FR3107701A1 - Dispositif de maintien d’un réservoir intérieur d’une citerne de transport de liquide cryogénique - Google Patents

Dispositif de maintien d’un réservoir intérieur d’une citerne de transport de liquide cryogénique Download PDF

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Abstract

Dispositif de maintien d’un réservoir intérieur d’une citerne de transport de liquide cryogénique La citerne (1) de transport de liquide cryogénique selon l’invention comprend un réservoir intérieur (2), de forme sensiblement cylindrique, disposé dans une enveloppe extérieure (3), le réservoir intérieur (2) et l’enveloppe extérieure (3) sont coaxiaux d’axe X, ledit réservoir intérieur (2) étant relié à l’enveloppe extérieure (3) par un dispositif de soutien, elle est caractérisée en ce que le dispositif de soutien est constitué d’un unique cône (4) d’axe X situé au centre (12) de la citerne (1) et reliant le réservoir intérieur (2) à l’enveloppe extérieure (3). Il n’y a qu’un unique point fixe, résistant et fiable et aucun appui mobile, ce dernier est plus compliqué à concevoir et il est impossible de contrôler son usure éventuelle au fil du temps. En plus sa position centrale permet de réduire le porte-à-faux et d’équilibrer les charges de chaque côté, et de réduire ainsi les efforts engendrés. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

Dispositif de maintien d’un réservoir intérieur d’une citerne de transport de liquide cryogénique
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine des citernes et plus particulièrement celles destinées à transporter des liquides cryogéniques par semi-remorques, remorques, porteurs et wagons, voire par conteneurs ou caisses mobiles.
Les transports de liquides cryogéniques, à cause de la différence de température entre le liquide transporté et l’air ambiant est souvent de l’ordre de 200°C, ce qui nécessite d’isoler thermiquement la citerne. La solution traditionnelle d’isolation est faite par des matériaux de type polyuréthane ou d’autres matériaux combustibles, cependant ceux-ci sont interdits par l’ADR (Accord pour le transport des marchandisesDangereuses par laRoute) pour les produits au-dessous de -182°C. Les autres matériaux solides, tels que la perlite, pour une même performance d’isolation nécessitent souvent une épaisseur plus importante d’où une masse totale plus importante. Etant donné la limite de la masse totale roulante autorisée, toute masse supplémentaire entraine par conséquence une réduction de la masse de produit transportable. Même pour des produits légers comme le méthane, l’isolation trop épaisse dépasserait du gabarit routier autorisé.
Pour ces différentes raisons, les citernes à simple parois avec isolation rigide sont maintenant abandonnées pour les gaz liquides à basse température.
Aujourd’hui, le marché est donc aux citernes à double parois entre lesquelles on réalise un vide d’air poussé pour empêcher le transfert thermique par conduction. Ces citernes sont constituées d’un réservoir intérieur dans lequel est transporté le liquide cryogénique et une enveloppe extérieure. Cependant avec 200°C de différence entre les parois, le rayonnement est très important. Il est géré soit en remplissant l’inter-paroi de perlite (solution assez lourde et nécessitant une épaisseur d’inter-paroi assez importante pour limiter le flux conductif), soit par une isolation en multi couches (MLI Multi Layer Insulation) comme celle utilisées autour des satellites. La solution vide d’air poussé et MLI est aujourd’hui la solution la plus performante du marché.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
L’utilisation de citerne à double parois soulève le problème du soutien du réservoir intérieur dans l’enveloppe extérieure. Ces supports doivent répondre à trois problèmes principaux :
  • Soutenir la masse du réservoir intérieur par rapport à la gravité, mais aussi les autres accélérations qu’il peut rencontrer sur la route;
  • Résister à la dilatation thermique : l’enveloppe extérieure reste à température ambiante tandis que le réservoir intérieur peut rétrécir jusqu’à environ 7 mm au niveau du diamètre et de 40 mm en longueur;
  • Avoir le moins possible de déperdition thermique par conduction (utilisation de matériaux peu conducteurs, faibles sections et grande longueur).
Il est connu de prévoir un cône disposé à l’arrière et une pièce coulissante à l’avant. La pièce coulissante à l’avant permet au réservoir intérieur de coulisser par rapport à l’enveloppe extérieure lors d’une dilatation thermique. Cependant cette solution nécessite que la partie froide coulisse dans une fausse cloison percée. La partie froide allant se contracter en refroidissant, du jeu risque d’apparaitre dans la liaison ce qui va, à terme, entraîner de l’usure voire plus grave de la fatigue et une rupture possible.
On connait également un dispositif constitué de deux plots fixes et deux plots mobiles disposés en partie basse. Les plots sont constitués d’un empilement de cônes soudés pour limiter la conduction. Cependant il est difficile de maitriser les jeux: il en faut assez pour permettre le mouvement, mais pas trop car cela engendrerait des chocs indésirables. La tenue dans le temps n’est pas contrôlable.
Il est aussi utilisé des chaines pour suspendre la cuve intérieure, ou encore de la poser sur des cales.
Cependant ces systèmes ne sont pas suffisamment fiables, le réservoir intérieur n’étant pas suffisamment maintenu.
L’objet de l’invention est de répondre à ces problèmes et de garantir un maintien fiable du réservoir intérieur tout en permettant une récupération de la dilatation longitudinale en particulier pour les citernes installées sur des semi-remorques, des remorques, des porteurs, des wagons, des conteneurs ou des caisses mobiles.
La citerne de transport de liquide cryogénique selon l’invention comprend un réservoir intérieur, de forme sensiblement cylindrique, disposé dans une enveloppe extérieure, le réservoir intérieur et l’enveloppe extérieure sont coaxiaux d’axe X, ledit réservoir intérieur étant relié à l’enveloppe extérieure par un dispositif de soutien, elle est caractérisée en ce que le dispositif de soutien est constitué d’un unique cône d’axe X situé au centre de la citerne et reliant le réservoir intérieur à l’enveloppe extérieure. Il n’y a qu’un unique point fixe, résistant et fiable et aucun appui mobile. Un appui mobile est plus compliqué à concevoir et il est impossible de contrôler son usure éventuelle au fil du temps. En plus la position centrale du cône permet de réduire le porte-à-faux et d’équilibrer les charges de chaque côté, et de réduire ainsi les efforts engendrés.
Avantageusement, le cône comprend une base et un sommet, le sommet étant fixé au centre du réservoir intérieur. Dans ce cas, la base sera de préférence disposée en arrière du sommet, au-dessus du train roulant de la citerne pour reprendre les efforts.
Selon une caractéristique particulière, la citerne comprend des tuyaux de remplissage du réservoir au centre de la citerne. Les tuyaux sont donc ainsi disposés à proximité de la partie fixe du réservoir et sont donc peu impactés par la contraction du réservoir. En effet, cette position du cône limite les dilatations différentielles et les contraintes dans les tuyauteries inter-paroi, car effet, plus les vidanges sont éloignées du point fixe, plus elles sont soumises aux contractions de la paroi du réservoir.
Avantageusement, le cône présente des perçages. Ils permettent de limiter les flux thermiques entre le réservoir intérieur et l’enveloppe extérieure tout en allégeant la citerne.
Avantageusement, le cône et fixé par soudage.
Selon une disposition particulière, le cône a une longueur supérieure à 400mm, de préférence 500mm. Cela permet de limiter le flux thermique entre le réservoir et l’enveloppe. Le cône aura de préférence une longueur de 1,10m.
Avantageusement, le cône a une paroi d’épaisseur comprise entre 3 et 10mm. La citerne ne comportant qu’un seul point d’appui au lieu de deux, l’épaisseur du cône doit garantir une tenue suffisante du réservoir intérieur.
Selon une autre disposition, la citerne est une semi-remorque.
Selon une caractéristique particulière, l’enveloppe extérieure est constituée de deux parties avec chacune une demi-virole et un fond. Le montage du réservoir dans l’enveloppe est ainsi plus aisé, chaque partie étant moins lourde à déplacer que l’enveloppe complète.
Selon une disposition particulière, une première partie de l’enveloppe extérieure est plus longue qu’une deuxième partie. Ceci dans le cas où la base du cône est décalée par rapport au centre de la citerne.
L’invention concerne également un procédé de montage d’une citerne avec au moins une des caractéristiques précédentes, il est caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes:
  • Montage et soudure du sommet du cône sur le réservoir intérieur,
  • Positionnement d’une partie de l’enveloppe extérieure sur le réservoir intérieur et soudage sur la base du cône.
  • Positionnement de l’autre partie de l’enveloppe extérieure sur le réservoir intérieure et soudage sur la base du cône pour refermer l’enveloppe extérieure.
Le montage pourra être fait horizontalement ou verticalement.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent données uniquement à titre d’exemple.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
est une vue d’une semi-remorque selon l’invention;
est une vue en perspective du réservoir de la figure 1:
est une vue de côté du réservoir;
est une vue de côté du réservoir avec une demi-enveloppe;
est une vue de coté de la citerne
est une perspective de l’enveloppe externe en deux parties.
DESCRIPTION DETAILLEE
Dans la suite de la description on considèrera que l’avant correspond à l’avant 10 de la citerne 1 du côté de l’attelage et l’arrière à l’arrière 11 de la citerne 1 où sont situées les roues 5 de la semi-remorque.
Comme on peut le voir à la figure 1, la citerne 1 est une citerne cylindrique à double paroi constituée d’un réservoir intérieur 2 et d’une enveloppe extérieure 3, l’ensemble est orienté selon un axe X sensiblement horizontal. Un cône 4 est fixé au centre 12 de la citerne 1 entre le réservoir 2 et l’enveloppe 3. Le cône 4 comprend une base 40 et un sommet 41. La base 40 a un diamètre plus grand que le sommet 41. La base 40 est reliée à l’enveloppe 3 et décalée vers l’arrière de la citerne 1, tandis que le sommet 41 est relié au centre du réservoir 2.
Il est possible de prévoir que le milieu du cône soit disposé au centre 12 de la citerne ou que la base 40 soit fixé au centre 12 de la citerne 1 sans sortir du cadre de la présente invention
Le cône 4 étant relié de façon fixe entre le réservoir 2 et l’enveloppe 3 à côté des tuyauteries 6, il permet de limiter au maximum les contraintes dans ces tuyaux 6 lors des dilatations du réservoir 2.
Le base 40 étant relié à proximité du train roulant 5, elle facilite la reprise des charges du réservoir 2.
Le cône 4 est troué de perçages 42 afin de l’alléger et de limiter la conduction thermique entre le réservoir intérieur 2 et l’enveloppe extérieure 3. Ici les perçages 42 sont ronds et de taille identique mais ils pourraient être de forme et de taille différente.
La citerne 1 présente un espace entre les parois du réservoir 2 et de l’enveloppe 3. Lors du chargement du liquide cryogénique dans le réservoir 2 celui-ci va se rétracter à cause du froid tandis que l’enveloppe 3 va rester à température ambiante et garder les mêmes dimensions. Le réservoir intérieur 2 étant relié de façon fixe à l’enveloppe extérieure 3, l’espace entre eux va augmenter, mais comme seule la partie centrale est fixe, le mouvement des extrémités n’aura aucune conséquence sur l’enveloppe 2 ou sur la tuyauterie 6.
Le cône 4 étant placé au centre 12 de la citerne 1, l’enveloppe extérieure 3 est constituée de deux parties 30 et 31 avec chacune une demi-virole, respectivement 300 et 310, et un fond, respectivement 301 et 311.
On peut voir sur les figures 4 à 6 que la première partie 31 de l’enveloppe 3 est plus longue que la deuxième partie 30. Cette première partie 31 est, dans l’exemple illustré, disposé à l’avant 10 de la citerne tandis que la deuxième partie 30 est disposée à l’arrière 11.
Dans l’exemple illustré, le sommet 41 du cône 4 est placé au centre du réservoir 2, de ce fait la base 40 est décalé par rapport au centre 12 de la citerne 1. Les deux parties de l’enveloppe 3 sont donc de tailles différentes.
Si, dans une autre configuration, le milieu du cône 4 est au centre 12 de la citerne, sa base 40 et son sommet 41 sont disposé de façon symétrique par rapport à ce centre 12 et les deux parties 30 et 31 de l’enveloppe 3 sont de taille identique.
Le montage de la citerne 1 selon le mode illustré est fait de la façon suivante:
  • On monte et on soude le sommet 41 du cône 4 sur le milieu du réservoir intérieur2 (fig. 3) ;
  • On insert une première partie (ici 30) de l’enveloppe extérieure 3 dans le réservoir intérieur 2et on le soude à la base 40 du cône 4 (figure 4) ;
  • On insert une deuxième partie (ici 31) de l’enveloppe extérieure 3 dans le réservoir intérieur 2et on le soude à la base 40 du cône 4 (figure 5).
Le montage peut être réalisé à plat (horizontalement) ou verticalement sans sortir du cadre de la présente invention. L’avantage d’avoir une enveloppe en deux parties est que ces deux parties sont plus faciles à manipuler quel que soit le montage choisi.

Claims (10)

  1. Citerne (1) de transport de liquide cryogénique comprenant un réservoir intérieur (2), de forme sensiblement cylindrique, disposé dans une enveloppe extérieure (3), le réservoir intérieur (2) et l’enveloppe extérieure (3) sont coaxiaux d’axe X, ledit réservoir intérieur (2) étant relié à l’enveloppe extérieure (3) par un dispositif de soutien, caractérisée en ce que le dispositif de soutien est constitué d’un unique cône (4) d’axe X situé au centre (12) de la citerne (1) et reliant le réservoir intérieur (2) à l’enveloppe extérieure (3).
  2. Citerne (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le cône comprend une base (40) et un sommet (41), et que le sommet (41) est fixé au centre du réservoir intérieur.
  3. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce qu’elle comprend des tuyaux (6) de remplissage du réservoir (2) disposé au centre (12) de la citerne (1).
  4. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que le cône (4) présente des perçages (42).
  5. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que le cône (4) a une longueur supérieure à 400mm.
  6. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que le cône (4) a une paroi d’épaisseur comprise entre 3 et 10mm.
  7. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que la citerne (1) est une semi-remorque.
  8. Citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que l’enveloppe extérieure (3) est constituée de deux parties (30, 31) avec chacune une demi-virole (300, 310) et un fond (301, 311).
  9. Citerne (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce qu’une première partie (31) est plus longue qu’une deuxième partie (30).
  10. Procédé de montage d’une citerne (1) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce qu’il comprend les étapes suivantes:
    • Montage et soudure du sommet (41) du cône (4) sur le réservoir intérieur (2),
    • Positionnement d’une partie (30, 31) de l’enveloppe extérieure (3) sur le réservoir intérieur (2) et soudage sur la base (40) du cône (4).
    • Positionnement de l’autre partie (31, 30) de l’enveloppe extérieure (3) sur le réservoir intérieur (2) et soudage sur la base (40) cône (4) pour refermer l’enveloppe extérieure (3).
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