 30%, de préférence d’au moins 60%, de la surface externe du liner 7. Dans cet exemple, la bande chauffante 21 s’étend avec un angle compris entre 5° et 90°, de préférence entre 85° et 90°, par rapport à l’axe longitudinal X du réservoir 3. De plus, dans cet exemple, la bande chauffante 21 est formée en hélice autour du liner 7. Selon une variante de réalisation non représentée, la bande chauffante 21 s’étend axialement selon l’axe longitudinal X du réservoir 3.
Par ailleurs, la bande chauffante 21 est enroulée conjointement avec la structure de renforcement composite 9. En outre, dans cet exemple, la bande chauffante 21 est enroulée directement sur le liner 7. Alternativement, la bande chauffante 21 est imprimée sur le liner 7.
Le réservoir 3 comporte également un capteur de température 25 disposé entre le liner 7 et la surface externe 23 de la structure de renforcement composite 9. Dans cet exemple, le capteur de température 25 est disposé directement sur le liner 7.
Selon un deuxième mode de réalisation du réservoir 3’, représenté sur la , ce réservoir 3’ se distingue du réservoir 3 selon le premier mode de réalisation décrit précédemment en ce que le réservoir 3’ comprend des moyens de lissage 27’, dont la surface externe 29’ affleure la surface externe 31’ de la bande chauffante 21’. Dans cet exemple, le réservoir 3’ comprend également des moyens de transfert thermique 33’ configurés pour transférer de la chaleur de la bande chauffante 21’ au liner 7’. Les moyens de transfert thermique 33’ sont disposés entre le liner 7’ et une surface externe 23’ de la structure de renforcement composite 9’. Les moyens de transfert thermique 33’ sont choisis parmi le groupe comprenant une bande de pâte thermique, une bande métallique, un film métallique, un fil métallique, et leurs combinaisons. Les moyens de transfert thermique 33’ s’étendent avec un angle compris entre 5° et 90°, de préférence entre 85° et 90°, par rapport à l’axe longitudinal X du réservoir 3’. Dans cet exemple, les moyens de lissage 27’ comprennent ou sont constitués par des moyens de transfert thermique 33’. Par ailleurs, les moyens de transfert thermique 33’ sont axialement décalés par rapport à la bande chauffante 21’ selon l’axe longitudinal X du réservoir 3’. Selon une variante de réalisation, la bande chauffante 21’ est préfabriquée d’une pièce avec les moyens de lissage 27’, de manière à former un organe de chauffage. L’organe de chauffage comprend ainsi les moyens de transfert thermique 33’, lesquels sont axialement décalés par rapport à la bande chauffante 21’ selon un axe longitudinal X du réservoir 3’. La bande chauffante 21’ comprend donc une surface interne 32’ uniquement en contact avec le liner 7’ et une surface externe 31’ uniquement en contact avec la structure de renforcement composite 9’.
Selon un troisième mode de réalisation du réservoir 3’’, représenté sur la , ce réservoir 3’’ se distingue du réservoir 3 selon le premier mode de réalisation décrit précédemment et du réservoir 3’ selon le deuxième mode de réalisation décrit précédemment en ce que le liner 7’’ comprend une rainure 35’’ configurée pour recevoir la bande chauffante 21’’. Ainsi, la bande chauffante 21’’ est enroulée autour du liner 7’’ dans la rainure 35’’. Selon une variante non représentée, la rainure 35’’ est également configurée pour recevoir les moyens de lissage et/ou les moyens de transfert thermique décrits précédemment. La bande chauffante 21’’ comprend donc une surface interne 32’’ uniquement en contact avec le liner 7’’ et une surface externe 31’’ uniquement en contact avec la structure de renforcement composite 9’’.
Selon un quatrième mode de réalisation du réservoir 3’’’, représenté sur la , ce réservoir 3’’’ se distingue du réservoir 3 selon le premier mode de réalisation décrit précédemment en ce que la surface interne 32’’’ de la bande chauffante 21’’’ est en partie en contact avec le liner 7’’’ et en autre partie avec une couche 10’’’, dite couche interne, de la structure de renforcement composite 9’’’ (qui comprend plusieurs couches de matériau composite) de sorte que la bande chauffante 21’’’ chevauche au moins en partie la couche interne 10’’’. Autrement dit, la bande chauffante 21’’’ est en partie prise en sandwich entre le liner 7’’’ et la structure de renforcement composite 9’’’ et en partie prise en sandwich entre des couches de matériau composite de la structure de renforcement composite 9’’’. La bande chauffante 21’’’ comprend donc une surface externe 31’’’ uniquement en contact avec la structure de renforcement composite 9’’’. De préférence, la couche interne 10’’’ est une couche de type cerceau.
Un exemple de procédé de fabrication d’un réservoir 3, 3’, 3’’, 3’’’ tel que défini précédemment est décrit ci-après. Un tel procédé de fabrication comporte, de préférence, les étapes successives suivantes :
  • étape a) fabriquer un liner 7, 7’, 7’’, 7’’’ à base de matériau plastique par moulage, par exemple par rotomoulage ou par soufflage ou extrusion-soufflage,
  • étape b) enrouler une bande chauffante 21, 21’, 21’’, 21’’’ sur le liner 7, 7’, 7’’, 7’’’, par exemple dans une rainure 35’’ du liner 7’’,
  • étape c) enrouler une structure de renforcement composite 9, 9’, 9’’, 9’’’ sur le liner 7, 7’, 7’’, 7’’’ et la bande chauffante 21, 21’, 21’’, 21’’’.
Dans les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, l’étape c) est réalisée simultanément à l’étape b) de sorte que la bande chauffante 21, 21’, 21’’ est enroulée conjointement avec la structure de renforcement composite 9, 9’, 9’’.
Dans le quatrième mode de réalisation, l’étape c) comprend une étape c’) d’enroulement d’une couche interne 10’’’ de matériau composite, l’étape c’) est réalisée simultanément à l’étape b) de sorte que la bande chauffante 21’’’ est enroulée conjointement avec la couche interne 10’’’ de matériau composite en chevauchant au moins en partie ladite couche interne 10’’’.
Un exemple de procédé de régulation thermique d’un réservoir 3, 3’, 3’’, 3’’’ du type précité est décrit ci-après. Un tel procédé de régulation thermique comporte les étapes suivantes :
  • mesurer la température du liner 7, 7’, 7’’, 7’’’, de préférence au moyen du capteur de température 25, disposé entre le liner 7, 7’, 7’’, 7’’’ et une surface externe 23, 23’, 23’’, 23’’’ de la structure de renforcement composite 9, 9’, 9’’, 9’’’, plus préférentiellement disposé directement sur le liner 7, 7’, 7’’, 7’’’,
  • alimenter en énergie électrique la bande chauffante 21, 21’, 21’’, 21’’’ lorsque la température mesurée à l’étape précédente est inférieure ou égale à la somme d’un seuil prédéterminé de température et d’une valeur de tolérance, la valeur de tolérance étant de préférence comprise entre 0°C et 5°C, plus préférentiellement égale à 5°C.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible de combiner les modes de réalisations entre eux.
Liste de références
1 : véhicule
3, 3’, 3’’, 3’’’ : réservoir
5 : pile à combustible
7, 7’, 7’’, 7’’’ : liner
9, 9’, 9’’, 9’’’ : structure de renforcement composite
10’’’ : couche interne
11 : dispositif de chauffage électrique
13 : portion centrale
15 : portion d’extrémité
19 : embout
21, 21’, 21’’, 21’’’ : bande chauffante
23, 23’, 23’’, 23’’’ : surface externe de la structure de renforcement composite
25 : capteur de température
27’ : moyens de lissage
29’ : surface externe des moyens de lissage
31, 31’, 31’’, 31’’’ : surface externe de la bande chauffante
32, 32’, 32’’, 32’’’ : surface interne de la bande chauffante
33’ : moyens de transfert thermique
35’’ : rainure
X : axe longitudinal du réservoir.

Claims (14)

  1. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) de gaz sous pression pour véhicule (1), comprenant :
    - un liner (7, 7’, 7’’, 7’’’) à base de matériau plastique,
    - une structure de renforcement composite (9, 9’, 9’’, 9’’’) enroulée autour du liner (7, 7’, 7’’, 7’’’),
    - un dispositif de chauffage électrique (11) configuré pour maintenir le liner (7, 7’, 7’’) a une température supérieure à un seuil prédéterminé,
    caractérisé en ce que le dispositif de chauffage électrique (11) comporte une bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) disposée entre le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’) et une surface externe (23, 23’, 23’’, 23’’’) de la structure de renforcement composite (9, 9’, 9’’, 9’’’) et comprenant une surface interne (32, 32’, 32’’, 32’’’) au moins partiellement en contact avec le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’) et une surface externe (31, 31’, 31’’, 31’’’) en contact avec la structure de renforcement composite (9, 9’, 9’’, 9’’’).
  2. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon la revendication 1, dans lequel la surface interne (32, 32’, 32’’, 32’’’) de la bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) est uniquement en contact avec le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’).
  3. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) est une thermistance à coefficient de température positif CTP.
  4. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel la bande chauffante (21, 21’, 21’’) est un dispositif de chauffage par induction électromagnétique.
  5. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un capteur de température (25) disposé entre le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’) et une surface externe (23, 23’, 23’’, 23’’’) de la structure de renforcement composite (9, 9’, 9’’, 9’’’), et de préférence disposé directement sur le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’).
  6. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) s’étend avec un angle compris entre 85° et 90° par rapport à un axe longitudinal X du réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’).
  7. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) est formée en hélice autour du liner (7, 7’, 7’’, 7’’’).
  8. Réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) est enroulée directement sur le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’).
  9. Réservoir (3’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liner (7’’) comprend une rainure (35’’) configurée pour recevoir la bande chauffante (21’’).
  10. Véhicule (1) comprenant un réservoir (3, 3’, 3’’, 3’’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  11. Procédé de fabrication d’un réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comportant les étapes successives suivantes :
    a) fabriquer un liner (7, 7’, 7’’, 7’’’) à base de matériau plastique par moulage,
    b) enrouler une bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) sur le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’),
    c) enrouler une structure de renforcement composite (9, 9’, 9’’, 9’’’) sur le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’) et la bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’).
  12. Procédé de fabrication d’un réservoir selon la revendication précédente, dans lequel l’étape c) est réalisée simultanément à l’étape b) de sorte que la bande chauffante (21, 21’, 21’’) est enroulée conjointement avec la structure de renforcement composite (9, 9’, 9’’).
  13. Procédé de fabrication d’un réservoir selon la revendication 11, dans lequel l’étape c) comprend une étape c’) d’enroulement d’une couche interne (10’’’) de matériau composite, et dans lequel l’étape c’) est réalisée simultanément à l’étape b) de sorte que la bande chauffante (21’’’) est enroulée conjointement avec la couche interne (10’’’) de matériau composite en chevauchant au moins en partie ladite couche interne (10’’’).
  14. Procédé de régulation thermique d’un réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comportant les étapes suivantes :
    - mesurer la température du liner (7, 7’, 7’’, 7’’’), de préférence au moyen d’un capteur de température (25) disposé entre le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’) et une surface externe (23, 23’, 23’’, 23’’’) de la structure de renforcement composite (9, 9’, 9’’, 9’’’), plus préférentiellement disposé directement sur le liner (7, 7’, 7’’, 7’’’),
    - alimenter en énergie électrique la bande chauffante (21, 21’, 21’’, 21’’’) lorsque la température mesurée à l’étape précédente est inférieure ou égale à la somme d’un seuil prédéterminé de température et d’une valeur de tolérance, la valeur de tolérance étant de préférence comprise entre 0°C et 5°C, plus préférentiellement égale à 5°C.
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