WO2023242510A1 - Bossage de sortie de reservoir de stockage de fluide sous pression et reservoir comportant un tel bossage - Google Patents

Bossage de sortie de reservoir de stockage de fluide sous pression et reservoir comportant un tel bossage Download PDF

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Olivier Perrier
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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

Definitions

  • TITLE PRESSURE FLUID STORAGE TANK OUTLET BOSS AND TANK COMPRISING SUCH A BOSS
  • the subject of the present invention is an outlet boss for a pressurized fluid storage tank and tanks comprising such a boss.
  • the technical sector of the invention is that of the manufacture of fluid storage tanks, such as composite bottles, under pressure and even high pressure such as at least 250 bars for CNG (Natural Gas for Vehicles) or at least 350 bars or even 700 bars for hydrogen, the envelope of such tanks generally being made by winding or winding composite fibers around a metallic or thermoplastic liner, and comprising at least one outlet orifice and/or d the inlet communicating with the fluid storage chamber delimited by the reservoir envelope.
  • CNG Natural Gas for Vehicles
  • a plastic lining covering the interior of the envelope which delimits the storage chamber, securing the end flange of the boss against the interior of the envelope and comprising a sleeve part extending in a part of the interior of the boss, and
  • the pressure fluid storage tanks always include at least one boss, neck or hub (we will hereinafter speak of “boss”) comprising a tapped internal bore, placed in place during the manufacture of the tank and integral with its envelope, and whose internal diameter must be large enough to allow the axial screwing of a base or core or adjustment body (different vocabularies indeed designate according to the patent applications and/or the technical sheets this part which we will call here "base”).
  • a head is generally fixed allowing valves and fittings to be fixed and this base is pierced by one or more communication conduits with the storage chamber: thus the forces due to the internal pressure of the tank which can therefore be at least 250 bars for CNG, and even equal to or more than 700 bars for hydrogen, and which stress the boss, the base and the thread which joins them, are important, requiring even more very thick parts to withstand it and whose assembly is all the more critical.
  • a tank outlet boss has been developed integrating the base and thus forming a single part with it, as taught in patent application WO2020/225262 filed by the company Faurecia exhaust systems and published November 12, 2020; and which describes a boss comprising:
  • a central axial part capable of passing through the envelope of said tank and itself traversed by at least one axial channel capable of communicate through its proximal end with the interior chamber of the fluid storage reservoir and whose distal end is closed,
  • a so-called external axial part comprising at least one radial outlet conduit for the fluid communicating with the axial channel towards its distal end, and said boss thus acting as a base is capable of receiving directly, around its external axial part without any other intermediate part, a fluid distribution head comprising at least one radial conduit opening, through one of its ends, outside the head to receive any fluid outlet connector element and communicating, through its opposite end, with the axial conduit of this external axial part.
  • the elements mounted on the head must thus be correctly dimensioned (with safety coefficients, etc.) to resist the pressure, but the assembly of these different elements can lead to risks of leakage due to assembly (incorrect sealing) or because of use (unscrewing due to vibrations, etc.). Also the objective of the present invention is not only to go even further in the simplification of parts and the reduction of manufacturing costs of tanks, but also to ensure greater security in the fixing and sealing of the different components including the fluid outlet connector elements connected to it, while providing the possibility of intervening on these elements in the event of a problem.
  • the central axial part being able to pass through the envelope of said reservoir and itself traversed by at least one channel able to communicate via its proximal end with the interior chamber of the fluid storage reservoir and whose distal end is closed along its axis in the same direction as the boss,
  • the so-called external axial part comprising at least one radial outlet conduit for the fluid communicating with the channel which itself communicates with the interior chamber towards its distal end, and according to the invention
  • the boss integrates the fluid distribution head of the prior art in its external axial part and forms only one part with it
  • the end of the at least radial conduit opens, through one of its ends, outside the boss
  • the objective of the invention is also achieved by a safety system operated from the outside, which closes the distal end of the axial channel and which is capable of closing the radial conduits opening outside the boss and communicating, when the safety system is open, with the axial channel, which allows intervention on the fluid outlet connector elements, connected to the radial conduits, in the event of a problem, such as a leak, because closing the safety system isolates these elements which can then be dismantled despite the pressure of the fluid contained in the tank.
  • a pressure fluid storage tank comprising at least, from its manufacture, an outlet boss for this fluid such as above, integrating both the base and the head for distributing the fluid and forming with them a single part without any other connecting, fixing or sealing part.
  • the central axial part of the boss passing through the envelope of said tank, comprises a cylindrical part forming a projection beyond the so-called internal radial part of the boss, and therefore inside the tank, allowing to place there any sensor installed by a second channel passing through the central axial part of the boss.
  • boss/base and head assemblies threaded and fixed around its external axial part of the boss/base essentially by a nut screwed onto it and blocking the head against a shoulder, and which then present safety risks and poor sealing, a single piece, ensuring according to the present invention all the base and tank head functions, eliminates such risks
  • the closing system makes it possible to isolate all the outlets of the boss from the inlet of the pressurized fluid and thus secure the environment of the bottle in the event of such a leak.
  • FIG.1 is an exterior profile view of a pressurized fluid storage tank according to the invention and equipped with a boss according to the invention as shown in Figures 2 to 9.
  • FIG.2 is a partial longitudinal sectional view, along I II, II I' of Figure 1, of the upper part of the tank equipped with a boss according to the invention.
  • FIG.3 is a partial sectional view like that of Figure 2 but concerning a particular embodiment of a boss according to the invention, therefore integrating the tank head of the prior art, with a first type of safety closure system, in the open position, of the axial channel capable of communicating via its proximal end with the interior chamber of the fluid storage tank.
  • FIG. 4 is the same partial sectional view as in Figure 3 but with the safety closing system of the axial channel in the closed position.
  • FIG.5 is a partial sectional view, like that of Figure 3, and relating to another particular embodiment of a boss according to the invention with a second type of safety closure system, in the closed position, of the axial channel, and combined with an axial outlet or inlet equipped with a so-called self-sealing system, also in the closed position.
  • FIG.6 - Figure 6 is the same partial sectional view as in Figure 5, with the second type of safety closing system of the axial channel in the open position, and the so-called self-sealing system always in the closed position .
  • FIG.7 - Figure 7 is the same partial sectional view as in Figures 5 and 6, with the second type of safety closing system of the axial channel in the open position, and the so-called self-sealing system also in open position.
  • FIG.8 is a partial sectional view, like that of Figure 3, and relating to another particular embodiment of a boss according to the invention without a safety closure system for the axial channel, but with an axial outlet or inlet equipped with a so-called self-sealing system, in the closed position.
  • FIG.9 - Figure 9 is the same partial sectional view as in Figure 8 but with the so-called self-sealing system in the open position.
  • said reservoir 1 comprises an envelope 2 which defines the interior chamber 5 for storing the fluid under high pressure and which is capable of holding this high pressure such that at least 250 bars and even 350 or 700 bars, and at least one boss 4, of generally cylindrical shape, outlet of tank 1 for storing fluid under high pressure, comprising: a central axial part 4s, of cylindrical shape of same axis XX' as that of the tank as shown in Figure 1, central part which can be described as internal and which, crossing the envelope 2 of said tank 1, is itself crossed by at least one channel 8 axial in the same direction as the axis XX', communicating via its proximal end 81 with the interior chamber 5 of the fluid storage tank to allow the latter to exit, and whose distal end 82 of the channel 8 is closed according to its axis of the same direction XX' as the boss 4, a so-called internal radial part 4i securing said boss 4 with the envelope 2 of the tank 1 and able to
  • said boss 4 thus not only serves as a base but also forms in one piece an integrated fluid distribution head, without any other intermediate part and
  • the closure of the distal end 82 of the channel 8 can be carried out during the machining of the boss 4 either by not drilling the channel 8 to the end from its proximal end 81 or by drilling until it emerges outside of the boss 4 then by closing this drilling in a watertight manner such that, after making a thread and other possible and/or necessary machining, then screwing into it a closing plug 18 which can even be constituted according to the present invention a system safety as described below and shown in Figures 3 to 7.
  • the axial part 42 called external of the boss 4 because located outside 14 of the envelope 2 of the tank 1, comprises at least two conduits 9 arranged radially with respect to the axis XX' and distributed, uniformly or not, on the periphery of this external axial part 42,
  • the distal end 82 is closed by a safety system 18 operated from the outside 14 and which is capable of closing the radial conduits 9, 12: this can be thus be, as shown, a plug 18 which is screwed 20 into the axis of the channel 8 via the upper face of the axial part 42 called external of the boss 4.
  • the plug 18 is shown unscrewed in the open position and thus releases the distal end 82 of the channel 8 which thus communicates with the radial channels 9,12 and allows free passage towards the outside 14, and therefore towards all elements 10 of fluid outlet connectors which would be connected to these radial channels 9, 12 (see below), the fluid stored in the chamber 5 of the storage tank, a seal 19, which can be O-ring or of another shape , ensuring the sealing of this plug 18 relative to the boss 4.
  • the plug 18 is shown screwed (operation which can be done from the outside 14) in the closed position and then closing the distal end 82 of the channel 8, it closes the latter and no longer allows the passage of the fluid towards the radial channels 9, 12 and therefore towards any fluid outlet connector element 10 which would be connected thereto: if one of these elements 10 thus presents a failure, such as a leak or other, it is then possible to intervene without waiting for the tank to be empty and a seal 21, shown here against a shoulder located at the end of the cap 18 and crushed by the latter when closing this cap, ensures the seal between this cap 18 and channel 8.
  • this security system 18 can be carried out mechanically (by manual closure as shown in the figures by turning, with a key for example, the head 183 of the plug 18 forming its proximal end) or controlled by an automatic system (electric, hydraulic).
  • the plug 18 has a fluid outlet or inlet 7, which can be axial, and which allows for example to connect the reservoir 1 to other fluid storage sources and in particular to fill it or empty it: for this the distal end 82 of the channel 8 of the boss 4 can be closed by the plug 18, operated from the outside 14 (as in the other embodiment of Figure 4), the latter comprises a channel 22 opening through its distal end 22i into the outlet/inlet 7 and through its other opposite proximal end into a conduit 23 (which may be a bore surrounding the rod I 81 of the plug 18) communicating with the distal end 182 of the plug.
  • a conduit 23 which may be a bore surrounding the rod I 81 of the plug 18
  • This distal end 82 of the plug is inserted into a bore of a sealing valve 6 which comprises a sealing ball 1 1 held closed, against the opening of the conduit 23, by a spring 13 and which can open by the operation of the head 183 of the plug 18, the distal end 182 thereof then pushing the ball 1 1 which thus compresses the spring 13 and opens the passage allowing the fluid either to escape or to enter the reservoir 1 through channel 8: such a system is said to be self-sealing capable of opening communication between channel 8 and channel 22, and therefore towards the outside 14, by moving the plug 18 which here acts as a connector activating the valve 6 which ensures the manual safety closing function.
  • the sealing valve 6 is intermediate between the plug 18, which is then screwed 24 into this valve 6, and the axial part 42 called external of the boss 4 into which the valve 6 is screwed: the latter , when it is completely closed, as in Figure 5, by its screwing 20 in the axial part 42, crushes the seal 21 and, as for the other embodiment of Figure 4, ensures sealing between the plug 18 and channel 8; no passage of fluid is then possible towards the radial channels 9, 12 and therefore towards any element 10 of fluid outlet connectors which would be connected there.
  • the sealing valve 6 is certainly also screwed into the axial part 42 of the boss 4 but in a fixed manner and which perhaps in the same thread 20 as that of the plug 18: in this embodiment, it includes a fluid outlet or inlet 7 but no safety system capable of closing the at least radial conduit 9.
  • the boss 4 only comprises a safety system 18 capable of closing the channel 8 and closing the radial conduits 9, 12, or a self-sealing system capable of opening/closing the communication between the channel 8 and a channel 22 of fluid outlet/entry is a combination of the safety system 18 comprising a self-sealing system.
  • the central axial part 4s passing through the envelope 2 of said tank 1 and itself crossed by at least one channel 8, comprises a cylindrical part 44 forming a protrusion at the interior of the tank 1 beyond the so-called internal radial part 4i.
  • This axial central part 4s comprises at least a second channel 15 which axially passes through this central part 4s and which is capable of receiving any measurement sensor such as temperature, which is very useful for monitoring the operation of the tank 1 in operation and is even necessary during the manufacture thereof when it is produced by rotational molding such as by winding of composite carbon fibers; and as in these two uses, it is not the same, it is necessary to be able to remove it and replace it by sliding it into this second channel 15 from the exterior 14, knowing that the end of this second channel thus opening out on the outside is closed by a gland or plug 16 to maintain the internal pressure of the tank 1 and its other end opening into the tank 1 can itself be protected from the fluid inside the tank 1 by a thimble type device 17: the sensor for controlling the temperature during the manufacture of tank 1 by rotational molding has a temperature range of 20 to 260°C while the sensor for controlling the interior of tank 1 in operation has a different temperature range (such as -60 °C / + 150
  • This cylindrical part 44 forming an excrescence inside the tank 1 then makes it possible to obtain a better measurement of the temperature.
  • the axial part 42 called external of the boss 4 comprises at least two conduits 9, 12 arranged radially with respect to the axis XX ' and distributed over the periphery of this external axial part 42 of the boss: these radial conduits 9, 12, opening out to the exterior 14 of the boss 4 and communicating through their inner end to the boss 4 with the channel 8 closed at its distal end 82 , are capable of receiving each at their opposite end 12i opening towards the outside 14, any fluid outlet connector element 10, such as a valve connecting the boss 4, therefore also forming a tank head, to any pipe or pipe supplying the pressurized fluid, or a component providing a safety function, or even a plug.
  • the reservoir 1 for storing pressurized fluid comprises at least one outlet boss 4 for this fluid conforming to the description above, integrating both the base functions and tank head in a single piece following the characteristics explained previously: such a boss 4 also allows, in addition to the advantages already indicated previously, such as very good resistance to mechanical stresses, axial resistance along XX' of the envelope in manufacturing course with good axial positioning.
  • the joining of the radial part 4i with the envelope 2 of the tank 1, in order to withstand the forces due to the internal pressure of the tank on the boss 4, can be carried out by bonding or molding against this envelope 2 or, as shown in the Figures 2 to 4 between this and an internal coating 3, such as a thermoplastic or metallic liner, covering the entire interior part of the envelope 2 of the tank 1 and coming to cover this radial part 4i.
  • an internal coating 3 such as a thermoplastic or metallic liner
  • the tank 1 comprises an internal metallic coating 3 covering the entire interior part of the envelope 2 of the tank 1
  • the internal radial part 4i of the boss 4 can be a part of this internal coating 3 or liner, the boss 4 then being an integral part of this covering.
  • the fluid under pressure in tank 1 can be CNG (Natural Gas for Vehicles) at at least 250 bars, as well as hydrogen at at least 350 bars, but also at pressures greater than or equal to 700 bars.

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Abstract

Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression comportant une partie centrale axiale (43) apte à traverser l'enveloppe du dit réservoir (1 ) et traversée elle-même par au moins un canal (8) communiquant par son extrémité proximale (81 ) avec la chambre intérieure (5) du réservoir de stockage et dont l'extrémité distale (82) est fermée suivant son axe de même direction XX 'que le bossage (4), une partie radiale (41 ) dite interne apte à le (4) solidariser avec l'enveloppe du réservoir (1 ), et une partie axiale (42) dite externe comportant au moins un conduit (9, 12) de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal (8), débouchant, par son autre extrémité opposée (121 ), à l'extérieur (14) du bossage (4) et apte à y recevoir tout élément (10) de connectique de sortie du fluide, ledit bossage (4) formant en une seule pièce une tête de distribution intégrée.

Description

DESCRIPTION
TITRE : BOSSAGE DE SORTIE DE RESERVOIR DE STOCKAGE DE FLUIDE SOUS PRESSION ET RESERVOIR COMPORTANT UN TEL BOSSAGE
Domaine technique de l’invention
La présente invention a pour objet un bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression et des réservoirs comportant un tel bossage.
Le secteur technique de l’invention est celui de la fabrication de réservoirs de stockage de fluide, tels que des bouteilles en composites, sous pression et même haute pression tel qu’au moins 250 bars pour du GNV (Gaz Naturel pour Véhicules) ou au moins 350 bars ou même 700 bars pour de T’hydrogène, l’enveloppe de tels réservoirs étant généralement réalisée par bobinage ou enroulement de fibres composites autour d’un liner métallique ou thermoplastique, et comportant au moins un orifice de sortie et/ou d’entrée communiquant avec la chambre de stockage du fluide délimitée par l’enveloppe du réservoir.
Arrière-plan technique
On connaît en effet différents type de réservoirs équipés de tels orifices : on peut citer par exemple la demande de brevet de EP1234654 de la société Essef Corporation publiée le 28 février 2002 et enseignant un procédé pour fabriquer des articles creux composites thermoplastiques renforcés, tel qu’un récipient sous pression, et comportant une ouverture axiale réalisée par l’insertion, dans l’enveloppe des dits articles creux, du col d’une pièce de fixation comportant un canal taraudé et traversant cette pièce de part en part , de sorte que d’une part une portion de collet de cette pièce appuie contre la surface intérieure de l’enveloppe de l’article creux considéré et que d’autre part l’on visse, dans l’extrémité du canal taraudé débouchant à l’extérieur de cet article creux, un noyau fileté, lequel noyau étant percé par différentes conduits permettant la communication avec la chambre de stockage délimitée par la dite enveloppe.
On peut citer également la demande de brevet EP1 151224 de la Sté Alliant Ammunition Systems publiée le 07 novembre 2001 qui enseigne un réservoir de gaz sous pression comportant :
- une chambre de stockage dotée d’une ouverture d’accès,
- un bossage polaire ou moyeu traversant cette ouverture, fixé et solidaire de celle-ci, et comportant un canal taraudé traversant lui- même ce bossage ou moyeu de part en part, et débouchant à l’extérieur de la chambre de stockage,
- un doublage plastique revêtant l’intérieur de l’enveloppe qui délimite la chambre de stockage, solidarisant la bride d’extrémité du bossage contre l’intérieur de l’enveloppe et comprenant une partie de manchon s’étendant dans une partie de l’intérieur du bossage, et
- une embase ou corps d’ajustement, vissée à la fois dans l’extrémité extérieure du bossage et dans le manchon intérieur du doublage plastique jusqu’à venir faire étanchéité contre l’extrémité de ce manchon, laquelle embase étant percée par un conduit permettant la communication avec la chambre de stockage.
Ainsi dans tous ces dispositifs ci-dessus et bien d’autres, les réservoirs de stockage de fluide sous pression comporte toujours au moins un bossage, col ou moyeu (on parlera ci-après de « bossage ») comportant un alésage intérieur taraudé, mis en place lors de la fabrication du réservoir et solidaire de l’enveloppe de celui-ci, et dont le diamètre intérieur doit être assez grand pour y permettre le vissage axialement d’une embase ou noyau ou corps d’ajustement (différents vocabulaires désignent en effet suivant les demandes de brevet et/ou les fiches techniques cette pièce qu’on appellera ici « embase »).
Sur cette embase se fixe en général une tête permettant d’y fixer des vannes et des raccords et cette embase est percée par un ou plusieurs conduits de communication avec la chambre de stockage: ainsi les efforts dus à la pression interne au réservoir qui peut donc être d’au moins 250 bars pour du GNV, et même égal ou de plus de 700 bars pour de l’hydrogène, et qui sollicitent le bossage, l’embase et le filetage qui les solidarise, sont importants, nécessitant d’autant plus des pièces de grande épaisseur pour y résister et dont l’assemblage est d’autant plus critique.
De plus en cas d’arrachement accidentel de la tête de réservoir vissée sur l’embase, créant une ouverture d’assez grand diamètre communiquant avec la chambre de stockage du réservoir, la fuite du fluide sous pression qui y est stockée serait importante et pourrait générer des risques d’autant plus importants.
Aussi pour réduire les dimensions du bossage et de l’embase et simplifier ces pièces, permettant ainsi de réduire les coûts de fabrication des réservoirs, surtout pour ceux à haute pression tel que 700 bars, et d’autre part de réduire les risques liés aux fuites, il a été développé un bossage de sortie de réservoir intégrant l’embase et formant ainsi une seule pièce avec celle-ci, tel qu’enseigné dans la demande de brevet WO2020/225262 déposée par la Société Faurecia systèmes d’échappement et publiée le 12 novembre 2020 ; et qui décrit un bossage comportant:
- une partie centrale axiale apte à traverser l’enveloppe du dit réservoir et traversée elle-même par au moins un canal axial apte à communiquer par son extrémité proximale avec la chambre intérieure du réservoir de stockage du fluide et dont l’extrémité distale est fermée,
- une partie radiale dite interne apte à solidariser ledit bossage avec l’enveloppe du réservoir et à tenir les efforts de pression du fluide sur ce bossage, et
- une partie axiale dite externe comportant au moins un conduit de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal axial vers son extrémité distale, et le dit bossage faisant ainsi office d’embase est apte à recevoir directement, autour de sa partie axiale externe sans autre pièce intermédiaire, une tête de distribution du fluide comportant au moins un conduit radial débouchant, par une de ses extrémités, à l’extérieur de la tête pour y recevoir tout élément de connectique de sortie du fluide et communiquant, par son extrémité opposée, avec le conduit axial de cette partie axiale externe.
Résumé de l’invention
Une telle disposition précédente répond certes en partie aux inconvénients cités précédemment dans les dispositifs connus antérieurement mais présente entre autres un problème de sécurité dans le système de fixation de la tête de réservoir sur une tel bossage intégrant l’embase ainsi que dans la connexion d’éléments de connectique de sortie du fluide sur la tête: l’utilisation de réservoir ou bouteille de fluide sous pression entraîne en effet des risques dus à la pression elle-même ainsi que par le type de fluide (qui peut être inflammable, nocif ... ).
Les éléments montés sur la tête doivent être ainsi correctement dimensionnés (avec des coefficients de sécurité ... ) pour résister à la pression, mais le montage de ces différents éléments peut entraîner des risques de fuite dus à l’assemblage (étanchéité non correcte) ou à cause de l’utilisation (dévissage dus aux vibrations... ). Aussi l’objectif de la présente invention est non seulement d’aller encore plus loin dans la simplification des pièces et la réduction des coûts de fabrication des réservoirs, mais aussi d’assurer une plus grande sécurité dans la fixation et l’étanchéité des différents composants dont les éléments de connectique de sortie du fluide qui lui sont raccordés, tout en apportant des possibilités d’intervenir sur ces éléments en cas de problème.
Un tel objectif est atteint avec un bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression comportant des parties centrale, radiale et axiale, décrites dans le document WO2020/225262 cité ci- dessus,
- la partie centrale axiale étant apte à traverser l’enveloppe du dit réservoir et traversée elle-même par au moins un canal apte à communiquer par son extrémité proximale avec la chambre intérieure du réservoir de stockage du fluide et dont l’extrémité distale est fermée suivant son axe de même direction que le bossage,
- la partie radiale dite interne étant apte à solidariser ledit bossage avec l’enveloppe du réservoir et à tenir les efforts de pression du fluide sur ce bossage,
- la partie axiale dite externe comportant au moins un conduit de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal qui communique lui-même avec la chambre intérieure vers son extrémité distale, et suivant l’invention
- le bossage intègre la tête de distribution du fluide de l’art antérieur dans sa partie axiale externe et ne forme qu’une seule pièce avec celle-ci,
- l’extrémité du au moins conduit radial débouche, par une de ses extrémités, à l’extérieur du bossage
- lequel au moins conduit radial communique, par son extrémité opposée, avec le canal, est apte à recevoir, à son extrémité tout élément de connectique de sortie du fluide -le canal axial du dit bossage constituant un simple conduit de communication. L’objectif de l’invention est par ailleurs atteint par un système de sécurité manœuvré depuis l’extérieur, qui ferme l’extrémité distale du canal axial et qui est apte à obturer les conduits radiaux débouchant à l’extérieur du bossage et communiquant, quand le système de sécurité est ouvert, avec le canal axial, ce qui permet d’intervenir sur les éléments de connectique de sortie de fluide, raccordés aux conduits radiaux, en cas de problème, comme un défaut d’étanchéité, car la fermeture du système de sécurité isole ces éléments qui peuvent être alors démontés malgré la pression du fluide contenu dans le réservoir.
L’objectif de la présente invention est également atteint par un réservoir de stockage de fluide sous pression comportant au moins, dès sa fabrication, un bossage de sortie de ce fluide tel que ci-dessus, intégrant à la fois l’embase et la tête de distribution du fluide et formant avec celles-ci une seule pièce sans aucune autre pièce de liaison, de fixation ou d’étanchéité.
Dans un mode particulier de réalisation la partie centrale axiale du bossage, traversant l’enveloppe du dit réservoir, comporte une partie cylindrique formant une excroissance au-delà de la partie radiale dite interne du bossage, et donc à l’intérieur du réservoir, permettant d’y disposer tout capteur mis en place par un deuxième canal traversant la partie centrale axiale du bossage.
Ce nouveau type de bossage de sortie de réservoir de stockage de fluide sous pression, et ces nouveaux réservoirs de stockage de fluide sous pression répondent à l’objectif fixé, apportent de nombreux avantages et en prouvent l’intérêt, tels que :
- par rapport à des ensembles bossage/embase et tête enfilées et fixées autour de sa partie axiale externe du bossage/embase essentiellement par un écrou vissé sur celle-ci et venant bloquer la tête contre un épaulement, et qui présentent alors des risques de sécurité et de mauvaise étanchéité, une seule pièce, assurant suivant la présente invention toutes les fonctions d’embase et de tête de réservoir, élimine de tels risques
- l’absence d’autre pièce de fixation ou intermédiaire d’étanchéité simplifie la fabrication des réservoirs,
- il n’y a plus de risque d’arrachement de la tête de réservoir,
- à ce jour si une fuite est constatée dans certaines situations, au niveau de la connexion des éléments de connectique de sortie du fluide sur la tête de réservoir (dans la présente invention sur le bossage lui- même donc), comme il n’est pas possible d’intervenir sur cette tête de bouteille, à cause du danger pouvant être engendré par cette fuite, la réparation ne pourra se faire, seulement, que lorsque la bouteille ou le réservoir sera entièrement vidé : suivant la présente invention le système de fermeture, dit de sécurité, permet d’isoler toutes les sorties du bossage de l’arrivée du fluide sous pression et ainsi mettre en sécurité l’environnement de la bouteille en cas de telle fuite.
- quand l’enveloppe du réservoir est réalisée par rotomoulage renforcé par enroulement de fibres de carbone composite, ces fibres viennent s’enrouler et s’appuyer autour de la partie radiale dite interne, formant une gorge entre les parties radiale interne et axiale externe, et ceci permet, d’autant plus quand le bossage intègre et forme une pièce unique avec la tête, d’absorber et transmettre l’énergie du bossage vers les fibres en composite lorsque le réservoir est soumis à un choc axial sur la face externe du bossage: l’effort dû à ce choc est ainsi transmis d’autant mieux par ce bossage suivant l’invention vers les fibres constituant l’enveloppe.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées ci- jointes qui montrent divers exemples de réalisation d’un bossage et d’un réservoir (ou bouteille) selon l’invention, mais d’autres modes de réalisation sont possibles dans le cadre de la portée de la présente invention:
[Fig.1 ] - la figure 1 est une vue extérieure de profil d’un réservoir de stockage de fluide sous pression suivant l’invention et équipé d’un bossage suivant l’invention tel que représenté sur les figures 2 à 9 . [Fig.2 ] - la figure 2 est une vue en coupe partielle longitudinale, suivant I II, II I’ de la figure 1 , de la partie haute du réservoir équipé d’un bossage suivant l’invention.
[Fig.3 ] - la figure 3 est une vue en coupe partielle comme celle de la figure 2 mais concernant un mode de réalisation particulier d’un bossage suivant l’invention, intégrant donc la tête de réservoir de l’art antérieur, avec un premier type de système de fermeture de sécurité, en position ouverte, du canal axial apte à communiquer par son extrémité proximale avec la chambre intérieure du réservoir de stockage du fluide.
[Fig. 4] - la figure 4 est la même vue en coupe partielle que sur la figure 3 mais avec le système de fermeture de sécurité du canal axial en position fermée.
[Fig.5] - la figure 5 est une vue en coupe partielle, comme celle de la figure 3, et concernant un autre mode de réalisation particulier d’un bossage suivant l’invention avec un deuxième type de système de fermeture de sécurité, en position fermé, du canal axial, et combiné avec une sortie ou entrée axiale équipée d’un système dit auto- obturant, également en position fermée.
[Fig.6] - la figure 6 est la même vue en coupe partielle que sur la figure 5, avec le deuxième type de système de fermeture de sécurité du canal axial en position ouverte, et le système dit auto-obturant toujours en position fermée. [Fig.7] - la figure 7 est la même vue en coupe partielle que sur les figure 5 et 6, avec le deuxième type de système de fermeture de sécurité du canal axial en position ouverte, et le système dit auto- obturant également en position ouverte.
[Fig.8] - la figure 8 est une vue en coupe partielle, comme celle de la figure 3, et concernant un autre mode de réalisation particulier d’un bossage suivant l’invention sans système de fermeture de sécurité du canal axial, mais avec une sortie ou entrée axiale équipée d’un système dit auto-obturant, en position fermé.
[Fig.9] - la figure 9 est la même vue en coupe partielle que sur la figure 8 mais avec le système dit auto-obturant en position ouverte.
Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence.
Description détaillée de l'invention
D’une manière connue telle qu’enseignée dans la demande de brevet WO2020/225262 citée précédemment, ledit réservoir 1 comporte une enveloppe 2 qui définit la chambre intérieure 5 de stockage du fluide sous haute pression et qui est apte à tenir cette haute pression telle qu’au moins 250 bars et même 350 ou 700 bars, et au moins un bossage 4, de forme générale cylindrique, de sortie de réservoir 1 de stockage de fluide sous haute pression, comportant : une partie centrale axiale 4s, de forme cylindrique de même axe XX’ que celui du réservoir comme représenté sur la figure 1 , partie centrale que l’on peut qualifier d’interne et qui, traversant l’enveloppe 2 du dit réservoir 1 , est traversée elle-même par au moins un canal 8 axial de même direction que l’axe XX’, communiquant par son extrémité proximale 81 avec la chambre intérieure 5 du réservoir de stockage du fluide pour permettre la sortie de celui-ci, et dont l’extrémité distale 82 du canal 8 est fermée suivant son axe de même direction XX ’que le bossage 4, une partie radiale 4i dite interne solidarisant ledit bossage 4 avec l’enveloppe 2 du réservoir 1 et apte à tenir les efforts dus à la pression interne du réservoir sur ce bossage 4. une partie axiale 42 dite externe comportant au moins un conduit 9 de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal 8 vers son extrémité distale 82.
Et suivant l’invention le dit bossage 4 fait ainsi non seulement office d’embase mais forme également en une seule pièce une tête de distribution intégrée du fluide, sans autre pièce intermédiaire et
- l’extrémité 12i du au moins conduit radial 9 débouche, par une de ses extrémités, à l’extérieur 14 du bossage 4
- lequel au moins conduit radial 9 communiquant, par son extrémité opposée, avec le canal 8, est apte à recevoir, à son extrémité 12i tout élément 10 de connectique de sortie du fluide
- et le canal 8 du dit bossage 4 constitue un simple conduit de communication,
La fermeture de l’extrémité distale 82 du canal 8 peut être réalisée lors de l’usinage du bossage 4 soit en ne perçant pas jusqu’au bout le canal 8 depuis son extrémité proximale 81 soit en perçant jusqu’à déboucher à l’extérieur du bossage 4 puis en fermant ce perçage d’une manière étanche tel que, après réalisation d’un filetage et autres usinages possibles et/ou nécessaires, en y vissant alors un bouchon d’obturation 18 pouvant même constitué suivant la présente invention un système de sécurité comme décrit ci-après et représenté sur les figures 3 à 7.
Suivant les exemples de réalisation des figures, la partie axiale 42 dite externe du bossage 4, car située à l’extérieur 14 de l’enveloppe 2 du réservoir 1 , comporte au moins deux conduits 9 disposés radialement par rapport à l’axe XX’ et répartis, uniformément ou non, sur la périphérie de cette partie axiale externe 42, Selon la présente invention et les exemples de réalisation des figures 3 à 9, l’extrémité distale 82 est fermée par un système de sécurité 18 manœuvré depuis l’extérieur 14 et qui est apte à obturer les conduits radiaux 9, 12 : ce peut-être ainsi, comme représenté, un bouchon 18 qui se visse 20 dans l’axe du canal 8 par la face supérieure de la partie axiale 42 dite externe du bossage 4.
Sur la figure 3 , le bouchon 18 est représenté dévissé en position ouverte et dégage ainsi l’extrémité distale 82 du canal 8 qui communique ainsi avec les canaux radiaux 9,12 et laisse passer librement vers l’extérieur 14, et donc vers tous éléments 10 de connectique de sortie du fluide qui seraient connectés sur ces canaux radiaux 9, 12 (voir ci-après), le fluide stocké dans la chambre 5 du réservoir de stockage, un joint 19, qui peut être torique ou d’une autre forme, assurant l’étanchéité de ce bouchon 18 par rapport au bossage 4.
Sur la figure 4, le bouchon 18 est représenté vissé (opération pouvant se faire de l’extérieur 14) en position fermé et obturant alors l’extrémité distale 82 du canal 8, il ferme celui-ci et ne permet plus le passage du fluide vers les canaux radiaux 9, 12 et donc vers tout élément 10 de connectique de sortie du fluide qui y serait connecté : si l’un de ces éléments 10 présente ainsi une défaillance, telle qu’une fuite ou autre, il est alors possible d’intervenir sans attendre que le réservoir soit vide et un joint 21 , représenté ici contre un épaulement situé à l’extrémité du bouchon 18 et écrasé par celle-ci lors de la fermeture de ce bouchon, assure l’étanchéité entre ce bouchon 18 et le canal 8.
La manœuvre de ce système de sécurité 18 peut être réalisée mécaniquement (par fermeture manuelle comme représentée sur les figures en tournant, avec une clef par exemple, la tête 183 du bouchon 18 formant son extrémité proximale) ou commandée par un système automatique (électrique, hydraulique ... ). Sur les figures 5 à 7, le bouchon 18 comporte une sortie ou entrée 7 de fluide, qui peut être axiale, et qui permet par exemple de connecter le réservoir 1 à d’autres sources de stockage de fluide et en particulier de le remplir ou le vider: pour cela l’extrémité distale 82 du canal 8 du bossage 4 pouvant être fermée par le bouchon 18, manœuvré depuis l’extérieur 14 (comme dans l’autre exemple de réalisation de la figure 4), celui-ci comporte un canal 22 débouchant par son extrémité distale 22i dans la sortie/entrée 7 et par son autre extrémité proximale opposée dans un conduit 23 (qui peut être un alésage entourant la tige I 81 du bouchon 18) communiquant avec l’extrémité 182 distale du bouchon.
Cette extrémitél 82 distale du bouchon est insérée dans un alésage d’un clapet d’étanchéité 6 qui comporte une bille 1 1 d’étanchéité maintenue fermée, contre l’ouverture du conduit 23, par un ressort 13 et qui peut s’ouvrir par la manœuvre de la tête 183 du bouchon 18, l’extrémité 182 distale de celui-ci poussant alors la bille 1 1 qui comprime ainsi le ressort 13 et ouvre le passage permettant au fluide soit de s’échapper soit de rentrer dans le réservoir 1 par le canal 8: un tel système est dit auto-obturant apte à ouvrir la communication entre le canal 8 et le canal 22, et donc vers l’extérieur 14, par déplacement du bouchon 18 qui fait ici fonction de connecteur activant le clapet 6 qui assure la fonction de fermeture manuelle de sécurité.
Selon les figures 5 à 7 le clapet d’étanchéité 6 est intermédiaire entre le bouchon 18, qui se visse 24 alors dans ce clapet 6, et la partie axiale 42 dite externe du bossage 4 dans laquelle se visse la clapet 6 : celui- ci, lorsqu’il est complètement fermé, comme sur la figure 5, par son vissage 20 dans la partie axiale 42, vient écraser le joint 21 et, comme pour l’autre mode de réalisation de la figure 4, assure l’étanchéité entre le bouchon 18 et le canal 8 ; aucun passage de fluide n’est alors possible vers les canaux radiaux 9, 12 et donc vers tout élément 10 de connectique de sortie du fluide qui y serait connecté. Par contre selon les figures 8 et 9, le clapet d’étanchéité 6 est certes aussi vissé dans la partie axiale 42 du bossage 4 mais d’une manière fixe et qui peut-être dans le même filetage 20 que celui du bouchon 18: dans ce mode de réalisation, celui-ci comporte une sortie ou entrée 7 de fluide mais pas de système de sécurité apte à obturer le au moins conduit radial 9.
Ainsi soit le bossage 4 comporte seulement un système de sécurité 18 apte à fermer le canal 8 et à obturer les conduits radiaux 9, 12, soit un système auto-obturant apte à ouvrir/fermer la communication entre le canal 8 et un canal 22 de sortie/entrée de fluide soit une combinaison du système de sécurité 18 comportant un système auto-obturant.
Suivant l’exemple de réalisation préférentiel de la figure 2, la partie centrale axiale 4s, traversant l’enveloppe 2 du dit réservoir 1 et traversée elle-même par au moins un canal 8, comporte une partie cylindrique 44 formant une excroissance à l’intérieur du réservoir 1 au- delà de la partie radiale 4i dite interne.
Cette partie centrale axiale 4s, d’autant plus si elle comporte une telle excroissance 44, comporte au moins un deuxième canal 15 qui traverse axialement cette partie centrale 4s et qui est apte à recevoir tout capteur de mesure tel que de température, qui est très utile pour la surveillance de fonctionnement du réservoir 1 en opération et est même nécessaire lors de la fabrication de celui-ci quand il est réalisé par rotomoulage tel que par enroulement de fibres de carbone composite; et comme dans ces deux utilisations, ce n’est pas le même, il est nécessaire de pouvoir le retirer et le remplacer en le glissant dans ce deuxième canal 15 depuis l’extérieur 14, sachant que l’extrémité de ce deuxième canal débouchant ainsi à l’extérieur est obturée par un presse étoupe ou bouchon 16 pour tenir la pression intérieure du réservoir 1 et son autre extrémité débouchant dans le réservoir 1 peut elle-même être protégée du fluide intérieur au réservoir 1 par un dispositif de type doigt de gant 17: le capteur pour contrôler la température durant la fabrication du réservoir 1 par rotomoulage a une plage de température de 20 à 260°C alors que le capteur pour contrôler l’intérieur du réservoir 1 en fonctionnement a une plage de température différente (tel que -60°C / + 150°C).
Cette partie cylindrique 44 formant une excroissance à l’intérieur du réservoir 1 permet alors d’obtenir une meilleure mesure de la température.
Comme représenté sur la figure 2 et déjà indiqué précédemment à propos de la tête de réservoir de l’art antérieur, la partie axiale 42 dite externe du bossage 4, comporte au moins deux conduits 9, 12 disposés radialement par rapport à l’axe XX’ et répartis sur la périphérie de cette partie axiale externe 42 du bossage : ces conduits radiaux 9, 12, débouchant à l’extérieur 14 du bossage 4 et communiquant par leur extrémité intérieure au bossage 4 avec le canal 8 fermé à son extrémité distale 82, sont aptes à recevoir chacun à leur extrémité opposée 12i débouchant vers l’extérieur 14, tout élément 10 de connectique de sortie du fluide, tel qu’une vanne reliant le bossage 4, formant donc aussi tête de réservoir, à tout tuyau ou pipe d’alimentation du fluide sous pression, ou un composant assurant une fonction de sécurité, ou même un bouchon .
Le réservoir 1 de stockage de fluide sous pression suivant l’invention, tel que représenté sur les figures jointes, comporte au moins un bossage 4 de sortie de ce fluide conforme à la description ci-dessus, intégrant à la fois les fonctions d’embase et de tête de réservoir en une seule pièce suivant les caractéristiques explicitées précédemment : un tel bossage 4 permet de plus, outre les avantages déjà indiqués précédemment, comme une très bonne résistance aux sollicitations mécaniques, une tenue axiale suivant XX’ de l’enveloppe en cours de fabrication avec un bon positionnement axial . La solidarisation de la partie radiale 4i avec l’enveloppe 2 du réservoir 1 , afin de tenir les efforts dus à la pression interne du réservoir sur le bossage 4, peut être réalisée par collage ou moulage contre cette enveloppe 2 ou, comme représenté sur les figures 2 à 4 entre celle-ci et un revêtement interne 3, tel qu’un liner thermoplastique ou métallique, couvrant l’ensemble de la partie intérieure de l’enveloppe 2 du réservoir 1 et venant recouvrir cette partie radiale 4i .
Dans une mode de réalisation particulier, quand le réservoir 1 comporte un revêtement interne 3 métallique couvrant l’ensemble de la partie intérieure de l’enveloppe 2 du réservoir 1 , la partie radiale interne 4i du bossage 4 peut être une partie de ce revêtement interne 3 ou liner, le bossage 4 étant alors une partie intégrante de ce revêtement. On rappelle que le fluide sous pression dans le réservoir 1 peut être du GNV (Gaz Naturel pour Véhicules) à au moins 250 bars, ainsi que de l’hydrogène à au moins 350 bars, mais également à-des pressions supérieures ou égales à 700 bars.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression comportant :
- une partie centrale axiale (4s) suivant un axe XX’ traversant l’enveloppe (2) du dit réservoir (1 ) et traversée elle-même par au moins un canal (8) communiquant par son extrémité proximale (81 ) avec la chambre intérieure (5) du réservoir de stockage du fluide et dont l’extrémité distale (82) est fermée suivant son axe de même direction XX’ que le bossage (4),
- une partie radiale (4i ) dite interne solidarisant ledit bossage (4) avec l’enveloppe du réservoir (1 ) et apte à tenir les efforts de pression du fluide sur ce bossage (4), et
- une partie axiale (42) dite externe comportant au moins un conduit (9) de sortie radiale du fluide communiquant avec le canal (8) vers son extrémité distale (82), caractérisé en ce que
- ledit bossage (4) forme en une seule pièce une tête de distribution intégrée,
- l’extrémité (12i ) du au moins conduit radial (9) débouche, par une de ses extrémités, à l’extérieur (14) du bossage (4)
- lequel au moins conduit radial (9) communiquant, par son extrémité opposée, avec le canal (8), est apte à recevoir, à son extrémité (12i ) tout élément (10) de connectique de sortie du fluide
- et le canal (8) du dit bossage (4) constitue un simple conduit de communication,
2. Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l’extrémité distale (82) du canal (8) du dit bossage (4) est fermée par un système de sécurité (18) manœuvré depuis l’extérieur (14) et qui est apte à obturer le au moins conduit radial (9).
3. Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l’extrémité distale (82) du canal (8) du dit bossage (4) est fermée par un bouchon (18) manœuvré depuis l’extérieur (14) et qui comporte un canal (22) débouchant par son extrémité distale (22i ) dans une sortie/entrée axiale (7) de fluide et par son autre extrémité proximale opposée dans un conduit (23) communiquant avec l’extrémité (I 82) distale du bouchon (18) qui est insérée dans un système auto-obturant apte à ouvrir la communication entre le canal (8) et le canal (22) par déplacement du bouchon (18).
4. Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression suivant la revendications 2 caractérisé en ce que le système de sécurité (18) comporte un système auto-obturant suivant la revendication 3.
5. Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que sa partie centrale axiale (4s), traversant l’enveloppe (2) du dit réservoir (1 ) et traversée elle-même par au moins un canal (8), comporte une partie cylindrique (44) formant une excroissance au-delà de la partie radiale (4i ) dite interne du bossage (4).
6. Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la partie centrale axiale (4s) comporte au moins un deuxième canal (15) qui traverse axialement cette partie centrale (4s) et qui est apte à recevoir tout capteur de mesure.
7. Bossage (4) de sortie de réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que la partie axiale (42) dite externe de celui-ci comporte au moins deux conduits (9, 12) disposés radialement par rapport à l’axe XX’ et répartis sur la périphérie de cette partie axiale externe (42).
8. Réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression comportant au moins un bossage (4) de sortie de ce fluide caractérisé en ce que ce bossage de sortie (4) est suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Réservoir (1 ) de stockage de fluide sous pression suivant la revendication 8 et comportant un revêtement interne (3) métallique couvrant l’ensemble de la partie intérieure de l’enveloppe (2) du réservoir (1 ) caractérisé en ce que la partie radiale interne (4i ) du bossage (4) est une partie de ce revêtement interne (3), le bossage (4) étant partie intégrante de ce revêtement.
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