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FR3146187A1 - Réservoir pour gaz sous pression - Google Patents

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FR3146187A1
FR3146187A1 FR2301711A FR2301711A FR3146187A1 FR 3146187 A1 FR3146187 A1 FR 3146187A1 FR 2301711 A FR2301711 A FR 2301711A FR 2301711 A FR2301711 A FR 2301711A FR 3146187 A1 FR3146187 A1 FR 3146187A1
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FR2301711A
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FR3146187B1 (fr
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Marc FARAUT
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Faurecia Systemes dEchappement SAS
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Abstract

RÉSERVOIR POUR GAZ SOUS PRESSION La présente invention concerne un réservoir (1) pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant une embase (3) métallique sensiblement de révolution autour d’un axe (A) comprenant une gorge (5) sensiblement cylindrique en creux d’axe (A) et une enveloppe (6) comprenant un goulot (7) sensiblement cylindrique en plein d’axe (A) de diamètre sensiblement identique au diamètre de la gorge (5), où la gorge (5) accueille un anneau (8) en matière plastique et où le goulot (7) est assemblé avec l’anneau (8). Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

RÉSERVOIR POUR GAZ SOUS PRESSION
L’invention concerne un réservoir de gaz sous pression, tel de l’hydrogène. Plus particulièrement, l’invention vise à protéger un mode de réalisation de l’interface étanche entre l’embase et l’enveloppe ou liner.
Un réservoir de gaz sous pression peut être réalisé au moyen d’une structure en matériau composite (armature en fibres noyée dans une matrice en résine) de forme typiquement cylindrique en partie centrale, terminée à ses deux extrémités par une calotte hémisphérique.
Afin de pouvoir remplir le réservoir de gaz et ensuite puiser le gaz, la structure comprend typiquement un trou traversant, selon un axe, classiquement disposé au centre d’une calotte hémisphérique. Dans ce trou est disposé une embase, généralement métallique, sensiblement de révolution autour d’un alésage traversant selon ledit axe, disposé sensiblement aligné avec le trou de manière à permettre remplissage et/ou puisage.
La structure en matériau composite n’est intrinsèquement pas étanche aux gaz. Aussi, sa surface intérieure est doublée d’une enveloppe, classiquement en matériau élastomère, assurant l’étanchéité au gaz. La forme de cette enveloppe reproduit sensiblement la forme intérieure de la structure.
L’embase présente une gorge sensiblement cylindrique selon ledit axe. L’enveloppe présente un goulot apte à venir s’interfacer avec l’embase, coaxialement autour de l’alésage. Il convient que cette interface soit étanche au gaz.
Afin de garantir la fixation et l’étanchéité aux gaz, au niveau de l’interface entre l’enveloppe et l’embase, il est connu plusieurs modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, le goulot est introduit dans la gorge et collé. Cependant le collage est un procédé compliqué, difficile à maîtriser et nécessitant un temps de séchage très important, pouvant atteindre 8 heures par réservoir. Selon un autre mode de réalisation, une pièce additionnelle vient pincer le goulot dans la gorge de manière à le maintenir dans la gorge, l’étanchéité étant assurée par le pincement. Cette approche nécessite une pièce supplémentaire, et est délicate à mettre en œuvre.
Aussi, il est recherché une autre approche pour réaliser un assemblage étanche entre le goulot de l’enveloppe et l’embase.
L’invention se propose de procéder en deux temps : dans un premier temps, un anneau en matière plastique est mis en place et fixé dans la gorge, dans un deuxième temps le goulot de l’enveloppe est assemblé avec cet anneau.
L’invention a pour objet un réservoir pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant une embase métallique sensiblement de révolution autour d’un axe comprenant une gorge sensiblement cylindrique en creux selon l’axe et une enveloppe comprenant un goulot sensiblement cylindrique en plein selon l’axe, de diamètre sensiblement identique au diamètre de la gorge, où la gorge accueille un anneau en matière plastique et en ce que le goulot est assemblé avec l’anneau.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- l’anneau est réalisé et mis en place dans la gorge par surmoulage,
- l’anneau est en polyamide ou tout autre matière thermoplastique,
- l’anneau occupe le fond de la gorge,
- l’anneau déborde de la gorge, préférentiellement sur une surface plane de l’embase, de manière à présenter une surface d’interface augmentée relativement à la largeur de la gorge,
- la gorge présente un ratio profondeur sur largeur supérieur à 1, préférentiellement supérieur à 3, encore préférentiellement supérieur à 5,
- la surface de la gorge est préparée au surmoulage par dépôt d’un primaire d’accrochage ou par surmoulage d’un plastique en couche fine,
- la surface de la gorge est préparée au surmoulage par traitement plasma,
- le goulot est assemblé avec l’anneau par soudage, préférentiellement réalisé par infrarouge ou par gaz chaud, encore préférentiellement réalisé par friction rotative.
Selon un deuxième aspect de l’invention, un procédé de réalisation d’un tel réservoir comprenant les étapes suivantes :
- réalisation et mise en place de l’anneau dans la gorge de l’embase par surmoulage,
- assemblage de l’enveloppe par soudage de son goulot avec l’anneau.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
montre, en vue axiale coupée un réservoir selon un premier mode de réalisation,
montre, en vue axiale coupée un réservoir selon un autre mode de réalisation.
En référence à la , l’invention concerne un réservoir 1 pour gaz sous pression. Le gaz peut, par exemple, être de l’hydrogène. La pression peut être élevée jusqu’à typiquement 700 bars.
Un tel réservoir 1 comprend une structure 2. Cette structure est typiquement réalisée en matériau composite, comprenant une armature en fibres, typiquement de verre ou de carbone, noyée dans une matrice en résine plastique. Cette structure 2 prend, par exemple, la forme d’un cylindre terminé à ses deux extrémités par des calottes hémisphériques. La structure 2 est classiquement percée d’une ouverture, afin de permettre le remplissage et/ou le puisage, avantageusement disposée au centre d’une calotte hémisphérique. Le réservoir 1 comprend encore une embase 3, le plus souvent métallique, avantageusement en aluminium, sensiblement de révolution autour d’un axe A. L’embase 3 est disposée dans ladite ouverture. L’embase 3 est avantageusement percée d’un alésage 4 d’axe A. Elle comprend une gorge 5 sensiblement en forme de cylindre creux, d’axe A. Le réservoir 1 comprend encore une enveloppe 6, de forme adaptée à suivre la paroi interne de la structure 2 et comprenant un goulot 7 sensiblement en forme de cylindre plein, d’axe A. Le goulot 7 est placé en regard de la gorge 5 de l’embase 3 et présente un diamètre sensiblement identique au diamètre de la gorge 5 ou de l’anneau 8.
Selon une caractéristique de l’invention, un anneau 8 est disposé dans la gorge 5. L’anneau 8 est en matière plastique et est solidarisé avec le métal de l’embase 3.
La solidarisation entre l’anneau 8 en plastique et la gorge 5 métallique peut être réalisée par tout moyen. Il est ainsi envisageable de comprimer l’anneau 8 à force dans la gorge 5. Il est encore possible, complémentairement ou alternativement, de coller l’anneau 8 dans la gorge 5.
Selon une autre caractéristique préférentielle, l’anneau 8 est réalisé et mis en place par moulage injection dans la gorge 5, ce que l’on nomme encore surmoulage. L’embase 3 est placée dans un moule et le plastique de l’anneau 8 est injecté par moulage dans la gorge 5.
Selon une autre caractéristique, la matière plastique de l’anneau 8 est du polyamide. Alternativement, cette matière plastique peut encore être toute matière thermoplastique.
Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , l’anneau 8 est conformé pour occuper le fond de la gorge 5.
Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , l’anneau 8 est conformé pour occuper le fond de la gorge 5 et de plus déborder de la gorge 5. Préférentiellement, l’anneau 8 déborde hors de la gorge 5, avantageusement sur une surface plane de l’embase 3 bordant la gorge 5 et sensiblement perpendiculaire à l’axe A. Selon une telle réalisation, l’anneau 8 présente une surface d’interface augmentée, bien plus large que la largeur de la gorge 5. Cette caractéristique permet avantageusement d’augmenter la surface possible d’interface avec le goulot 7 de l’enveloppe 6. Ceci permet encore d’accommoder des variations dimensionnelles dudit goulot 7. Ces variations dimensionnelles peuvent, par exemple, être des variations de l’épaisseur de toile du goulot 7 ou encore un défaut de circularité du goulot 7 ou encore un défaut de coaxialité du goulot 7 avec l’axe A.
En relation avec la caractéristique de réalisation de l’enveloppe 6 par moulage par soufflage, cette tolérance d’accommodation dimensionnelle est avantageuse en ce que ce mode de réalisation par moulage par soufflage peut créer ce type d’écarts dimensionnels.
Selon une autre caractéristique avantageuse, la gorge 5 présente un ratio profondeur sur largeur supérieur à 1, préférentiellement supérieur à 3, encore préférentiellement supérieur à 5. Cette caractéristique contribue à améliorer la fixation de l’anneau 8 à la gorge 5 par adhérence.
Selon une autre caractéristique, l’adhérence de la matière plastique de l’anneau 8 à la surface métallique de l’embase 3 est grandement améliorée par une préparation de la surface métallique de l’embase 3 préalable au surmoulage. Cette préparation peut être réalisée par un dépôt d’un primaire d’accrochage.
Selon une caractéristique, le primaire d’accrochage est une résine thermodurcissable ou thermoplastique.
Alternativement, la préparation de la surface métallique de l’embase 3 peut consister en un surmoulage d’un plastique en couche fine. On entend ici par couche fine une couche d’une épaisseur inférieure à 1 mm.
Ce surmoulage peut être réalisé par un plastique particulier en ce qu’il présente une adhérence améliorée avec la surface métallique. Ce plastique peut encore être le même que celui de l’anneau afin d’améliorer la tenue du surmoulage de l’anneau 8.
Alternativement ou complémentairement, cette préparation peut être réalisée par un traitement plasma qui réalise une modification superficielle de l’état de surface, favorisant l’accroche ultérieure du primaire d’accrochage ou directement de la matière plastique surmoulée.
Il est encore possible de modifier géométriquement la surface de l’embase 3 au droit des surfaces en contact avec l’anneau 8. Ceci peut comprendre des usinages des surfaces, de manière à créer une texturation, un relief, tel un moletage, des rayures et/ou de micro-gorges. Ceci vise à augmenter l’accrochage de la matière plastique de l’anneau 8.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le goulot 7 de l’enveloppe 6 est ensuite assemblé avec l’anneau 8 par soudage. Ledit soudage est préférentiellement réalisé par infra-rouge ou par gaz chaud. Ceci permet de réaliser un chauffage de l’une, l’autre ou les deux pièces afin de produire une fusion superficielle. Les deux pièces sont ensuite appliquées l’une contre l’autre, réalisant le soudage.
Préférentiellement, l’anneau 8 d’une part et le goulot 7 de l’enveloppe 6 sont constitués du même matériau plastique afin d’améliorer la tenue et la solidité de l’assemblage par soudage.
Selon un mode de réalisation préférentiel, ce soudage est réalisé par friction rotative. Dans de mode de réalisation, l’une, l’autre ou les deux pièces à assembler sont mises en mouvement relatif et appliquées l’une contre l’autre. Aucun chauffage préalable n’est nécessaire. Le mouvement relatif crée, lors de l’application, un frottement, créant un échauffement, produisant une fusion des pièces à leur interface, permettant le soudage. Dans le cas présent, le mouvement relatif est avantageusement une rotation autour de l’axe A. Préférentiellement, l’embase 3 est mise en rotation relativement à une enveloppe 6 fixe.
Selon une autre caractéristique, l’enveloppe 6 est réalisée par moulage par soufflage, préalable au soudage. Ce mode de réalisation est avantageux en ce qu’il permet une réalisation plus rapide et donc moins coûteuse. Un inconvénient de ce mode de réalisation est une plus grande dispersion dimensionnelle. Cependant, comme décrit précédemment, cette dispersion est aisément accommodée par l’assemblage ultérieur par soudage. Ceci est vrai dans le mode de réalisation de la . Ceci est d’autant plus vrai dans le mode de réalisation de la , où la surface d’accueil de l’anneau 8 est augmentée.
L’invention concerne encore un procédé de réalisation d’un tel réservoir 1. Ce procédé comprend les étapes suivantes. Au cours d’une première étape, l’anneau 8 est réalisé et mis en place dans la gorge 5, préférentiellement par surmoulage. Au cours d’une étape ultérieure, l’enveloppe 6 est assemblée par soudage de son goulot 7 avec l’anneau 8.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

Claims (10)

  1. Réservoir (1) pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant une embase (3) métallique sensiblement de révolution autour d’un axe (A) comprenant une gorge (5) sensiblement cylindrique en creux d’axe (A) et une enveloppe (6) comprenant un goulot (7) sensiblement cylindrique en plein d’axe (A) de diamètre sensiblement identique au diamètre de la gorge (5), caractérisé en ce que la gorge (5) accueille un anneau (8) en matière plastique et en ce que le goulot (7) est assemblé avec l’anneau (8).
  2. Réservoir (1) selon la revendication 1, où l’anneau (8) est réalisé et mis en place dans la gorge (5) par surmoulage.
  3. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’anneau (8) est en polyamide ou tout autre matière thermoplastique.
  4. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’anneau (8) occupe le fond de la gorge (5).
  5. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’anneau (8) déborde de la gorge (5), préférentiellement sur une surface plane de l’embase (3), de manière à présenter une surface d’interface augmentée relativement à la largeur de la gorge (5).
  6. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la gorge (5) présente un ratio profondeur sur largeur supérieur à 1, préférentiellement supérieur à 3, encore préférentiellement supérieur à 5.
  7. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la surface de la gorge (5) est préparée au surmoulage par dépôt d’un primaire d’accrochage ou par un surmoulage d’un plastique en couche fine.
  8. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la surface de la gorge (5) est préparée au surmoulage par traitement plasma.
  9. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le goulot (7) est assemblé avec l’anneau (8) par soudage, préférentiellement réalisé par infrarouge ou par gaz chaud, encore préférentiellement réalisé par friction rotative.
  10. Procédé de réalisation d’un réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes :
    - réalisation et mise en place de l’anneau (8) dans la gorge (5) de l’embase (3) par surmoulage,
    - assemblage de l’enveloppe (6) par soudage de son goulot (7) avec l’anneau (8).
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