RECIPIENT POUR LE STOCKAGE DE FLUIDE SOUS PRESSION

VESSEL FOR STORING A PRESSURIZED FLUID

French Abstract

ABR?G? DESCRIPTIF
La présente invention concerne un récipient pour le stockage
de fluide sous pression, comportant une enveloppe intérieure d'axe
X,X' présentant une partie centrale cylindrique et deux parties
d'extrémité, un frettage entourant l'enveloppe et laissant dégagée,
à la partie d'extrémité bombée, une calotte centrée sur l'axe X,X'.
Selon l'invention, le contour extérieur de la partie d'extrémité
bombée de l'enveloppe présente, en coupe longitudinale, une forme
au moins approximativement elliptique telle que le rapport G du
demi petit axe au grand axe est tel que
0,32 ? G ? 0,40
où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la partie
centrale cylindrique de l'enveloppe, et l'épaisseur ei de la partie
d'extrémité bombée, la calotte étant exclue, varie suivant la
formule:
(II)
<IMG>
dans laquelle:
Ri = distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur de la
partie d'extrémité bombée, auquel est mesurée l'épaisseur ei,
e = épaisseur de l'enveloppe dans la partie centrale cylindrique
de celle-ci,
R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique de
l'enveloppe,
R1 = rayon de la base de la calotte, et
e1 = épaisseur de l'enveloppe pour Ri = R1,
l'épaisseur de la calotte étant au moins égale à e1. L'invention
s'applique notamment aux "bouteilles" de gaz.

Claims

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit
exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies
comme suit:
1- Récipient pour le stockage de fluide sous pression, du
type comportant une enveloppe intérieure de forme de révolution
autour d'un axe longitudinal X,X', présentant une partie centrale
cylindrique et deux parties d'extrémité, au moins une desdites
parties d'extrémité étant bombée vers l'extérieur, de façon à
former une extrémité convexe, un frettage de fibres résistantes
enrobées d'un matériau liant durcissable, entourant ladite
enveloppe et présentant au moins un enroulement planétaire laissant
dégagée, à ladite partie d'extrémité convexe, une calotte centrée
sur ledit axe X,X',
caractérisé en ce que le contour extérieur de ladite partie
d'extrémité convexe de l'enveloppe présente, en coupe
longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique
telle que le rapport G du demi petit axe au grand axe est tel que:
0,32 ? G ? 0,40 (I)
où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la partie
centrale cylindrique de l'enveloppe, et en ce que l'épaisseur ei
de ladite partie d'extrémité convexe de l'enveloppe, ladite calotte
étant exclue, varie suivant la formule:
<IMG> (II)
dans laquelle:
Ri = distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur de ladite
partie d'extrémité convexe, auquel est mesurée l'épaisseur ei,
e = épaisseur de l'enveloppe dans la partie centrale cylindrique
de celle-ci,

R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique de
l'enveloppe,
R1 = rayon de la base de ladite calotte, et
e1 = épaisseur de llenveloppe pour Ri = R1,
l'épaisseur de ladite calotte étant au moins égale à e1.
2- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ledit rapport G est tel que:
0,34 ? G ? 0,35
3- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le contour intérieur de ladite partie d'extrémité convexe de
l'enveloppe présente, en coupe longitudinale, une forme au moins
approximativement elliptique.
4- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que
les deux parties d'extrémité de l'enveloppe sont bombées vers
l'extérieur, au moins une desdites parties étant munie d'un orifice
de remplissage.
5- Récipient selon la revendication 4, caractérisé en ce
qu'une partie d'extrémité de l'enveloppe présente un goulot, et en
ce que, au moins à la périphérie de ladite partie d'extrémité, le
contour extérieur de cette dernière présente, en coupe
longitudinale, une forme au moins approximativement elliptique
selon la formule (I) et, au moins à ladite périphérie, l'épaisseur
de ladite partie d'extrémité varie selon la formule (II).
6- Récipient selon la revendication 5, caractérisé en ce que,
au moins à la périphérie de ladite partie d'extrémité contenant le

goulot, le contour intérieur de cette dernière présente, en coupe
longitudinale. une forme au moins approximativement elliptique.
7- Récipient selon la revendication 5, caractérisé en ce que
ledit frettage s'appuie sur ledit goulot.
8- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ledit frettage comporte au moins un enroulement circonférentiel sur
ledit enroulement planétaire, en correspondance avec au moins la
partie centrale cylindrique de l'enveloppe.
9- Récipient selon la revendication 8, caractérisé en ce que
ledit frettage est constitué d'une alternance d'enroulements
planétaires et d'enroulements circonférentiels.
10- Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ladite enveloppe est réalisée en métal.
11- Récipient selon la revendication 10, caractérisé en ce
que ladite enveloppe de métal est réalisée en aluminium.

Description

13~ 229~
1 La présente invention concerne un réciplent pour l.e
stockage de flui.de sous pression.
Plus parti.culièrement, quoique non exclusivement,
l'invention se rapporte à des récipients dits "bouteilles"
de stockage de gaz, tels que de l'air, de l'oxygène, de
l'azote, du gaz carbonique, utilisées dans différents
secteurs industriels.
On connalt déjà, par exemple par le document US-A-
3 508 677, un tel récipient pour le stockage de gaz sous
pression, comprenant, de manière générale, une enveloppe
intérieure, présentant une partie centrale cylindrique et
deux parties d'extrémité bombées, et un frettage de fibres
résistantes enrobées d'un liant durcissable, entourant
ladite enveloppe.
Dans ce cas, l'enveloppe est d'épaisseur constante, aussi
bien dans la partie centrale cylindrique qu'aux deux
parties d'extrémité bombées.
Cependant, une telle épaisseur constante, compte tenu des
différences de contraintes entre la partie centrale et les
parties d'extrémité, implique que, pour obtenir une bonne
résistance du récipient, la partie centrale doit présenter
une surépaisseur par rapport à ce qui serait nécessaire. Il
en résulte un "surpoids" du récipient, ce qui est
particulièrement désavantageux quand de tels récipients
sont destinés à être utilisés dans des engins spatiaux, ou
à être transportés à dos d'homme (bouteilles de plongée,
par exemple).
La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient,
et concerne un récipient de stockage de fluide sous
pression adapté pour présenter le meilleur rapport
poids/résistance possible.

2 131229~
1 ~ cet effet, le récipient pour le stockage de fluide sous
pression, du type comprenant une enveloppe intérieure de
forme de révolution autour d'un axe longitudinal X,X',
présentant une partie centrale cylindrique et deux parties
d'extrémité, au moins une desdi.tes parties d'extrémité étant
bombée vers l'extérieur, un frettage de fibres résistantes
enrobées d'un liant durcissable, entourant ladite enveloppe
et présentant au moins un enroulement planétaire laissant
dégagée, à ladite partie d'extrémité bombée, une calotte
centrée sur ledit axe X,X', est remarquable, selon l'inven-
tion, en ce que le contour extérieur de ladite partie
d'extrémité bombée de l'enveloppe présente, en coupe longi-
tudinale, une forme au moins approximativement elliptique
telle que le rapport G du demi petit axe au grand axe est
tel que :
0,32 ~ G ~ 0,40 (I)
où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la
partie centrale cylindrique de l'enveloppe, et en ce que
l'épaisseur ei de ladite partie d'extrémité bombée de
l'enveloppe, ladite calotte étant exclue, varie suivant la
formule :
e. = e1- ~ e (R - Ri) + e (II)
l R - R1
dans laquelle :
Ri = distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur de
ladite partie d'extrémité bombée, auquel est mesurée
l'épaisseur ei,
e = épaisseur de l'enveloppe dans la partie centrale
cylindrique de celle-ci,
30 R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique de
l'enveloppe,

13122~
1 R1 = rayon de la base de ladite calotte, et
el = épaisseur de l'enveloppe pour Ri = R1,
l'épaisseur de ladite calotte étant au moins égale à e1.
Ainsi, le récipient selon l'invention présente le meilleur
rapport possible poids/résistance, car il ne comporte pas
de surépaisseur dans la partie centrale cylindrique de
l'enveloppe. Par ailleurs, la forme elliptique des parties
d'extrémité bombées permet d'obtenir un plus grand volume,
par exemple par rapport à une forme hémisphérique, pour une
même longueur, c'est-à-dire un même encombrement, du
récipient. De plus, cette forme elliptique assure une
meilleure assise pour l'enroulement planétaire.
En particulier, ledit rapport G est tel que :
0,34 ~ G ~ O,35.
Avantageusement, le contour intérieur de ladite partie
d'extrémité bombée de l'enveloppe présente, en coupe
longitudinale, une forme au moins approximativement
elliptique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux
parties d'extrémité de l'enveloppe sont bombées vers
l'extérieur, au moins une desdites parties étant munie d'un
orifice de remplissage.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, une
partie d'extrémité de l'enveloppe présente un goulot, et,
au moins à la périphérie de ladite partie d'extrémité, le
contour extérieur de cette dernière présente, en coupe
longitudinale, une forme au moins approximativement
elliptique selon la formule (I) et, au moins à ladite
périphérie, l'épaisseur de ladite partie d'extrémité varie
3 selon la formule (II).

4 1 3122~
l ~vantageusement, au moins à la périphérie de ladite partie
d'extrémité présentant le goulot, le contour intérieur de
cette dernière présente, en coupe longitudinale, une forme
au moins approximativement elliptique.
Dans le cas où le récipient présente un goulot, de facon
appropriée, ledit frettage s'appuie sur ledit goulot.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit
frettage comporte au moins un enroulement circonférentiel
sur ledit enroulement planétaire, en correspondance avec au
moins la partie centrale cylindrique de l'enveloppe.
En particulier, ledit frettage est constitué d'une
alternance d'enroulements planétaires et d'enroulements
circonférentiels.
Par ailleurs, ladite enveloppe peut être réalisée en métal,
par exemple en aluminium.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment
l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des
références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un
récipient conforme à l'invention.
La figure 2 montre, à échelle agrandie, une partie
d'extrémité bombée du récipient de la figure 1.
La figure 3 est une vue semblable à la figure 2 montrant
une alternance d'enroulements planétaires et d'enroulements
25 circonférentiels.

13~ 229~
1 La figure 4 est une vue semblable à la f`igure 1 d'un
récipient, conf`orme à l'invention, présentant un goulot.
En se référant plus particulièrement à la figure 1, le
récipient 1 pour le stockage de fluide sous pression
comprend une enveloppe intérieure 2, par exemple en
aluminium, de forme de révolution autour d'un axe longitu-
dinal X,X', présentant une partie centrale cylindrique 2a
et deux parties d'extrémité 2b bombées vers l'extérieur.
~ne des parties d'extrémité 2b, à droite sur la figure 1,
pr~sente un orifice 3 pour le remplissage du récipient par
un fluide. Par ailleurs, le récipient 1 présente un
frettage 4 de fibres résistantes (par exemple de verre,
Kevlar (marque déposée), carbone, bore) enrobées d'un liant
durcissable, entourant l'enveloppe 2. Pour la clarté du
dessin, le frettage 4 montré sur les figures 1 et 2
comporte un seul enroulement planétaire 5, laissant
dégagée, aux parties d'extrémité 2b, une calotte 6 centrée
sur l'axe X,X'.
Cependant, de manière avantageuse, comme montré sur la
figure 3, le frettage 4 est généralement constitué d'une
alternance d'enroulements planétaires 5 et d'enroulements
circonférentiels 7. Chacun de ces derniers s'applique sur
l'enroulement planétaire 5 immédiatement inférieur, en
correspondance avec la partie centrale cylindrique 2a de
l'enveloppe 2.
Comme déjà indiqué, et en se référant plus particulièrement
à la figure 2, selon l'invention, le contour extérieur des
parties d'extrémité bombées 2b de l'enveloppe 2 présente,
en coupe longitudinale, une forme au moins approximative-
ment elliptique telle que le rapport G du demi petit axe augrand axe est tel que :
0,32 ~ G ~ 0,40 (I)

13~22~
1 où le grand axe correspond au diamètre extérieur de la
partie centrale cylindrique 2a de l'enveloppe 2, et
l'épaisseur ei de chaque partie d'extrémité bombée 2b de
l'enveloppe 2, ladite calotte 6 étant exclue, varie suivant
la formule :
ei = e1 - e (R - Ri) ~ e (II)
R - R
dans laquelle :
Ri ~ distance à l'axe X,X' du point du contour extérieur 8
de ladite partie d'extrémité bombée 2b, auquel est
mesurée l'épaisseur ei,
e - épaisseur de l'enveloppe 2 dans la partie centrale
cylindrique 2a de celle-ci,
R = rayon extérieur de la partie centrale cylindrique 2a
de l'enveloppe 2,
R1 = rayon de la base de ladite calotte 6, et
e1 = épaisseur de l'enveloppe 2 pour Ri = R1, l'épaisseur
de ladite calotte 6 étant au moins égale à e1.
Plus particulièrement, ledit rapport G peut être tel que :
0,34 ~ G ~ 0,35
Par ailleurs, le contour intérieur 9 de chaque partie
d'extrémité bombée 2b de l'enveloppe 2 présente, en coupe
longitudinale, une forme au moins approximativement
elliptique.

7 13122~
1 La figure 4 illustre un autre exemple de réalisation de
récipient 1 conforme à l'invention, dans lequel une partie
d'extrémité 2b bombée vers l'extérieur présente un goulot
10, l'enroulement planétaire 5 du frettage 4 s'appuyant sur
le gou]ot 10.
Dans ce cas, à la périphérie 11 de ladite partie d'extré-
mité 2b, le contour extérieur 12 de cette dernière
présente, en coupe longitudinale, une forme au moins
approximativement elliptique selon la formule (I) et, au
moins à ladite périphérie 11, l'épaisseur de ladite partie
d'extrémité 2b varie selon la formule (II).
Par ailleurs, à la périphérie 11 de ladite partie d'extré-
mité 2b présentant le goulot 10, le contour intérieur 13 de
cette dernière présente, en coupe longitudinale, une forme
au moins approximativement elliptique.
Comme déjà indiqué, l'invention s'applique plus particuliè-
rement 2UX bouteilles haute performance de stockage de gaz
tel que l'air, l'oxygène, l'azote, le gaz carbonique,
destinées aux secteurs suivants :
20 - professionnels de la sécurité (pompiers, protection
civile, hôpitaux...),
- service de la sécurité des entreprises industrielles,
services publics, pétroliers, grandes usines chimiques et
armées,
25 - activités sous-marines, plongées "professionnels et
amateurs", sous-marins, mineurs,
- transports, bouteilles embarquées.

Representative Drawing