CRYOGENIC FUEL TANK AND USE THEREOF IN A MOTOR VEHICLE

RESERVOIR DE FLUIDE CRYOGENIQUE ET UTILISATION DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE

Abrégé français

Réservoir de fluide cryogénique, comprenant une enveloppe externe (2) et une
enveloppe interne (1), l~interespace entre les enveloppes étant occupé par une
structure d~isolation multicouche (3), dans lequel l~enveloppe interne (1) est
supportée sur un point d~articulation (A) formé par une structure support (6)
solidaire de l~enveloppe externe (2) et s~étendant dans cette dernière, le
point d~articulation étant situé au-dessus du centre de gravité (G) de
l~enveloppe interne. Applications aux réservoirs de carburant cryogénique de
véhicules automobiles.

Abrégé anglais

A cryogenic fluid tank comprising an outer envelope (2) and an inner envelope (1), wherein the space between said envelopes is occupied by a multilayered insulation structure (3) wherein the inner envelope (1) is supported on a point of articulation (A) formed by a support structure (6) coupled to the outer envelope (2) and extending into the latter, wherein the point of articulation is located above the center of gravity (G) of the inner envelope. Applications: cryogenic fuel tanks in motor vehicles.

Revendications

REVENDICATIONS
1. Réservoir de fluide cryogénique, comprenant une enveloppe externe (2)
et une enveloppe interne (1), l'interespace entre les enveloppes étant occupé
par
une structure d'isolation multicouche (3), caractérisé en ce que l'enveloppe
interne (1) est supportée sur un point d'articulation (A) formé par une
structure
support (6) solidaire de l'enveloppe externe (2) et s'étendant dans cette
dernière,
le point d'articulation étant situé au-dessus du centre de gravité (G) de
l'enveloppe interne.
2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure
support (6) s'étend dans un volume en creux (5) de l'enveloppe interne (1).
3. Réservoir selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'elle comporte
des lignes de transfert de fluides et/ou de signaux électriques communiquant
avec l'intérieur de l'enveloppe interne (1) et s'étendant, vers l'extérieur,
dans la
structure support (6)
4. Réservoir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce que l'enveloppe interne (1) est de configuration générale cylindrique avec
un
axe longitudinal.
5. Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure
support (6) est orthogonale à l'axe longitudinal.
6. Réservoir selon la revendication 2 et la revendication 5, caractérisé en
ce que le volume en creux est formé par une structure de cloche (5) s'étendant
transversalement centralement dans l'enveloppe interne (1).
7. Réservoir selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que le
point d'articulation est formé par une articulation à rotule (11) disposée
entre les
parois du volume en creux (5) et de la structure support (6).
8. Utilisation d'un réservoir selon l'une des revendications précédentes
dans un véhicule automobile.

Description

CA 02563473 2006-10-16
WO 2005/121631 PCT/FR2004/050718
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Réservoir de fluide cryogénique et utilisation dans un véhicule automobile
La présente invention concerne des réservoirs de fluides cryogéniques,
notamment pour le stockage embarqué de carburants cryogéniques liquides, du
type comprenant une enveloppe externe et une enveloppe interne, l'interespace
entre tes enveloppes interne et externe étant occupé par une structure
d'isolation
multicouche.
La réalisation de réservoirs avec isolation multicouches pose des difficultés
io importantes en terme de coût de main d'oruvre. L'automatisation de la
fabrication
des isolations multicouches reste hypothétique en raison des nombreux
raccordements et tuyauteries entrant et sortant du réservoir (remplissage et
soutirage liquide, soutirage de la phase gazeuse, connexions diverses ...). De
plus, le supportage du réservoir interne est généralement obtenu par des
systèmes de col ou de tirants relativement sophistiqués en matériaux non
conducteurs, qui, dans le cas particulier des réservoirs pour véhicules
automobiles, doivent être mécaniquement surdimensionnés afin de résister à des
niveaux d'accélérations importants imposés par les constructeurs. Ces cols ou
tirants et les piquages de tuyauteries ou de conducteurs créent des
discontinuités
2o nuisant à la bonne isolation du réservoir et constituent des sources
d'entrée de
chaleur importantes réduisant les performances thermiques du réservoir.
La présente invention a pour objet de proposer une structure de réservoir
de fluide cryogénique réduisant grandement les inconvénients ci-dessus et
permettant de réaliser de façon simple et efficace un réservoir à isolation
thermique amélioré et à tenue aux chocs également améiiorée.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, l'enveloppe interne
est supportée sur un point d'articulation formé par une structure support
solidaire
du réservoir externe, et s'étendant dans cette dernière, le point
d'articulation étant
situé au-dessus du centre de gravité du réservoir interne.
Selon d'autres caractéristiques plus particulières de l'invention :
- la structure support s'étend dans un volume en creux du réservoir
interne, typiquement d'axe vertical,

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- l'enveloppe inteme est de configuration générale cylindrique avec un
axe longitudinal,
- les lignes de transfert de fluides ou de signaux électriques
communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe inteme s'étendent vers
l'extérieur dans la structure support.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un tel réservoir
dans un véhicule automobile, pour le stockage d'un fluide énergétique
utilisable
par le véhicule, notamment pour sa motricité.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de
1o descriptions suivantes, de modes de réalisation, donnés à titre illustratif
mais
nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels
:
- la figure 1 est une vue en coupe schématique longitudinale d'un mode
de réalisation d'un réservoir selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du réservoir
de la figure 1; et
- la figure 3 est une vue schématique en coupe partielle d'un exemple
d'une zone d'articulation du réservoir de la figure 1.
Sur les figures 1 et 2, on reconnaît une structure de réservoir pour le
stockage de fluide cryogénique liquide L confiné dans une enveloppe inteme 1
2ô entièrement disposée dans une enveloppe externe 2, 1'interespace entre les
enveloppes 1 et 2 étant occupé par une structure d'isolation multicouche 3 et
placé sous vide poussé.
Selon un aspect de l'invention, la structure d'isolation multicouches 3 est
avantageusement constituée d'une alternance de couches réfléchissantes /
intercalaires constituées par des couches de polyéthylène téréphtalique de
type
MylarTM aluminisé et de papier de verre de type DextarTM ou LydailTM. Le vide
dans
l'interespace entre les enveloppes est à une pression typiquement inférieure à
10-4 millibars.
Comme on le voit bien sur les figures 1 et 2, si les enveloppes 1 et 2 ont
une configuration générale cylindrique d'axe longitudinal horizontal et
agencées
coaxialement l'une par rapport à l'autre. Selon un aspect de l'invention,
l'enveloppe interne 1 est supportée de façon articulée, en un point A, situé
en
configuration normale d'utilisation du réservoir au-dessus du centre de
gravité G

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de l'enveloppe 1 renfermant un stockage de liquide L. L'articulation A est
formée
entre le fond 4 d'une structure en cloche 5 s'étendant verticalement depuis le
fond de l'enveloppe interne 1, auquel elle est solidarisée, jusqu'au voisinage
de
la paroi supérieure de cette demière, et par l'extrémité supérieure d'une
structure
tubulaire 6 s'étendant verticalement, dans la cloche 5 coaxialement à cette
dernière, depuis le fond de l'enveloppe interne 1 auquel elle est solidarisée.
Pour
faciliter le démontage pour inspection et maintenance, la structure en cloche
5 et
la structure tubulaire 6 peuvent être assemblées aux enveloppes 1 et 2 par des
systèmes à brides comme représenté sur la Figure 1.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, l'ensemble des organes de
transfert de fluides ou de signaux électriques débouchant dans l'intérieur de
l'enveloppe interne 1 tels que la canalisation de remplissage 7 de liquide
dans
l'enveloppe interne 1, la sonde 8 de mesure de niveau du liquide L dans
l'enveloppe 1, ou la canalisation 9 de soutirage du col gazeux dans
l'enveloppe
interne 1, traversent les parois de fond de la cloche 5 et du support
tubulaire 6 au
voisinage du point d'articulation A et s'étendent dans le support tubulaire 6
vers
l'extérieur de l'enveloppe exteme 2, typiquement à travers une boite à vannes
10
renfermant les vannes 11 également placées sous vide.
On comprendra qu'avec un tel agencement, l'enveloppe interne 1 est
2o suspendue de façon pendulaire dans l'enveloppe externe 2, les ballottements
angulaires de l'enveloppe interne 1 autour du point d'articulation A sous
l'effet
d'accélérations externes et/ou internes étant immédiatement amortis par la
structure d'isolation 3 compactée entre les enveloppes 1 et 2, l'enveloppe
interne
recouvrant automatiquement, par simple gravité, sa configuration équilibrée de
repos en l'absence d'accélérations. Selon l'invention, donc, l'enveloppe
interne
est prémunie contre un grand nombre d'accidents, ce qui permet de simplifier
et
d'automatiser la mise en place de l'isolation autour de cette enveloppe. De
plus,
les traversées de parois de tuyauteries et conducteurs sont regroupées dans
l'étroite zone d'articulation autour du point A à l'intérieur de l'enveloppe
interne 1,
3o réduisant ainsi grandement tous les ponts thermiques vers l'extérieur.
Dans le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 3, le point
d'articulation A est réalisé. par un assemblage en rotule entre le fond 4 de
la
cloche 5 et une paroi d'extrémité 12 fermant le haut de la structure support 5
les

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jonctions de tubulures entre le fond 4 et la paroi de fond 12 étant assurée
par des
raccords flexibles tels que 13 par exemple en acier inoxydable annelé.
Quoique que l'invention ait été décrite en relation avec des modes de
réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible
de
modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier dans le
cadre
des revendications ci-après. Ainsi, en variante des modes de réalisation des
Figures 1 à 3, le support tubulaire peut s'étendre vers le bas, depuis le haut
de
l'enveloppe externe 2, dans une structure en cloche raccourcie ouverte vers le
haut et s'étendant vers le bas, depuis le haut de l'enveloppe interne jusqu'à
un
io point situé au-dessus du centre de gravité G. D'autre part, en place et
lieu d'un
support tubulaire 6 s'étendant verticalement dans une cloche également
verticale
5, le point d'articulation A peut être formé entre la génératrice supérieure
d'une
structure support tubulaire s'étendant horizontalement, entre les extrémités
bombées en regard de l'enveloppe externe 2, dans un volume en creux
cylindrique également horizontal formé dans l'enveloppe interne 1, entre ses
extrémités bombées axialement opposées, cette demière représentant à son tour
une configuration générale tubulaire avec un volume en creux excentré vers le
haut. Dans ce cas, également, les tuyauteries et conducteurs de raccordement
s'étendent vers l'extérieur depuis la zone d'articulation, dans le support
tubulaire
2o horizontal, le long de ce dernier.

Dessin représentatif