FR3064043A1 - Reservoir de stockage de fluide liquefie - Google Patents

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Abstract

Réservoir de stockage de fluide liquéfié comprenant une enveloppe interne (5) délimitant un volume de stockage pour du fluide liquéfié et une enveloppe externe (2) disposée de façon espacée autour de l'enveloppe (5) interne, l'espace entre lesdites enveloppes interne et externe (5, 2) étant maintenu sous vide à une pression inférieure à la pression atmosphérique et comprenant une isolation (9) thermique, le réservoir (1) comprenant une structure de maintien de l'enveloppe interne (5) dans l'enveloppe (2) externe, comprenant une liaison (3) mécanique fixe et rigide entre une première extrémité (15) de l'enveloppe interne (5) et une première extrémité (12) de l'enveloppe (2) externe, caractérisé en ce que structure de maintien de l'enveloppe interne (5) dans l'enveloppe (2) externe comprend une liaison mécanique (6, 7, 8) coulissante entre une seconde extrémité (25) de l'enveloppe interne (5) et une seconde extrémité (22) de l'enveloppe (2) externe.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national
064 043
52179
COURBEVOIE ©IntCI8: F17 C 3/08 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
©) Date de dépôt : 17.03.17. (© Demandeur(s) : CRYOLOR Société anonyme— FR.
(© Priorité :
@ Inventeur(s) : VARRASSI LUCIEN, VELLANDI
FABRICE, GIBAUX ETIENNE, TOSI PATRICK et PHI-
(43) Date de mise à la disposition du public de la LIPPE LOUIS.
demande : 21.09.18 Bulletin 18/38.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ©) Titulaire(s) : CRYOLOR Société anonyme.
apparentés :
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : L'AIR LIQUIDE.
RESERVOIR DE STOCKAGE DE FLUIDE LIQUEFIE.
FR 3 064 043 - A1
Réservoir de stockage de fluide liquéfié comprenant une enveloppe interne (5) délimitant un volume de stockage pour du fluide liquéfié et une enveloppe externe (2) disposée de façon espacée autour de l'enveloppe (5) interne, l'espace entre lesdites enveloppes interne et externe (5, 2) étant maintenu sous vide à une pression inférieure à la pression atmosphérique et comprenant une isolation (9) thermique, le réservoir (1) comprenant une structure de maintien de l'enveloppe interne (5) dans l'enveloppe (2) externe, comprenant une liaison (3) mécanique fixe et rigide entre une première extrémité (15) de l'enveloppe interne (5) et une première extrémité (12) de l'enveloppe (2) externe, caractérisé en ce que structure de maintien de l'enveloppe interne (5) dans l'enveloppe (2) externe comprend une liaison mécanique (6, 7, 8) coulissante entre une seconde extrémité (25) de l'enveloppe interne (5) et une seconde extrémité (22) de l'enveloppe (2) externe.
Figure FR3064043A1_D0001
Figure FR3064043A1_D0002
L’invention concerne un réservoir de stockage de fluide liquéfié.
L’invention concerne plus particulièrement un réservoir de stockage de fluide liquéfié comprenant une enveloppe interne délimitant un volume de stockage pour du fluide liquéfié et une enveloppe externe disposée de façon espacée autour de l’enveloppe interne, l’espace entre lesdites enveloppes interne et externe étant maintenu sous vide à une pression inférieure à la pression atmosphérique et comprenant une isolation thermique, le réservoir comprenant une structure de maintien de l'enveloppe interne dans l’enveloppe externe, comprenant une liaison mécanique fixe et rigide entre une première extrémité de l’enveloppe interne et une première extrémité de l’enveloppe externe.
Le transport des gaz cryogéniques s’effectue généralement au moyen d’isoconteneurs dont la fonction est de garder le gaz transporté à très basse température. Pour cela, on utilise habituellement des réservoirs à double enveloppe, séparés par un volume dit “inter-parois” qui assurent l’isolation thermique entre l’enveloppe intérieure qui contient le gaz froid et l’enveloppe extérieure qui est au contact de l’air ambiant.
Si les techniques d’isolation thermique de l’inter-paroi sont bien connues (“super-isolation sous vide”, « MLI »), des pertes thermiques se produisent via les moyens mécanique de support entre le réservoir interne et le réservoir externe.
Ainsi, un compromis doit être fait entre d’une part la résistance mécanique des moyens de support du réservoir interne (résistance aux contraintes pendant le transport, mouvements de dilatation thermique relatifs des enveloppes) et, d’autre part, la minimisation des pertes thermiques.
Le volume entre les parois des enveloppes doit par ailleurs être minimisé pour maximiser la capacité de stockage du réservoir interne.
Dans les réservoirs cryogéniques connus, l’enveloppe intérieure (formant le réservoir intérieur) est généralement constituée de viroles et de fonds métalliques, qui sont soudés. L’enveloppe extérieure (réservoir extérieur) est coaxiale à l’enveloppe interne et construite généralement de la même manière.
Il existe plusieurs de méthodes de support du réservoir interne dans le réservoir externe : structures de support entre les deux fonds des enveloppes ou structure de câbles ou tirants). Cf. par exemple US3,425,585 ou US3,163,313.
Le document US7,775,391B décrit une structure de support dans laquelle les deux extrémités du réservoir intérieur sont reliées au réservoir extérieur par des cols isolés via des pièces cylindriques (cales) en matériau isolant. Les réservoirs intérieur et extérieur possèdent des cavités en vis-à-vis pour recevoir et maintenir cette cale mobile isolante.
Cette structure est cependant mal adaptée aux réservoirs de grande taille. En particulier, cette structure n’est pas forcément susceptible de résister aux contraintes mécaniques que subissent de tels réservoirs. Cette structure connue (structure des cols de ces réservoirs notamment) n’est pas applicable aux réservoirs de grande taille (diamètre de réservoir intérieur de deux mètres ou plus notamment). De plus les deux cols mobiles de ces réservoirs engendrent des contraintes importantes sur les tuyauteries internes. La flexibilité des tuyauteries n’est pas correctement assurée avec un tel passage par deux cols. En outre, la tenue de cette structure à des accélérations de 2G dans les trois directions n’est pas assurée. Lors d’accélérations ou de décélérations les deux fonds vont en effet être sollicités d’une manière importante. De plus, il risque au fil du temps d’y avoir du jeu entre les parties coulissantes.
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 la structure de maintien de l'enveloppe interne dans l’enveloppe externe comprend une liaison mécanique coulissante entre une seconde extrémité de l’enveloppe interne et une seconde extrémité de l’enveloppe externe.
L’invention propose une structure de support entre les deux enveloppes interne et externe d’un réservoir à double enveloppe, notamment du type horizontal.
La structure proposée permet de concilier une bonne résistance mécanique (contraintes ou chocs) tout en étant thermiquement optimisée et ceci dans un encombrement réduit.
Cette structure est bien adaptée aux réservoirs de transport de fluides dans des conditions de température maîtrisées (par exemple des fluides cryogéniques). La structure autorise un mouvement relatif de l’enveloppe interne par rapport à l’enveloppe externe sous l’effet de des dilatations thermique relatives qui se produisent en particulier lorsqu’on remplit le réservoir interne avec un fluide à très basse température.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les enveloppes interne et externe ont une forme générale cylindrique s’étendant le long d’un axe longitudinal et en ce que les premières et secondes extrémités sont situées de façon opposée selon une direction parallèle à l’axe longitudinal,
- la liaison mécanique fixe et rigide entre la première extrémité de l’enveloppe interne et la première extrémité de l’enveloppe externe comprend un axe ou une pièce tubulaire rigide ayant deux extrémités solidarisées respectivement à l’enveloppe interne et à l’enveloppe externe,
- la liaison mécanique coulissante comprend deux pièces emboîtées à coulissement et dont l’une au moins est tubulaire, les deux pièces emboîtées à coulissement étant solidaires respectivement de l’enveloppe interne et de l’enveloppe externe,
- les deux pièces emboîtées à coulissement sont constituées respectivement de deux tubes, notamment des tubes cylindriques concentriques,
- le tube solidaire de l’enveloppe interne est situé autour du tube solidaire de l’enveloppe externe, c'est-à-dire que le tube solidaire de l’enveloppe interne coulisse autour et repose sur le tube solidaire de l’enveloppe externe,
- le réservoir comprend une couche de matériau isolant thermiquement, notamment de l’époxy, disposée sur au moins une partie des surfaces des pièces emboîtées à coulissement destinées à venir en contact,
- la couche de matériau isolant est située sur le tube solidaire de l’enveloppe externe et/ou sur le tube solidaire de l’enveloppe interne,
- la couche de matériau isolant prise en sandwich entre le tube solidaire de l’enveloppe externe et le tube solidaire de l’enveloppe interne,
- le réservoir comporte une couche de matériau de protection, notamment métallique, disposée sur la couche de matériau isolant pour former un écran évitant le frottement direct de la couche de matériau isolant sur l’une des pièces emboîtées lors de leur coulissement.
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 aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un exemple de structure de réservoir selon l’invention,
- la figure 2 représente en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un détail d’un autre exemple de structure de réservoir selon l’invention.
Le réservoir 1 de stockage de fluide liquéfié illustré à la figurel comprend une enveloppe interne 5 délimitant un volume de stockage pour du fluide liquéfié et une enveloppe externe 2 disposée de façon espacée autour de l’enveloppe 5 interne.
Les enveloppes 2, 5 sont de préférence en matériaux métalliques tels que l’acier inoxydable, l’acier au carbone, l’aluminium ou tout autre matériau choisi en fonction des caractéristiques mécaniques attendues aux températures de service.
Comme illustré, les deux enveloppes 5, 2 forment deux réservoirs de forme générale cylindrique qui s’entendent selon un axe 10 longitudinal. Par exemple, le réservoir 1 est un réservoir dit horizontal, c’est-à-dire qu’en position d’utilisation l’axe 10 longitudinal est horizontal. Les enveloppes internes 5 et externe 2 sont par exemple concentriques et symétriques par rapport à l’axe 10 longitudinal.
Classiquement, l’espace entre les enveloppes interne 5 et externe 2 est maintenu sous vide à une pression inférieure à la pression atmosphérique et comprend de préférence une isolation 9 thermique (« MLI » c’est-à-dire un isolant thermique multicouches par exemple).
Le réservoir 1 comprend une structure de maintien de l'enveloppe interne 5 dans l’enveloppe 2 externe. Cette structure comprend ou est constituée d’une liaison 3 mécanique fixe et rigide entre une première extrémité longitudinale 15 de l’enveloppe interne 5 et une première extrémité 12 longitudinale de l’enveloppe 2 externe et d’une liaison mécanique 6, 7, 8 coulissante entre une seconde extrémité 25 longitudinale de l’enveloppe interne 5 et une seconde extrémité 22 longitudinale de l’enveloppe 2 externe.
C’est-à-dire que le support de l’enveloppe interne 5 dans l’enveloppe 2 externe utilise une partie fixe (par exemple un col fixe, et. ci-après) et une partie mobile (par exemple un col mobile, cf. ci-après). La liaison mobile comprend de préférence des parties ou pièces qui coulissent l’une par rapport à l’autre, par exemple via une bague 8 composée d’un matériau isolant.
La figure 1 illustre un exemple de réservoir à double enveloppes 2, 5. Les premières extrémités longitudinales 15, 12 de l’enveloppe interne 5 et externe 2 sont reliées rigidement par une pièce 3 fixe, de préférence essentiellement tubulaire, notamment cylindrique. Cette pièce 3 tubulaire a par exemple un diamètre compris entre 500 et 1000mm et une épaisseur comprise entre 1 mm et 50 mm. Cette pièce 3 tubulaire est par exemple soudée sur les deux enveloppes 5, 2. Cette pièce 3 tubulaire est par exemple placée concentriquement autour de l’axe 10 longitudinal central du réservoir 1.
Cette liaison fixe 3 tubulaire permet de faire passer la tuyauterie du réservoir 1 (non représentée par soucis de simplification) en vue de son raccordement à l’enveloppe interne 5. Cette liaison fixe permet de limiter les contraintes ou déplacements aux tuyauteries.
Cette configuration permet de limiter les pertes thermiques de l’enveloppe interne 5 vers l’enveloppe externe 2.
L’autre extrémité longitudinale du réservoir 1 comprend la liaison mobile. Cette liaison mobile comprend ou est constituée de préférence
- d’une première pièce 7 tubulaire (cylindrique notamment) fixée sur le fond de l’enveloppe 2 externe, et notamment en alliage métallique
- d’une autre pièce 6 tubulaire (cylindrique notamment) fixée sur le fond de l’enveloppe interne ; notamment en alliage métallique et
- d’une couche ou cale 8 en matériau isolant, tel de l’époxy, interposée entre les deux pièces 6, 7 précités.
Cette liaison mobile permet aux deux pièces tubulaires 6, 7 de coulisser relativement notamment pour absorber des variations de longueur relatives des deux enveloppes 2, 8.
De préférence ces deux pièces tubulaires sont un diamètre compris entre 500 et 1000mm. Ceci permet une répartition d’efforts optimale tout en permettant un bon guidage lors des coulissements.
La conductivité thermique de la couche ou cale 8 isolant est plus faible que la conductivité thermique des deux pièces 6, 7 et enveloppes 5, 2 et notamment typiquement cinquante fois plus faible que celle du métal.
Les pièces 6, 7 coulissantes peuvent être constituées des mêmes matériaux que les enveloppes 2, 5 ou de matériaux ou nuances de métal ayant des conductivités thermiques plus faibles. Ces pièces 6, 7 coulissantes peuvent être soudées à leur enveloppe respective.
Comme illustré à la figue 1, les liaisons mécaniques fixes et mobile peuvent être concentriques l’axe 10 longitudinal central du réservoir 1. Ainsi, le coulissement relatif d’une extrémité des enveloppes 2, 5 peut être parallèle à cet axe 10 longitudinal. La couche 8 de matériau isolant a par exemple une épaisseur compris entre 20 et 50mm.
La couche 8 de matériau isolant peut former une bague sur la face interne du tube 6 solidaire de l’enveloppe 2 interne. Bien entendu, en variante cette couche 8 isolante pourrait être formée sur la surface externe du tube 7 solidaire de l’enveloppe externe 2.
Les pertes thermiques sont principalement localisées au niveau de cette structure de support de l’enveloppe 5 interne dans l’enveloppe 7 externe. La couche 8 de matériau isolant interposée sur ce chemin thermique permet de réduire significativement les pertes thermiques.
Ceci est obtenu sans nécessiter d’augmenter la distance entre les enveloppes 2, 5. En particulier la structure à deux pièces tubulaires 6, 7 permet de réduire l’encombrement par rapport aux solutions connues. Ceci permet de maximiser le volume de stockage dans l’enveloppe 5 interne. Ce gain de place permet d’allonger relativement la liaison mobile pour réduire les pertes thermiques par ce chemin.
Pour éviter que la couche 8 d’isolant ne s’use lors des coulissements, il peut être prévu d’interposer une couche 11 de protection et de frottement entre la couche 8 d’isolant et la surface de la pièce 7 sur laquelle elle coulisse. Par exemple, une bague 11 en inox est fixée sur l’anneau 8 en époxy afin d’avoir un bon glissement (minimiser le frottement) sur le col 7 en inox.
Par exemple, et comme illustré à la figure 2, une pièce ou couche 11 de frottement en métal supplémentaire de faible épaisseur (quelques mm par exemple) peut être fixée sur la couche 8 isolante. Ceci permet d’éviter l’usure de l’isolant 8 lors des mouvements relatifs des pièces 6, 7 du col mobile pendant le transport. C’est-à-dire que la couche 11 de frottement est interposée entre la couche isolante et la pièce 7 tubulaire sur laquelle il y a glissement.
Le réservoir 1 ci-dessus peut être intégré à un cadre ou conteneur (« Iso conteneur ») pour être déplacé.
De même ce réservoir 1 peut être fixe ou monté sur un véhicule (semiremorque bateau ou autre).
On comprend aisément que la structure décrite ci-dessus est facile à 10 fabriquer, économique, robuste et très performante thermiquement.
En particulier, la structure permet de résister à des accélérations de plusieurs G.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Réservoir de stockage de fluide liquéfié comprenant une enveloppe interne (5) délimitant un volume de stockage pour du fluide liquéfié et une enveloppe externe (2) disposée de façon espacée autour de l’enveloppe (5) interne, l’espace entre lesdites enveloppes interne et externe (5, 2) étant maintenu sous vide à une pression inférieure à la pression atmosphérique et comprenant une isolation (9) thermique, le réservoir (1) comprenant une structure de maintien de l'enveloppe interne (5) dans l’enveloppe (2) externe, comprenant une liaison (3) mécanique fixe et rigide entre une première extrémité (15) de l’enveloppe interne (5) et une première extrémité (12) de l’enveloppe (2) externe, caractérisé en ce que structure de maintien de l'enveloppe interne (5) dans l’enveloppe (2) externe comprend une liaison mécanique (6, 7, 8) coulissante entre une seconde extrémité (25) de l’enveloppe interne (5) et une seconde extrémité (22) de l’enveloppe (2) externe.
  2. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enveloppes interne (5) et externe (2) ont une forme générale cylindrique s’étendant le long d’un axe longitudinal (10) et en ce que les premières (12, 15) et secondes extrémités (22, 25) sont situées de façon opposée selon une direction parallèle à l’axe (10) longitudinal.
  3. 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison (3) mécanique fixe et rigide entre la première extrémité (15) de l’enveloppe interne (5) et la première extrémité (12) de l’enveloppe (2) externe comprend un axe (3) ou une pièce tubulaire rigide ayant deux extrémités solidarisées respectivement à l’enveloppe interne (5) et à l’enveloppe (2) externe.
  4. 4. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la liaison mécanique (6, 7, 8) coulissante comprend deux pièces (6, 7) emboîtées à coulissement et dont l’une au moins est tubulaire, les deux pièces (6, 7) emboîtées à coulissement étant solidaires respectivement de l’enveloppe interne (5) et de l’enveloppe (2) externe.
  5. 5. Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux pièces (6, 7) emboîtées à coulissement sont constituées respectivement de deux tubes, notamment des tubes cylindriques concentriques.
  6. 6. Réservoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube (6) solidaire de l’enveloppe interne (5) est situé autour du tube (7) solidaire de l’enveloppe (2) externe, c'est-à-dire que le tube (6) solidaire de l’enveloppe (5) interne coulisse autour et repose sur le tube (7) solidaire de l’enveloppe (2) externe.
  7. 7. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend une couche (8) de matériau isolant thermiquement, notamment de l’époxy, disposée sur au moins une partie des surfaces des pièces (6, 7) emboîtées à coulissement destinées à venir en contact.
  8. 8. Réservoir selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche (8) de matériau isolant est située sur le tube (7) solidaire de l’enveloppe (2) externe et/ou sur le tube (6) solidaire de l’enveloppe (5) interne.
  9. 9. Réservoir selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la couche (8) de matériau isolant prise en sandwich entre le tube (7) solidaire de l’enveloppe (2) externe et le tube (6) solidaire de l’enveloppe (5) interne.
  10. 10. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte une couche (11) de matériau de protection , notamment métallique, disposée sur la couche (8) de matériau isolant pour former un écran évitant le frottement direct de la couche (8) de matériau isolant sur l’une des pièces (6, 7) emboîtées lors de leur coulissement.
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