EP0980492A1 - Reservoir pour carburant gazeux a pression elevee, et procede de fabrication de reservoir - Google Patents

Reservoir pour carburant gazeux a pression elevee, et procede de fabrication de reservoir

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EP0980492A1
EP0980492A1 EP98924418A EP98924418A EP0980492A1 EP 0980492 A1 EP0980492 A1 EP 0980492A1 EP 98924418 A EP98924418 A EP 98924418A EP 98924418 A EP98924418 A EP 98924418A EP 0980492 A1 EP0980492 A1 EP 0980492A1
Authority
EP
European Patent Office
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core
internal container
shell
tank
honeycomb
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98924418A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Angelo Toma
Bernard Auche
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Lynx Automobiles International SA
Original Assignee
Lynx Automobiles International SA
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Publication date
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    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
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    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0178—Cars

Definitions

  • the present invention relates to a fuel tank intended to contain a fuel at high pressure, such as liquefied petroleum gas and natural gas for vehicles, as well as to a method for manufacturing such a tank.
  • Profiled aircraft fuel tanks are already known from document US-A-5,042,751. These tanks have a sandwich structure comprising parts of a honeycomb core layer, between two inner and outer layers. .
  • the structure always includes a layer intended to absorb the forces and which may consist in part of one of the layers of the sandwich structure.
  • the honeycomb core is placed inside this casing layer in the parts which work in compression and on the outside in the parts which work in tension.
  • the construction of a reservoir of determined shape therefore includes an analysis phase for determining the regions which work in compression and those which work in tension. After this analysis, the reservoir can be produced by forming a partial honeycomb structure inside in the parts which work in compression and on the outside in the parts which work in tension.
  • the core layer is discontinuous and comprises at least an internal part and an external part.
  • the invention relates to a tank for high pressure fuel, such as liquefied petroleum gas or natural gas for vehicles, the configuration of which can be adapted to the space available in a vehicle, and which does not require any force analysis. which must apply to the tank since the whole of a honeycomb layer is formed outside of the internal layer which is in contact with the fuel.
  • high pressure fuel such as liquefied petroleum gas or natural gas for vehicles
  • the invention thus relates to a tank for fuel at high pressure, such as liquefied petroleum gas or natural gas for vehicles, the pressure of which is much higher than atmospheric pressure;
  • the reservoir comprises an airtight internal container which is not sufficiently resistant to the high pressure of the fuel so as not to deform, and a support shell placed entirely outside the internal container, surrounding the largest part of the external surface of the internal container and placed in contact with this surface, the shell comprising a honeycomb core, the two large faces of which are fixed to two adjacent sheet-shaped members.
  • the material of the honeycomb core is chosen from aluminum and light alloys, aramid resins, polyethylene terephthalate, polyetheretherketones, composite materials made of plastics and fibers, and cardboard.
  • the reinforcing fibers can be of any type commonly used for reinforcing structures of plastic materials, and of any texture, and they are in particular carbon or even glass fibers.
  • the configuration of the cells of the honeycomb core is advantageously chosen from the hexagonal, rectangular and triangular configurations.
  • the honeycomb core has different thicknesses at at least two different locations in the shell. According to another advantageous characteristic, the honeycomb core is formed from different materials at at least two different locations of the support shell.
  • one of the sheet-shaped members to which a face of the core is fixed constitutes a wall of the internal container.
  • the internal container carries at least one accessory which is hermetically attached to it, and the shell has a discontinuity at the location of the accessory.
  • the accessory is chosen, for example, from a fuel gauge, a filling orifice plug, an adsorbent filling orifice, a safety valve, a fuel outlet pipe, a fuel return pipe, a fuel introduction conduit and any combination of such elements.
  • the internal container has a reinforced part
  • the shell has a discontinuity at the location of the reinforced part
  • the reservoir also comprises an external protective coating applied to the sheet-shaped member of the support shell which is opposite to the side of the internal container.
  • the support shell is produced in the form of two half-shells.
  • the tank In the case of natural gas for vehicles, it is advantageous for the tank to contain an adsorbent intended to retain natural gas, such as activated carbon or a zeolite.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a reservoir according to the preceding paragraphs, which comprises the manufacture of an internal container in the desired configuration, the production of a support shell in the configuration of the internal container, by laying and shaping of a honeycomb core between two surfaces with interposition of a bonding material between the core and the two surfaces, and by hardening of the bonding material.
  • the shaping is carried out using an internal mold and an external mold, the core being placed between two sheet-shaped members.
  • the shaping is carried out between an external mold and the internal container, the core being placed between two sheet-shaped members.
  • the shaping is carried out using an external mold and the internal container, and the core is placed between a sheet-shaped member and the internal container.
  • the curing of the bonding material is carried out by heating.
  • the manufacture of the support shell comprises the separate manufacture of two half-shells, then their association with an internal container.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of a high pressure fuel tank according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of the tank of Figure 1, in inverted form
  • Figure 3 is a partial section of part of the tank, indicated by the section line 3—3 in Figure 2
  • FIG. 4 schematically represents the structure of a tank wall according to the invention
  • Figure 5 shows a detail of the tank of Figure 1, along the section line 5—5
  • Figure 6 shows a detail of the tank of Figure 1, along the section line 6—6 of Figure 6
  • FIG. 7 is a partial section illustrating the manufacture of part of the reservoir of FIGS. 1 and 2.
  • liquid fuel tank consisting of liquefied petroleum gas
  • a motor vehicle comprising an internal combustion engine, for example an injection engine.
  • the reservoir is described with reference to Figures 1 to 7.
  • the tank according to the invention has an "arbitrary" shape, that is to say which can be adapted to a space specially provided for this purpose in an automobile.
  • a high pressure fuel tank can be made with the same external configuration as a gas tank made for an automobile of the same model.
  • This characteristic is very important because, up to now, given the high pressure which such a tank can reach (operating pressure reaching 100 bar and even 200 bar under certain conditions), spherical or cylindrical tanks have been used; in fact, these configurations are best suited to the collection of pressures.
  • these tanks were made of composite materials with a plastic binder reinforced with fibers, wound or not, or of glass cloth or other materials, in spherical or cylindrical form.
  • the reservoir can have any shape, and the one shown in FIGS. 1 and 2 has essentially a parallelepiped shape having a cut corner and a recess in an arc delimiting a tunnel for the passage of a pipe. exhaust which can reach a high temperature.
  • Figure 4 which is a very schematic view of part of the wall of the tank of Figures 1 and 2, shows an internal container 10 whose role is to be hermetic to the fuel contained, but which is not intended to absorb high pressure.
  • the internal container can be formed from sheet metal a few tenths of a millimeter thick or from an aluminum alloy sheet 1.5 to 3 mm thick.
  • this honeycomb structure comprises a core 14 placed between two members 16, 18 which are integral with the core 14.
  • the core 14 can be formed of a metallic material, advantageously of aluminum or of light alloy, but also of any resistant resin, for example of aramid resin, of polyethylene terephthalate. , polyetheretherketone, etc. ; however, the core material can also be a composite material, a plastic reinforced with fibers, or even cardboard, preferably impregnated with a resin, for example phenolic.
  • the nature of the core material is therefore not important insofar as this material has the necessary mechanical resistance when it is incorporated into the support shell and where it gives the flexibility necessary to obtain the desired shape during of shell construction.
  • the sheets forming the external members 16, 18 which are secured to the core 14 can be formed from any material known for honeycomb structures, for example. example of metallic sheets, in particular aluminum or light alloy, plastic sheets, etc.
  • a condition which the material of the core 14 and the material of the sheets 16, 18 must fulfill is that they can be fixed together by a bonding material so that the structure obtained has the advantageous mechanical properties well known of nest structures. bees.
  • these adhesives depend on the nature of the material of the core and that of the material of the sheets 16, 18, and on the conditions of attachment of the sheets to the core. Mention may be made of phenolic, epoxy and bis-maleimide adhesives by way of non-limiting examples.
  • the bonding material there are a very large number of them and it is convenient for the bonding material to be in the form of a film applied to the surface of the core or of a sheet when placed in cooperation. Hardening of the bonding material, for example by heating or by any other process causing hardening, polymerization or drying, secures the core material and sheet-like members.
  • the core material can be fixed directly to the internal container 10, without interposition of the sheet-shaped member 18.
  • the support shell surrounding the internal container does not necessarily cover the entire internal container in a sealed manner. Indeed, as indicated in Figures 3 and 5, the shell may have discontinuities at already reinforced locations of the internal container.
  • the internal container 10 is closed by welding two lips 20 which are practically perpendicular to the surface of the container 10. Consequently, at the level of these welded lips, the container is already reinforced and has a high mechanical resistance.
  • the shell 12 can therefore be interrupted at this welded connection.
  • This provision is also indicated on the FIGS. 1 and 2 in which the shell is actually formed of two half-shells placed on either side of a continuous welded joint formed by the lips 20.
  • FIG. 5 represents another example of discontinuity of the shell 12 of the reservoir.
  • the internal container 10 comprises a sleeve 22, having a flange applied against the internal face of the container 10 and held by an external flange 24 tightened on the sleeve.
  • This flange sleeve 22 can for example form an opening for the introduction of an adsorbent. It can also form a nozzle for the connection of an accessory, such as a fuel filling tube, an adsorbent introduction tube, a valve or a gauge.
  • the structure of the internal container 10 is sufficiently reinforced for the presence of the shell to be superfluous. Consequently, the shell is largely hollowed out and allows free access to this location of the internal container.
  • the reservoir contains an adsorbent because, for the same quantity of natural gas present, the pressure is much lower.
  • the pressure in the tank is approximately 15 bar in the presence of activated carbon, while in the absence of the latter, the pressure would be approximately 200 bar.
  • activated carbon preferably having a specific surface of at least 1000 m 2 / g, and advantageously from 2000 to 3000 m 2 / g.
  • zeolites for example of type A, known for the storage of methane which can penetrate into the cages formed by the material.
  • FIGS. 1 and 2 It has been indicated in FIGS. 1 and 2 that the reservoir has a tunnel-shaped recess intended for the passage of a pipe or of an exhaust pipe.
  • a pipe or an exhaust pipe has a relatively high temperature when the vehicle is running, and the tank should therefore be protected as much as possible. against heat.
  • Figure 6 shows an embodiment used at this part of the tank.
  • the internal container 10 is covered with the shell which comprises, as indicated in FIG. 4, a honeycomb core 10, of determined thickness, and organs in the form of sheets 16 and 18, for example of aluminum alloy.
  • the core 14 is for example an aluminum honeycomb.
  • the thermal insulation properties are obtained on the one hand thanks to the insulating properties of the honeycomb material, and on the other hand, optionally, by incorporating a layer of a reflective material, for example a "skin" exterior that reflects at least 80% of infrared radiation.
  • a layer of a reflective material for example a "skin" exterior that reflects at least 80% of infrared radiation.
  • the sheet-shaped members 16 and 18 extend following the configuration of the internal container, but are separated by another core 14 '.
  • the core 14 has a thickness different from that of the core 14.
  • the core 14 may have a thickness close to 13 mm and the core 14 'a neighboring thickness 25 mm.
  • the core when it is to be placed in an area which can be relatively heated, is formed from a heat-resistant material, for example a heat-resistant plastic, such as a polyetheretherketone, or the material known under the trademark "Nomex".
  • a heat-resistant material for example a heat-resistant plastic, such as a polyetheretherketone, or the material known under the trademark "Nomex”.
  • Figure 7 shows how the shell can be shaped on a sharp edge.
  • the internal container 10 has a clean corner and the shell wraps around the internal container, after cutting a part of the internal sheet-shaped member 18, the honeycomb core is folding in on itself around the corner.
  • FIG. 1 shows a certain number of accessories associated with the tank when it is intended for liquefied petroleum gas.
  • a filling tube 22 a flange 24 carrying a fuel pump, with a check valve and an outlet tube and optionally a return tube, a flange 26 having a fuel return tube, a flange 28 carrying a safety valve, for example calibrated at 25 bar, etc.
  • the accessories which are generally essential are a fuel gauge, a filling tube, provided with a filling gauge (limiting the total volume of filling of the tank by the liquid, for example to 80%), a safety valve, a fuel outlet, possibly a fuel return, which can be separated or grouped in any desired manner.
  • a fuel filling tube 22 In the case of a natural gas tank for a vehicle, it is possible to use a fuel filling tube 22, a cover 24 of an orifice for introducing an adsorbent, a flange 26, another flange 28 bearing a safety valve, for example calibrated at 200 bar, etc.
  • the accessories which are generally essential in the case of an automobile consuming natural gas are a fuel gauge, a fuel filling tube, a safety valve, a fuel outlet, and possibly an inlet for d adsorbent, which can be separated or grouped in any desired manner. In the example shown in Figure 1, all the accessories are grouped on the upper face. However, this feature is not necessary because, as indicated above, these accessories can be placed in any convenient place.
  • manufacture of the internal container has been described by welding lips applied against one another, the manufacture of the internal container is in no way limited by this example. In fact, any manufacturing process is suitable as long as the internal container retains the fuel under pressure in a hermetic manner.
  • the invention also relates to the method of manufacturing such a tank.
  • the tank includes the internal container and the support shell which is fully placed outside the internal container.
  • the shell is delimited, inside, by the internal container in contact with which it is placed. Outside, it is delimited by a surface corresponding to the external configuration of the internal container, taking into account the thickness of the shell which can be variable, as indicated previously.
  • a mold is produced with the configuration of the external surface of each half-shell.
  • a sheet intended to form the external member 16 of the shell is applied to this external mold.
  • the honeycomb core 14 is applied to this sheet.
  • the core 14 is very flexible. It does not have to be in one piece. Indeed, several pieces of core can be juxtaposed, preferably with nesting of the edges.
  • it is not necessary that the core is formed of the same material, nor that it has the same thickness.
  • the inner container or a mold having the same shape as the inner container is applied so that pressure can be exerted on the two outer faces of the shell.
  • the shell then undergoes a hardening of the adhesive sheets, preferably by passage through an oven, advantageously with conservation of the pressure applied by the external mold and the internal container or the mold having the shape thereof.
  • the shell After cooling, the shell, if it is not already secured to the internal container, can be fixed thereon in any convenient manner. It is for example possible to produce the two half-shells on both sides of the internal container, or on the contrary to produce the half-shells separately and then to fix them to the internal container. The fixing can be carried out by any chemical, mechanical, etc. means. known.
  • a protective material Numerous protective materials are known, ranging from a simple spraying of tar-based material, commonly applied at the bottom of car bodies, to materials with high technological properties, for example an aramid resin having a high impact resistance.
  • the reservoir according to the invention therefore comprises a support shell for an internal container which surrounds the major part of this internal container, but not necessarily all of it. It does not have to be waterproof, so it can have discontinuities, as described above. Fuel tightness is achieved using the internal container.
  • a tank was made having an internal container whose capacity was 90 1. This tank had a rectangular shape and its greatest thickness was 22 cm. The tank had inside a partition pierced with openings, towards its middle part. It was made of 1.5 mm thick aluminum foil.
  • a similar tank for natural gas for vehicles was formed from aluminum foil 3 mm thick.
  • the shell was formed from a honeycomb core with hexagonal cells having a thickness of 12.7 mm over almost its entire surface, the thickness being 25 mm at each of the two ends intended to be turned towards the front and rear of a motor vehicle.
  • the two sheet-like members of the honeycomb structure were 0.3mm thick aluminum alloy sheets.
  • the core was glued to the aluminum sheets by "Redux" 609 glue films from Ciba Geigy.
  • the thickness of the sheets was 0.5 mm.
  • Another honeycomb core material which is suitable for the production of reservoirs according to the invention is the "Flex-Core" material from Hexcel Composites which is particularly advantageous since it adapts bi-monthly to the shape of the tank, thanks to the particular shape of the partitions of its honeycomb structure.
  • the internal sheet-shaped members, the honeycomb core and the external sheet-shaped members were applied successively to the internal container, each time interposing a sheet of glue.
  • the assembly was then placed in a neoprene-based rubber bladder, intended for use at temperatures up to 300 ° C. (available for example from Hutchinson), and which was evacuated so that the elements of the shell are tightly applied against the inner container.
  • the whole was then kept at a temperature of 120 ° C. for one hour so that the adhesive hardened.
  • a protective coating of high impact aramid resin was then formed outside the tank.
  • the tank made with a sheet thickness of 1.5 mm was subjected to pressure tests. It withstood a pressure of 120 bar, well above the legal test pressure of 90 bar. By the standards of most countries, the pressure in liquefied petroleum gas tanks is limited to 25 bar by a safety valve.
  • the tank made with a sheet thickness of 3 mm was subjected to pressure tests. It withstood a pressure of 200 bar.
  • the pressure in natural gas tanks for vehicles is limited to 200 bar by a safety valve.
  • a tank according to the invention can be used easily in motor vehicles with a good margin of safety.
  • a tank the internal container of which is partitioned into watertight compartments.
  • One compartment is used to hold liquefied petroleum gas or other high pressure liquid fuel, and the other compartment is intended to contain gasoline or diesel fuel.
  • Each compartment is fitted with the corresponding accessories.
  • Such a tank allows the production of motor vehicles having circuits power supply that can function indifferently with two fuels.
  • the invention therefore allows the realization of a tank adapted to one location and one equipment used. For example, it allows the arrangement of different accessories in the most convenient locations.
  • the invention also applies to cylindrical or spherical tanks intended to contain natural gas for vehicles at a high pressure, for example of 200 bar, since the honeycomb structure also has the aforementioned advantageous properties of mechanical resistance and thermal protection.
  • the invention has only been described and shown as a preferential example and that any technical equivalence may be made in its constituent elements without going beyond its ambit.
  • the support shell is formed of two half-shells, it may comprise a single element or any number of elements, essentially depending on the shape desired for the tank, always placed outside the inner container.

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Abstract

L'invention concerne un réservoir de carburant sous pression. Elle se rapporte à un réservoir pour carburant à une pression très supérieure à la pression atmosphérique. Il comprend un récipient interne étanche (10) qui n'est pas suffisamment résistant à la pression élevée du carburant pour ne pas se déformer, et une coquille (12) de support placée entièrement à l'extérieur du récipient interne, entourant la plus grande partie de la surface externe du récipient interne (10) et placée au contact de cette surface, la coquille (12) comprenant une âme (14) en nid d'abeilles dont les deux grandes faces sont fixées à deux organes adjacents (16, 18) en forme de feuille. Application aux automobiles consommant du gaz de pétrole liquéfié ou du gaz naturel pour véhicule.

Description

Réservoir pour carburant gazeux à pression élevée, et procédé de fabrication de réservoir.
La présente invention concerne un réservoir de carburant destiné à contenir un carburant à une pression élevée, tel que le gaz de pétrole liquéfié et le gaz naturel pour véhicule, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel réservoir.
Dans de nombreux pays , les pouvoirs publics cherchent à développer l'utilisation de carburants liquides moins polluants que l'essence et le carburant diesel, et notamment de carburants constitués de produits gazeux liquéfiés, tels que le gaz de pétrole liquéfié, le gaz naturel pour véhicule, etc. La composition de ces carburants peut varier non seulement avec la source de carburant, mais aussi avec la région géographique d'utilisation.
Les constructeurs d'automobiles ont déjà essayé de construire des véhicules consommant du gaz de pétrole liquéfié en utilisant au maximum la technologie bien connue utilisée pour les carburants liquides à la pression atmosphérique, c'est-à-dire essentiellement l'essence et le carburant diesel. Cependant, la mise en oeuvre d'un tel carburant avec les réservoirs habituellement utilisés, c'est-à-dire des réservoirs de forme sphérique ou cylindrique destinés à supporter les pressions élevées qui peuvent exister dans ces réservoirs, ne permet pas de tirer avantage d'une telle technologie. Par ailleurs, compte tenu de la pression très élevée du gaz naturel pour véhicule (100 à 200 .bar en l'absence d'adsorbant et autour de 15 bar avec un adsorbant) , les réservoirs habituellement utilisés ont aussi une forme sphérique ou cylindrique pour pouvoir supporter ces pressions élevées .
Les formes sphériques ou cylindriques de ces réservoirs sont peu commodes sur les véhicules automobiles , car les réservoirs occupent un espace important.
On connaît déjà des réservoirs profilés de carburant pour aéronef, d'après le document US—A—5 042 751. Ces réservoirs comportent une structure sandwich comprenant des parties de couche d'âme en nid d'abeilles, entre deux couches interne et externe. La structure comporte toujours une couche destinée à encaisser les efforts et qui peut être constituée en partie de l'une des couches de la structure sandwich. Selon ce document, l'âme en nid d'abeilles est placée à l'intérieur de cette couche d'encaissement dans les parties qui travaillent en compression et à 1 ' extérieur dans les parties qui travaillent en tension. La construction d'un réservoir de forme déterminée comprend donc une phase d'analyse pour la détermination des régions qui travaillent en compression et de celles qui travaillent en tension. Après cette analyse, le réservoir peur être réalisé par formation d'une structure partielle en nid d'abeilles à l'intérieur dans les parties qui travaillent en compression et à 1 ' extérieur dans les parties qui travaillent en tension. La couche d'âme est discontinue et comprend au moins une partie interne et une partie externe .
L ' invention concerne un réservoir pour carburant à pression élevée, tel que le gaz de pétrole liquéfié ou le gaz naturel pour véhicule , dont la con iguration peut être adaptée à l'espace disponible dans un véhicule, et qui ne nécessite aucune analyse des forces qui doivent s'appliquer au réservoir puisque l'ensemble d'une couche en nid d'abeilles est formé à l'extérieur de la couche interne qui est au contact du carburant.
L'invention concerne ainsi un réservoir pour carburant à pression élevée, tel que le gaz de pétrole liquéfié ou le gaz naturel pour véhicule, dont la pression est très supérieure à la pression atmosphérique ; selon l'invention, le réservoir comprend un récipient interne hermétique qui n'est pas suffisamment résistant à la pression élevée du carburant pour ne pas se déformer, et une coquille de support placée entièrement à 1 ' extérieur du récipient interne , entourant la plus grande partie de la surface externe du récipient interne et placée au contact de cette surface, la coquille comprenant une âme en nid d'abeilles dont les deux grandes faces sont fixées à deux organes adjacents en forme de feuille.
De préférence, le matériau de l'âme en nid d'abeilles est choisi parmi l'aluminium et les alliages légers, les résines aramides , le téréphtalate de polyéthylène , les poly- étheréthercétones , les matériaux composites formés de matières plastiques et de fibres, et le carton. Les fibres d'armature peuvent être de tout type couramment utilisé pour l'armature des structures de matières plastiques, et de toute texture , et ce sont notamment des fibres de carbone ou même de verre .
La configuration des cellules de 1 ' âme en nid d'abeilles est avantageusement choisie parmi les configura- tions hexagonales, rectangulaires et triangulaires.
Selon une caractéristique avantageuse, l'âme en nid d'abeilles a des épaisseurs différentes à au moins deux emplacements différents de la coquille . Selon une autre caractéristique avantageuse, l'âme en nid d'abeilles est formée de matériaux différents à au moins deux emplacements différents de la coquille de support.
Dans une variante de réalisation, l'un des organes en forme de feuille auxquels est fixée une face de l'âme constitue une paroi du récipient interne . De préférence, le récipient interne porte au moins un accessoire qui lui est fixé de manière hermétique, et la coquille présente un discontinuité à 1 ' emplacement de l'accessoire. L'accessoire est choisi par exemple parmi une jauge manométrique de carburant, un bouchon d'orifice de remplissage, un orifice de remplissage d'adsorbant, une soupape de sûreté, un conduit de sortie de carburant, un conduit de retour de carburant, un conduit d'introduction de carburant et toute combinaison de tels éléments .
Dans une variante de réalisation, le récipient interne a une partie renforcée, et la coquille présente une discontinuité à 1 ' emplacement de la partie renforcée .
Selon une caractéristique très avantageuse, le réservoir comporte en outre un revêtement protecteur externe appliqué à 1 ' organe en forme de feuille de la coquille de support qui est opposé au côté du récipient interne.
Dans un exemple de réalisation, la coquille de support est réalisée sous forme de deux demi-coquilles. Dans le cas du gaz naturel pour véhicule, il est avantageux que le réservoir contienne un adsorbant destiné à retenir le gaz naturel, tel que du charbon actif ou une zéolite. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un réservoir selon les paragraphes précédents, qui comprend la fabrication d'un récipient interne à la configuration voulue, la fabrication d'une coquille de support à la configuration du récipient interne, par pose et mise en forme d'une âme en nid d'abeilles entre deux surfaces avec interposition d'une matière de collage entre l'âme et les deux surfaces , et par durcissement du matériau de collage .
Dans un premier exemple de réalisation, la mise en forme est réalisée à l'aide d'un moule interne et d'un moule externe, l'âme étant placée entre deux organes en forme de feuille .
Dans un second exemple de réalisation, la mise en forme est réalisée entre un moule externe et le récipient interne, 1 ' âme étant placée entre deux organes en forme de feuille . Dans un troisième exemple de réalisation, la mise en forme est réalisée à l'aide d'un moule externe et du récipient interne, et l'âme est placée entre un organe en forme de feuille et le récipient interne .
De préférence, le durcissement du matériau de collage est réalisé par chauf age.
Il est avantageux que la mise en forme et le durcissement soient réalisés avec application d'une pression sur toute la surface de la coquille de support .
Dans un mode d' exécution avantageux , la fabrication de la coquille de support comprend la fabrication séparée de deux demi-coquilles, puis leur association à un récipient interne .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réservoir de carburant sous pression élevée selon l'invention ; la figure 2 est une vue en perspective du réservoir de la figure 1 , sous forme retournée ; la figure 3 est une coupe partielle d'une partie du réservoir, indiquée par le trait de coupe 3—3 de la figure 2 ; la figure 4 représente schématiquement la structure d'une paroi de réservoir selon l'invention ; la figure 5 représente un détail du réservoir de la figure 1 , suivant la ligne de coupe 5—5 ; la figure 6 représente un détail du réservoir de la figure 1 , suivant la ligne de coupe 6—6 de la figure 6 ; et la figure 7 est une coupe partielle illustrant la fabrication d'une partie du réservoir des figures 1 et 2.
On décrit d'abord l'invention en référence à un mode de réalisation particulier de réservoir de carburant liquide constitué de gaz de pétrole liquéfié, destiné à une auto- mobile comprenant un moteur à combustion interne, par exemple à injection. On décrit le réservoir en référence aux figures 1 à 7.
On note sur les figures 1 et 2 que le réservoir selon l'invention a une forme "quelconque", c'est-à-dire qui peut être adaptée à un espace spécialement prévu à cet effet dans une automobile . Par exemple , un réservoir de carburant sous pression élevée peut être réalisé avec la même configuration externe qu'un réservoir à essence réalisé pour une automobile du même modèle . Cette caractéristique est très importante car, jusqu'à présent, étant donné la pression élevée que peut atteindre un tel réservoir (pression de service atteignant 100 bar et même 200 bar dans certaines conditions) , on a utilisé des réservoirs sphériques ou cylindriques ; en effet, ces configurations se prêtent le mieux à 1 ' encaissement des pressions. Par exemple, on a réalisé ces réservoirs en matériaux composites à liant de matière plastique armée de fibres, enroulées ou non, ou de tissu de verre ou d'autres matériaux , sous forme sphérique ou cylindrique .
Selon 1 ' invention , le réservoir peut avoir une forme quelconque, et celui qui est représenté sur les figures 1 et 2 a essentiellement une forme parallélépipèdique ayant un coin coupé et un évidement en arc de cercle délimitant un tunnel pour le passage d'un tuyau d'échappement qui peut atteindre une température élevée .
La figure 4, qui est une vue très schématique d'une partie de la paroi du réservoir des figures 1 et 2, représente un récipient interne 10 dont le rôle est d'être hermétique au carburant contenu, mais qui n'est pas destiné à encaisser une pression élevée. Par exemple, le récipient interne peut être formé de tôle de quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur ou d'une feuille d'alliage d'aluminium de 1,5 à 3 mm d'épaisseur.
A l'extérieur du récipient 10, une coquille 12 de support est réalisée avec une structure en nid d'abeilles. Sur la figure 4, cette structure en nid d'abeilles comporte une âme 14 placée entre deux organes 16, 18 qui sont solidaires de l'âme 14.
Dans l'exemple représenté sur la figure 4, l'âme 14 peut être formée d'un matériau métallique, avantageusement d'aluminium ou d'alliage léger, mais aussi de toute résine résistante, par exemple de résine aramide, de téréphtalate de polyéthylène , de polyétheréthercétone , etc . ; cependant , le matériau de l'âme peut aussi être un matériau composite, une matière plastique armée de fibres, ou même du carton, de préférence imprégné d'une résine, par exemple phenolique. La nature du matériau d'âme n'est donc pas importante dans la mesure où ce matériau a la résistance mécanique nécessaire lorsqu'il est incorporé à la coquille de support et où il donne la souplesse nécessaire à l'obtention de la forme voulue lors de la construction de la coquille. Les feuilles formant les organes extérieurs 16, 18 qui sont solidarisées à l'âme 14 peuvent être formées de tout matériau connu pour les structures en nid d'abeilles, par exemple de feuilles métalliques, notamment d'aluminium ou d'alliage léger, de feuilles de matière plastique, etc.
Une condition que doivent remplir le matériau de 1 ' âme 14 et le matériau des feuilles 16, 18 est qu'ils puissent être fixés mutuellement par un matériau de collage pour que la structure obtenue possède les propriétés mécaniques avantageuses bien connues des structures à nid d'abeilles. Il existe de très nombreuses colles permettant la fixation de l'âme 14 aux feuilles 16, 18. Bien entendu, ces colles dépendent de la nature du matériau de l'âme et de celle du matériau des feuilles 16, 18, et des conditions de fixation des feuilles à 1 ' âme . On peut citer les colles phénoliques , époxydes et de bis-maléimide à titre d'exemples non limitatifs. Il en existe un très grand nombre et il est commode que le matériau de collage soit sous forme d'un film appliqué à la surface de l'âme ou d'une feuille lors de la mise en coopération. Un durcissement du matériau de collage, par exemple par chauffage ou par tout autre procédé provoquant un durcissement, une polymérisation ou un séchage, assure la fixation du matériau d'âme et des organes en forme de feuille.
Dans une variante , lorsque le procédé de fabrication choisi pour le réservoir s'y prête, le matériau d'âme peut être fixé directement au récipient interne 10 , sans inter- position de l'organe en forme de feuille 18.
Selon une caractéristique de l'invention, la coquille de support entourant le récipient interne ne recouvre pas obligatoirement de manière étanche la totalité du récipient interne. En effet, comme l'indiquent les figures 3 et 5, la coquille peut présenter des discontinuités au niveau d'emplacements déjà renforcés du récipient interne.
Dans l'exemple de la figure 3, le récipient interne 10 est fermé par soudage de deux lèvres 20 qui sont pratiquement perpendiculaires à la surface du récipient 10. En conséquence, au niveau de ces lèvres soudées, le récipient est déjà renforcé et a une résistance mécanique élevée. La coquille 12 peut donc être interrompue au niveau de ce raccord soudé. Cette disposition est aussi indiquée sur les figures 1 et 2 sur lesquelles la coquille est formée en réalité de deux demi-coquilles placées de part et d'autre d'un joint soudé continu formé par les lèvres 20.
La figure 5 représente un autre exemple de discon- tinuité de la coquille 12 du réservoir . Le récipient interne 10 comporte un manchon 22, ayant une bride appliquée contre la face interne du récipient 10 et tenue par une bride externe 24 serrée sur le manchon. Ce manchon à bride 22 peut par exemple former une ouverture d'introduction d'un adsor- bant. Il peut aussi former un embout pour le raccordement d'un accessoire, tel qu'un tube de remplissage de carburant, un tube d'introduction d'adsorbant, une soupape ou une jauge manométrique . Au niveau des brides, la structure du récipient interne 10 est suffisamment renforcée pour que la présence de la coquille soit superflue. En conséquence, la coquille est largement évidée et permet un accès libre à cet emplacement du récipient interne .
Dans un mode de réalisation particulier de réservoir destiné au gaz naturel pour véhicule, le réservoir contient un adsorbant car, pour une même quantité de gaz naturel présent, la pression est beaucoup plus faible. Ainsi, pour une même quantité de gaz naturel , dans certaines conditions , la pression dans le réservoir est de 15 bar environ en présence de charbon actif, alors qu'en l'absence de celui- ci, la pression serait de 200 bar environ.
On peut utiliser , comme adsorbant , du charbon actif ayant de préférence une surface spécifique d'au moins 1 000 m2/g, et avantageusement de 2 000 à 3 000 m2/g. On peut aussi utiliser des zéolites, par exemple de type A, connues pour le stockage du méthane qui peut pénétrer dans les cages formées par le matériau.
On a indiqué sur les figures 1 et 2 que le réservoir possédait un évidement en forme de tunnel destiné au passage d'un tuyau ou d'un pot d'échappement. Bien entendu, un tuyau ou un pot d'échappement a une température relativement élevée lors du fonctionnement du véhicule, et il convient donc que le réservoir soit autant que possible protégé contre la chaleur. A cet effet, la figure 6 indique une réalisation utilisée au niveau de cette partie du réservoir . Comme 1 ' indique la partie droite de la figure 6 , le récipient interne 10 est couvert de la coquille qui com- prend, comme indiqué sur la figure 4, une âme 10 en nid d'abeilles, d'épaisseur déterminée, et des organes en forme de feuille 16 et 18, par exemple d'alliage d'aluminium. L'âme 14 est par exemple un nid d'abeilles d'aluminium. Les propriétés d'isolation thermique sont obtenues d'une part grâce aux propriétés isolantes du matériau en nid d'abeilles, et d'autre part, éventuellement, par incorporation d'une couche d'un matériau réfléchissant, par exemple une "peau" extérieure qui réfléchit au moins 80 % du rayonnement infrarouge . Sur la partie gauche de la figure 6 , on note que les organes en forme de feuille 16 et 18 se prolongent en suivant la configuration du récipient interne, mais sont séparés par une autre âme 14 ' . Sur la figure 6 , on a indiqué que 1 ' âme 14 ' avait une épaisseur différente de celle de l'âme 14. Par exemple, l'âme 14 peut avoir une épaisseur voisine de 13 mm et l'âme 14' une épaisseur voisine de 25 mm.
De préférence , 1 ' âme , lorsqu ' elle doit être placée dans une zone qui peut être relativement chauffée, est formée d'un matériau résistant à la chaleur, par exemple une matière plastique résistant à la chaleur, telle qu'une polyetherethercetone , ou le matériau connu sous la marque de fabrique "Nomex" .
La fabrication des structures en nid d'abeilles adaptées à la configuration du récipient interne peut être très simple. Ainsi, la figure 7 indique comment la coquille peut être mise en forme sur une arête vive . Sur la figure 7 , le récipient interne 10 a un coin net et la coquille s'enveloppe autour du récipient interne, après coupe d'une partie de l'organe interne en forme de feuille 18, l'âme en nid d'abeilles se pliant sur elle-même autour du coin.
On a représenté , sur la figure 1 , un certain nombre d'accessoires associés au réservoir lorsqu'il est destiné au gaz de pétrole liquéfié . On a ainsi indiqué un tube de remplissage 22, une bride 24 portant une pompe de carburant, avec un clapet de retenue et un tube de sortie et éventuellement un tube de retour, une bride 26 ayant un tube de retour de carburant, une bride 28 portant une soupape de sûreté, par exemple tarée à 25 bar, etc. Les accessoires qui sont en général indispensables sont une jauge de carburant, un tube de remplissage, muni d'une jauge de remplissage (limitant le volume total de remplissage du réservoir par le liquide, par exemple à 80 %) , une soupape de sûreté, une sortie de carburant, éventuellement un retour de carburant, qui peuvent être séparés ou regroupés de toute manière voulue .
Dans le cas d'un réservoir de gaz naturel pour véhi- cule , on peut utiliser un tube 22 de remplissage de carburant, un couvercle 24 d'un orifice d'introduction d'un adsorbant, une bride 26, une autre bride 28 portant une soupape de sûreté, par exemple tarée à 200 bar, etc. Les accessoires qui sont en général indispensables dans le cas d'une automobile consommant du gaz naturel sont une jauge manométrique de carburant, un tube de remplissage de carburant, une soupape de sûreté, une sortie de carburant, et éventuellement un orifice d'introduction d' adsorbant, qui peuvent être séparés ou regroupés de toute manière voulue . Dans l'exemple représenté sur la figure 1, tous les accessoires sont regroupés à la face supérieure. Cependant, cette caractéristique n'est pas nécessaire car, comme on l'a indiqué précédemment, ces accessoires peuvent être placés à tout endroit commode . Bien qu'on ait décrit une fabrication du récipient interne par soudage de lèvres appliquées 1 ' une contre l'autre, la fabrication du récipient interne n'est nullement limitée par cet exemple. En fait, tout procédé de fabrication convient dans la mesure où le récipient interne retient le carburant sous pression de manière hermétique.
L'invention concerne aussi le procédé de fabrication d'un tel réservoir. On note que le réservoir comprend le récipient interne et la coquille de support qui est entièrement placée à 1 ' extérieur du récipient interne . La coquille est délimitée, à l'intérieur, par le récipient interne au contact duquel elle est placée. A l'extérieur, elle est délimitée par une surface correspondant à la configuration extérieure du récipient interne , compte tenu de l'épaisseur de la coquille qui peut être variable, comme indiqué précédemment.
Dans un exemple de procédé, un moule est réalisé avec la configuration de la surface extérieure de chaque demi- coquille . Une feuille destinée à former l'organe externe 16 de la coquille est appliquée sur ce moule externe. Ensuite, l'âme en nid d'abeilles 14 est appliquée sur cette feuille. Lorsqu'elle n'est pas fixée aux surfaces 16 et 18, l'âme 14 est très souple. Il n'est pas nécessaire qu'elle soit en une seule pièce. En effet, plusieurs morceaux d'âme peuvent être juxtaposés, de préférence avec imbrication des bords. En outre, il n'est pas nécessaire que l'âme soit formée d'un même matériau, ni qu'elle ait une même épaisseur. Une fois 1 ' âme maintenue en place par une feuille de colle placée sur la feuille externe 16 et avant la pose de l'âme, une autre feuille de colle est appliquée sur l'âme, et la feuille destinée à former l'organe interne 18 est appliquée sur l'âme. Ensuite, le récipient interne ou un moule ayant la même forme que le récipient interne est appliqué afin qu'une pression puisse être exercée aux deux faces externes de la coquille . La coquille subit alors un durcissement des feuilles de colle, de préférence par passage dans un four, avantageusement avec conservation de la pression appliquée par le moule externe et le récipient interne ou le moule ayant la forme de celui-ci.
Après refroidissement, la coquille, si elle n'est pas déjà solidarisée au récipient interne, peut être fixée sur celui-ci de toute manière commode. Il est par exemple possible de réaliser les deux demi-coquilles des deux côtés du récipient interne, ou au contraire de réaliser séparément les demi-coquilles puis de les fixer au récipient interne . La fixation peut être réalisée par tout moyen chimique, mécanique, etc. connu. Après la réalisation du réservoir sous forme du récipient interne et de la coquille, il est avantageux que la surface extérieure soit recouverte d'un matériau protecteur . On connaît de nombreux matériaux protecteurs, allant d'une simple pulvérisation de matière à base de goudron, couramment appliquée aux bas des caisses des automobiles , à des matériaux à propriétés technologiques élevées , par exemple une résine aramide ayant une grande résistance aux chocs.
Le réservoir selon 1 ' invention comprend donc une coquille de support d'un récipient interne qui entoure la majeure partie de ce récipient interne, mais pas obligatoirement sa totalité. Il n'est pas nécessaire qu'elle soit étanche, si bien qu'elle peut comporter des discontinuités, comme décrit précédemment. L'herméticité au carburant est obtenue à 1 ' aide du récipient interne .
Dans un exemple de réalisation, on a fabriqué un réservoir ayant un récipient interne dont la capacité était de 90 1. Ce réservoir avait une forme parallélépipèdique et sa plus grande épaisseur était de 22 cm. Le réservoir compor- tait à l'intérieur une cloison percée d'ouvertures, vers sa partie médiane. Il était formé d'une feuille d'aluminium de 1,5 mm d'épaisseur. Un réservoir analogue pour gaz naturel pour véhicule a été formé d'une feuille d'aluminium de 3 mm d' épaisseur . La coquille était formée d'une âme en nid d'abeilles à cellules hexagonales ayant une épaisseur de 12 , 7 mm sur la presque totalité de sa surface, l'épaisseur étant de 25 mm à chacune des deux extrémités destinées à être tournées vers l'avant et vers l'arrière d'un véhicule automobile. Les deux organes en forme de feuille de la structure en nid d'abeilles étaient des feuilles d'alliage d'aluminium de 0,3 mm d'épaisseur. L'âme était collée aux feuilles d'aluminium par des films de colle "Redux" 609 de Ciba Geigy. L'épaisseur des feuilles était de 0,5 mm. Un autre matériau d'âme en nid d'abeilles qui convient à la réalisation de réservoirs selon l'invention est le matériau "Flex-Core" de Hexcel Composites qui est particulièrement avantageux car il s ' adapte bimensionnellement à la forme dû réservoir , grâce à la forme particulière des cloisons de sa structure en nid d'abeilles.
Les organes internes en forme de feuille , 1 ' âme en nid d'abeilles et les organes externes en forme de feuille ont été appliqués successivement sur le récipient interne, avec interposition à chaque fois d'une feuille de colle. L'ensemble a alors été placé dans une vessie de caoutchouc à base de néoprène, destinée à être utilisée à des températures pouvant atteindre 300 °C (disponible par exemple auprès de Hutchinson) , et qui a été évacuée afin que les éléments de la coquille soient intimement appliqués contre le récipient interne . L ' ensemble a alors été maintenu à une température de 120 °C pendant une heure afin que la colle durcisse . Un revêtement protecteur de résine aramide de grande résistance aux chocs a alors été formé à l'extérieur du réservoir .
Le réservoir réalisé avec une épaisseur de feuille de 1,5 mm a été soumis à des essais de pression. Il a résisté à une pression de 120 bar, bien supérieure à la pression légale d'épreuve de 90 bar. D'après les normes de la plupart des pays , la pression dans les réservoirs de gaz de pétrole liquéfié est limitée à 25 bar par une soupape de sûreté. Le réservoir réalisé avec une épaisseur de feuille de 3 mm a été soumis à des essais de pression. Il a résisté à une pression de 200 bar. La pression dans les réservoirs gaz naturel pour véhicule est limitée à 200 bar par une soupape de sûreté .
Il est donc évident qu'un réservoir selon l'invention peut être utilisé facilement dans les véhicules automobiles avec une bonne marge de sécurité.
Il est aussi possible de réaliser un réservoir dont le récipient interne est cloisonné en compartiments étanches . L'un des compartiments est utilisé pour contenir du gaz de pétrole liquéfié ou tout autre carburant liquide à pression élevée, et l'autre compartiment est destiné à contenir de l'essence ou du carburant diesel. Chaque compartiment est muni des accessoires correspondants . Un tel réservoir permet la réalisation de véhicules automobiles ayant des circuits d'alimentation pouvant fonctionner indifféremment avec deux carburants .
L'invention permet donc la réalisation d'un réservoir de forme adaptée à 1 ' emplacement et à 1 ' équipement utilisé . Par exemple, il permet la disposition des différents accessoires aux emplacements les plus commodes. Cependant, l'invention s'applique aussi aux réservoirs de forme cylindrique ou sphérique destinés à contenir du gaz naturel pour véhicule à une pression élevée, par exemple de 200 bar, car la structure en nid d'abeilles présente aussi les propriétés avantageuses précitées de résistance mécanique et de protection thermiques .
Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Ainsi, bien qu'on ait décrit un exemple dans lequel la coquille de support est formée de deux demi-coquilles, elle peut comprendre un seul élément ou un nombre quelconque d'éléments, essentiellement en fonction de la forme voulue pour le réservoir, toujours placés à l'extérieur du récipient interne .

Claims

REVENDICATIONS
1. Réservoir pour carburant liquide à une pression très supérieure à la pression atmosphérique, destiné à un circuit d'alimentation d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu ' il comprend :
- un récipient interne étanche (10) qui n'est pas suffisamment résistant à la pression élevée du carburant pour ne pas se déformer , et
- une coquille (12) de support placée entièrement à l'extérieur du récipient interne, entourant la plus grande partie de la surface externe du récipient interne (10) et placée au contact de cette surface, la coquille (12) comprenant une âme (14) en nid d'abeilles dont les deux grandes faces sont fixées à deux organes adjacents (16, 18) en forme de feuille .
2. Réservoir selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le matériau de l'âme (14) en nid d'abeilles est choisi parmi 1 ' aluminium et les alliages légers , les résines aramides , le téréphtalate de polyéthylène , les polyéther- éthercétones , les matériaux composites formés de matières plastiques et de fibres, et le carton.
3. Réservoir selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, à deux emplacements différents au moins de la coquille, l'âme (14) en nid d'abeilles a des épaisseurs différentes.
4. Réservoir selon 1 ' une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que , à deux emplacements différents au moins de la coquille, l'âme (14) en nid d'abeilles est formée de matériaux différents .
5. Réservoir selon l'une quelconque des revendications
1 à 4, caractérisé en ce que l'un des organes (16, 18) en forme de feuille auxquels est fixée une face de l'âme constitue une paroi du récipient interne.
6. Réservoir selon 1 ' une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le récipient interne (10) possède au moins un accessoire qui lui est fixé de manière étanche, et la coquille (12) présente une discontinuité à 1 ' emplacement de 1 ' accessoire .
7. Réservoir selon 1 ' une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un revêtement protecteur externe appliqué à l'organe (16) en forme de feuille de la coquille (12) qui est opposé au côté du récipient interne (10) .
8. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, destiné à contenir du gaz naturel pour véhicule, caractérisé en ce qu ' il contient un adsorbant destiné à retenir le gaz naturel pour véhicule .
9. Procédé de fabrication d'un réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 , caractérisé en ce qu ' il comprend :
- la fabrication d'un récipient interne (10) à la configuration voulue , - la fabrication d'une coquille (12) à la configuration du récipient interne (10) , par pose et mise en forme d'une âme (14) en nid d'abeilles entre deux surfaces avec interposition d'un matériau de collage entre l'âme (14) et les deux surfaces , et par durcissement du matériau de collage .
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la mise en forme est réalisée entre un moule externe et le récipient interne .
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