La présente invention concerne un réservoir de fluide sous pression et son procédé de fabrication. L'invention concerne plus particulièrement un réservoir de fluide sous pression de forme générale cylindrique, en particulier pour gaz, le réservoir comportant une enveloppe interne d'étanchéité, une enveloppe extérieure de renforcement en matériau composite disposée sur la majorité de la surface extérieure de l'enveloppe interne, les enveloppes interne et extérieure définissant un orifice pour le fluide situé à une extrémité supérieure du réservoir, le réservoir comportant une pièce polaire disposée au niveau de l'orifice et comportant une portion inférieure disposée entre les enveloppes interne et extérieure, la portion inférieure de la pièce polaire ayant une forme générale hémisphérique qui s'étend radialement vers la partie inférieure du réservoir, l'épaisseur de la portion inférieure de la pièce polaire se réduisant progressivement vers la partie inférieure du réservoir. The present invention relates to a fluid reservoir under pressure and its method of manufacture. The invention relates more particularly to a pressurized fluid reservoir of generally cylindrical shape, in particular for gas, the reservoir comprising an internal sealing envelope, an outer envelope of reinforcement of composite material disposed on the majority of the outer surface of the inner shell, the inner and outer shells defining a fluid port at an upper end of the tank, the tank having a pole piece disposed at the port and having a lower portion disposed between the inner and outer shells; lower portion of the pole piece having a generally hemispherical shape which extends radially towards the lower part of the tank, the thickness of the lower portion of the pole piece gradually decreasing towards the lower part of the tank.
Les réservoirs de stockage de gaz sous pression de type IV comprennent une enveloppe interne en plastique (appelé également liner ) assurant le stockage étanche du gaz, et une enveloppe extérieure en matériau composite assurant la tenue en pression. Afin d'assurer la liaison entre le réservoir et une valve ou un robinet, une pièce polaire métallique est généralement insérée entre l'enveloppe composite et l'enveloppe plastique. Généralement, la pièce polaire comporte à son extrémité supérieure un taraudage ou un filetage destiné à coopérer avec système conjugué d'une valve ou d'un robinet. L'extrémité inférieure de la pièce polaire comporte une embase destinée à épouser la forme bombée du liner. Type IV pressurized gas storage tanks comprise a plastic inner casing (also called liner) providing gas-tight storage, and an outer casing of composite material ensuring the pressure resistance. In order to ensure the connection between the reservoir and a valve or a valve, a metal pole piece is generally inserted between the composite envelope and the plastic envelope. Generally, the pole piece has at its upper end a tapping or a thread intended to cooperate with a valve or valve system. The lower end of the pole piece has a base intended to match the curved shape of the liner.
L'interface entre l'enveloppe interne et l'embase de la pièce polaire forme un chemin préférentiel pour les fuites de gaz éventuelles qui peuvent être observées en raison par exemple : - d'une décohésion entre l'embase et l'enveloppe interne, - d'une rupture de l'enveloppe interne au point triple (c'est-à-dire au point où se rejoignent les enveloppes interne et extérieure ainsi que l'embase), - de la combinaison des deux phénomènes précédents. The interface between the inner envelope and the base of the pole piece forms a preferential path for any gas leaks that may be observed due for example: - a loosening between the base and the inner casing, - a rupture of the inner envelope at the triple point (that is to say at the point where the inner and outer envelopes and the base meet), - the combination of the two previous phenomena.
Un but de l'invention est de limiter la probabilité d'apparition de fuites sur un réservoir (de type IV ou autre) et ainsi d'augmenter la fiabilité et la durée de vie du réservoir. Les matériaux présents à l'interface embase/enveloppe interne/enveloppe extérieure (point triple) ont des propriétés différentes. En effet, l'enveloppe interne est constituée en général d'un matériau plastique ayant un module d'élasticité plus faible que ceux des matériaux constituant l'enveloppe extérieure ou la pièce polaire. Ceci peut entraîner un phénomène de cisaillement au point triple lorsque le réservoir est sous pression et donc une rupture de l'enveloppe interne et/ou une décohésion de l'ensemble. De plus, le coefficient de dilatation thermique du métal constituant généralement l'embase est très différent du coefficient de dilatation thermique du polymère constituant généralement l'enveloppe interne. De ce fait, des décollements peuvent apparaître lorsque le réservoir est soumis à certains cycles thermiques ou thermomécaniques. Le cisaillement à l'interface entre ces matériaux peut être atténué par l'utilisation d'une forme géométrique adaptée du dôme (embase et enveloppe interne cf. par exemple FR2193953). Afin de limiter les effets de la dilatation thermique, et comme suggéré par US5518141A, il est également avantageux de prolonger les bords de l'embase jusqu'à la zone cylindrique du réservoir. Ceci permet d'avoir une plus grande surface d'accroche entre le l'enveloppe interne et l'embase. Ceci diminue le risque de décohésion. Cependant, les problèmes de tenue au point triple (embase/enveloppe interne/enveloppe extérieure) ne sont pas résolus avec satisfaction. An object of the invention is to limit the probability of occurrence of leaks on a tank (type IV or other) and thus increase the reliability and the life of the tank. The materials present at the interface base / inner shell / outer shell (triple point) have different properties. Indeed, the inner casing is generally made of a plastic material having a modulus of elasticity lower than those of the materials constituting the outer casing or the pole piece. This can lead to a shear phenomenon at the triple point when the reservoir is under pressure and therefore a rupture of the inner casing and / or decohesion of the assembly. In addition, the coefficient of thermal expansion of the metal generally constituting the base is very different from the coefficient of thermal expansion of the polymer generally constituting the inner envelope. As a result, detachments can occur when the tank is subjected to certain thermal or thermomechanical cycles. The shear at the interface between these materials can be attenuated by the use of a suitable geometrical shape of the dome (base and inner casing, for example FR2193953). In order to limit the effects of thermal expansion, and as suggested by US5518141A, it is also advantageous to extend the edges of the base to the cylindrical area of the tank. This allows to have a larger surface area between the inner envelope and the base. This decreases the risk of decohesion. However, the problems of triple point resistance (base / inner shell / outer shell) are not solved satisfactorily.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'extrémité de la portion inférieure de la pièce polaire comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'extrémité de la portion inférieure de la pièce polaire comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 50 et 500 pm, - la pièce polaire est métallique et la paroi flexible de l'extrémité de la portion inférieure de la pièce polaire est une feuille métallique rendue solidaire du reste de la portion inférieure de la pièce polaire par soudage, - la feuille métallique est constituée d'un matériau métallique identique ou différent du matériau constitutif du reste de la pièce polaire, - la surface supérieure de la portion inférieure de la pièce polaire qui est en contact avec l'enveloppe extérieure de renforcement est continûment courbe et 10 convexe, - la surface inférieure de la portion inférieure de la pièce polaire qui est en contact avec l'enveloppe interne est continûment courbe et concave, - l'enveloppe interne est constituée de plastique, - le réservoir est un réservoir dit de type IV , 15 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un réservoir conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus comportant une étape de pose d'une pièce polaire sur une enveloppe interne d'étanchéité, ladite pièce polaire, comportant une portion inférieure de forme générale hémisphérique dont l'épaisseur se réduit de façon progressive vers son extrémité jusqu'à une paroi 20 flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm et encore plus préférentiellement entre 50 et 500 pm. Selon d'autres particularités la portion inférieure de la pièce polaire est collée sur l'enveloppe (1) interne. 25 L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue en coupe schématique et partielle d'un détail d'un réservoir selon un exemple 30 possible de réalisation de l'invention. En se référant à la figure donnée à titre d'exemple schématique uniquement, une pièce polaire est située au niveau d'un orifice 4 d'un réservoir comprenant une enveloppe interne 1 étanche et une enveloppe extérieure 2. La pièce polaire 3 est par exemple métallique, en acier, en aluminium ou tout autre alliage ou tout autre matériau approprié. L'enveloppe interne 1 étanche est en plastique ou polymère tel que du polyéthylène ou du polyamide ou tout autre matériau approprié pour contenir de 5 façon étanche un gaz sous pression. L'enveloppe ou revêtement extérieure 2 est par exemple en matériau composite de renforcement mécanique tel qu'un composite à fibres de carbone ou fibres de kevlar ou de verre ou hybride à matrice thermoplastique ou thermodurcissable. 10 La pièce polaire 3 comporte une portion supérieure annulaire ou tubulaire (par exemple filetée et/ou taraudée ou autre) destinée à permettre la liaison avec un organe tel qu'une vanne ou un robinet. La portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 est disposée entre les deux enveloppes 1, 2. Cette portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 a de préférence une forme générale hémisphérique qui 15 s'étend radialement vers la partie inférieure du réservoir. L'épaisseur de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 se réduit de façon progressive vers la partie inférieure du réservoir. Par exemple, la portion inférieure 13 de la pièce polaire peut s'étendre jusqu'au niveau de la portion cylindrique du réservoir (c'est-à-dire à la limite du dôme de l'extrémité supérieure 20 du réservoir). Selon une particularité avantageuse, l'extrémité de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm. 25 Cette paroi flexible peut s'étendre par exemple sur 5 % à 30 % de la hauteur de la partie cylindrique de la pièce 2 ou de la circonférence de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3. L'invention permet d'agencer relativement l'enveloppe interne 1 et la pièce polaire 3 selon une forme hémisphérique avec grande continuité de rayons de 30 courbure au point triple. Le profil de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 permet également de diminuer le gradient de contrainte au point triple et donc de diminuer le cisaillement de l'enveloppe interne 1 dans un réservoir sous pression. An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above. For this purpose, the tank according to the invention, moreover in accordance with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the end of the lower portion of the pole piece has a flexible wall having a thickness of between 10 micron meters (μm) and a few hundred micron meters and preferably between 30 and 1000 μm. Moreover, embodiments of the invention may include one or more of the following features: the end of the lower portion of the pole piece has a flexible wall having a thickness of between 50 and 500 μm; pole piece is metal and the flexible wall of the end of the lower portion of the pole piece is a metal sheet made integral with the remainder of the lower portion of the pole piece by welding, - the metal sheet is made of a metallic material identical or different from the material constituting the remainder of the pole piece, the upper surface of the lower portion of the pole piece which is in contact with the outer reinforcing envelope is continuously curved and convex, the lower surface of the portion bottom of the pole piece which is in contact with the inner envelope is continuously curved and concave, - the inner envelope e The invention also relates to a method of manufacturing a tank according to any one of the above characteristics comprising a step of laying a part. polar part on an inner sealing envelope, said pole piece, comprising a bottom portion of generally hemispherical shape whose thickness is gradually reduced towards its end to a flexible wall having a thickness of between 10 micron meter (pm ) and a few hundred micron meters and preferably between 30 and 1000 pm and even more preferably between 50 and 500 pm. According to other features, the lower portion of the pole piece is glued to the inner casing (1). The invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features. Other features and advantages will appear on reading the description below, made with reference to the single figure which shows a schematic and partial sectional view of a detail of a reservoir according to a possible example of embodiment of the invention. 'invention. Referring to the figure given by way of schematic example only, a pole piece is located at an orifice 4 of a reservoir comprising an inner envelope 1 sealed and an outer envelope 2. The pole piece 3 is for example metal, steel, aluminum or any other alloy or other suitable material. The sealed inner casing 1 is made of plastic or polymer such as polyethylene or polyamide or any other material suitable for sealingly sealing a gas under pressure. The outer casing or covering 2 is for example made of a composite material for mechanical reinforcement such as a carbon fiber composite or Kevlar or glass fiber or a hybrid with a thermoplastic or thermosetting matrix. The pole piece 3 comprises an annular or tubular upper portion (for example threaded and / or tapped or otherwise) intended to allow the connection with a member such as a valve or a tap. The lower portion 13 of the pole piece 3 is disposed between the two shells 1, 2. This lower portion 13 of the pole piece 3 preferably has a generally hemispherical shape which extends radially towards the lower part of the tank. The thickness of the lower portion 13 of the pole piece 3 is gradually reduced towards the lower part of the tank. For example, the lower portion 13 of the pole piece may extend up to the level of the cylindrical portion of the tank (i.e., at the dome boundary of the upper end of the tank). According to an advantageous feature, the end of the lower portion 13 of the pole piece 3 comprises a flexible wall having a thickness of between 10 micron meter (pm) and a few hundred micron meters and preferably between 30 and 1000 pm. This flexible wall may extend for example over 5% to 30% of the height of the cylindrical part of the part 2 or the circumference of the lower portion 13 of the pole piece 3. The invention makes it possible to arrange relatively the inner casing 1 and the pole piece 3 in a hemispherical shape with great continuity of curvature radii at the triple point. The profile of the lower portion 13 of the pole piece 3 also reduces the stress gradient at the triple point and thus reduces the shear of the inner casing 1 in a pressure vessel.
De préférence, le profil de la portion inférieure 13 est tel que celle-ci se déforme progressivement et est flexible à la zone périphérique (figure 3). Avantageusement, la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 est flexible au moins au niveau de la paroi d'extrémité et de ce fait diminue la différence de module d'élasticité entre l'enveloppe interne 1 et la pièce polaire 3. Ceci permet de diminuer ou supprimer les concentrations de contraintes au point triple du réservoir. La pièce polaire 3 peut être obtenue en profilant en épaisseur par usinage la portion inférieure 13 puis en soudant sur son extrémité inférieure une feuille de métal à l'épaisseur voulue (quelques dizaines de micron mètre à quelques centaines de micron). L'épaisseur de la feuille peut être ajustée (constante ou décroissante) en fonction des caractéristiques de l'enveloppe interne 1. Le métal constitutif de la feuille de faible épaisseur peut éventuellement être dans un matériau différent de celui de la pièce polaire 3. Le réservoir peut être réalisé en posant ou en collant la pièce polaire 3 sur l'enveloppe interne 1 avant la pose de l'enveloppe extérieure 2 (fibre de renfort bobinée par exemple). Preferably, the profile of the lower portion 13 is such that it gradually deforms and is flexible to the peripheral zone (FIG. 3). Advantageously, the lower portion 13 of the pole piece 3 is flexible at least at the level of the end wall and therefore decreases the difference in modulus of elasticity between the inner casing 1 and the pole piece 3. reduce or eliminate stress concentrations at the triple point of the reservoir. The pole piece 3 can be obtained by profiling in thickness by machining the lower portion 13 and then welding on its lower end a sheet of metal to the desired thickness (a few tens of microns to a few hundred microns). The thickness of the sheet may be adjusted (constant or decreasing) according to the characteristics of the inner casing 1. The constituent metal of the thin sheet may possibly be in a material different from that of the pole piece 3. The reservoir can be achieved by placing or gluing the pole piece 3 on the inner casing 1 before laying the outer casing 2 (coiled reinforcement fiber for example).