EP1258671A1 - Dispositif d'obturation et de raccordement à des canalisations externes d'un réservoir de fluide cryogénique - Google Patents

Dispositif d'obturation et de raccordement à des canalisations externes d'un réservoir de fluide cryogénique Download PDF

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    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG

Definitions

  • the present invention relates to cryogenic fluid reservoirs and, more particularly the shutter and connection devices to external pipelines of such tanks.
  • Known devices for closing and connecting tanks of cryogenic fluid consist of a mechanically welded assembly of a blanking plate and machined and fixed connection parts, typically by welding, in holes machined in the cover plate.
  • This technique is particularly expensive, because of the number of parts different to make, store and assemble, and the large number of rejects resulting from the machining and welding problems of the constituent materials, typically austenitic stainless steels.
  • the object of the present invention is to provide an architecture for simplified device to eliminate most of these problems and greatly reduce manufacturing and assembly costs.
  • the invention provides a device comprising a subset monobloc in molded stainless steel, typically made by lost wax molding, defining at least two, typically at least three fluid passage channels.
  • the subset monobloc is made by molding from a steel alloy austenitic stainless comprising at least 16%, typically between 16 and 18.5% chromium and at least 10%, typically between 10 and 13.5% nickel, and having, in the liquid phase, a ferrite content greater than 2%, preferably not exceeding 6%.
  • the present invention also relates to a fluid reservoir cryogenic, especially liquid oxygen for home oxygen therapy, equipped with such a device and typically provided with two heaters atmospheric connected to liquid and gas outlet passages from the device.
  • Figure 1 there is shown a device according to the invention set place on a neck flange 2 mounted in the neck of a cryogenic tank 3.
  • the device according to the invention comprises a one-piece sub-assembly 1 made of molded stainless steel comprising essentially a main disc-shaped part 4 having a surface lower transverse forming joint plane 5 mounted flat on the flange 2 fitted with an annular seal 6.
  • the sub-assembly 1 comprises a central chimney 7 orthogonal to the disc 4, substantially coaxial with the latter, and defining a passage central 8.
  • a first transverse channel 9 In the main part 4 are defined, with protruding bosses on the face opposite the joint plane 5, a first transverse channel 9, a second transverse channel 10 orthogonal to the previous one and a third channel transverse 11 in the plane of the channel 10 and diametrically opposite the latter.
  • the channel 10 opens at the lower part of the disc 4 by a cavity 12 while the channel 11 opens, for its part, by a portion of channel 13 formed in part in a projecting shoulder 14 where also the downward opening central channel 8.
  • Channel 9 similarly opens downwards through a portion channel formed in a projecting shoulder 15.
  • a axial channel 16 passing through the disc 4 receiving a part 17 allowing the electrical connection to a level 18 capacitive gauge.
  • the monobloc sub-assembly 1 is mounted on the flange 2 by three screws angularly distributed (not shown) and by a column 19 at the end threaded lower also serving, via a support plate 20, to support a flow control valve housing 21, as will be seen later.
  • the channel 9 receives the upstream end 22 of an atmospheric heating coil 23, such as described in French patent application FR 99 13617, the portion of channel in the shoulder 15 receiving the end of a dip tube 24 extending to the vicinity of the bottom of the inner container of the reservoir 3.
  • a dip tube 25 is mounted in the lower end of the channel 8. The latter is extended upward by a flare formed in a enlarged diameter head 26 having an external thread 27 and receiving the lower end of a valve filling terminal 28 maintained at place on the chimney 7 by a nut 29 cooperating with the thread 27.
  • transverse channel 10 To the transverse channel 10 is connected the upstream end of a coil atmospheric heater 30, the downstream end of which is connected to the housing of valve 21 mentioned above.
  • Channel 11 is in turn connected externally to a vent valve (not shown).
  • the implementation of the device described is as follows: filling in liquefied fluid, from reservoir 3 operates at a low pressure, close to 3 bar, via valve 28, channel 8 and tube 25, the internal volume of the tank being, during this operation, in communication with the atmosphere room via channels 13 and 11 and the vent valve downstream of this latest.
  • an overflow tube (not shown) extending into the tank, is brazed in channel 13 to limit the height of liquid stored in the tank.
  • fluid removal cryogenic in liquid form contained in the tank, pressurized by the gaseous sky in the tank is carried out by the tube 24, the channel 9 and the coil 23 before reaching the flow control valve housing 21 supplying, via its output 31, a gaseous flow with controlled flow rate to a user.
  • the sampling of the gas phase in the reservoir 3 is carried out by the channel 10 and the coil 30 before joining the valve housing21, provided with minus a safety pressure relief valve 32.
  • the liquid outlet channel 9 is placed opposite the passage 16 for mounting the probe 18 so that the withdrawal of liquid is carried out with a minimum transmission of frigories to the passage 17 of the probe 18.
  • the channel 11 extends out of the disc 4 by a tubular extension transverse 33 to move the vent valve away from the disc 4 and therefore avoid excessive cooling of this valve.
  • the sub-assembly 1 is produced by lost wax molding, which virtually eliminates the need for machining, from stainless steel with at least 16% chromium and at least 10% nickel, typically a piece of 316L stainless steel which, after casting, represents a ferrite content greater than 2%, typically between 2 and 6%, which is obtained by adding chromium to the metal bath fusion.

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Abstract

Le dispositif comporte un sous-ensemble monobloc (1) en acier inoxydable moulé comportant une partie principale en forme de disque (4) montée sur une bride (2) du réservoir (3) et définissant au moins deux canaux (8, 9) de passage de fluide, typiquement pour le remplissage, la mise à l'air, et le soutirage de phases liquides et gazeuses réchauffées par des réchauffeurs atmosphériques (23 ; 30) pour la fourniture (31) d'un flux gazeux contrôlé.
Application notamment aux réservoirs cryogéniques d'oxygène médical pour oxygénothérapie.

Description

La présente invention concerne les réservoirs de fluide cryogénique et, plus particulièrement les dispositifs d'obturation et de raccordement à des canalisations externes de tels réservoirs.
Les dispositifs connus d'obturation et de raccordement des réservoirs de fluide cryogénique sont constitués d'un assemblage mécano-soudé d'une plaque d'obturation et de pièces de raccordement usinées et fixées, typiquement par soudage, dans des orifices usinés dans la plaque d'obturation. Cette technique est particulièrement onéreuse, du fait du nombre de pièces différentes à réaliser, stocker et assembler, et au nombre important de rebuts résultant des problèmes d'usinage et de soudage des matériaux constitutifs, typiquement des aciers inoxydables austénitiques.
La présente invention a pour objet de proposer une architecture de dispositif simplifiée permettant de supprimer la plupart de ces problèmes et de réduire grandement les coûts de fabrication et d'assemblage.
Pour ce faire, l'invention propose un dispositif comportant un sous-ensemble monobloc en acier inoxydable moulé, réalisé typiquement par moulage à la cire perdue, définissant au moins deux, typiquement au moins trois canaux de passage de fluide.
Selon une caractéristique plus particulière de l'invention, le sous-ensemble monobloc est réalisé par moulage à partir d'un alliage en acier inoxydable austénitique comprenant au moins 16%, typiquement entre 16 et 18,5% de chrome et au moins 10%, typiquement entre 10 et 13,5% de nickel, et ayant, en phase liquide, un taux de ferrite supérieur à 2%, de préférence n'excédant pas 6%.
La présente invention a également pour objet un réservoir de fluide cryogénique, notamment d'oxygène liquide pour oxygénothérapie à domicile, équipé d'un tel dispositif et typiquement pourvu de deux réchauffeurs atmosphériques reliés à des passages de sorties de liquide et de gaz du dispositif.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale de la partie supérieure d'un réservoir cryogénique d'oxygénothérapie pourvu d'un dispositif selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue en coupe du dispositif de la figure 1 dans un plan de coupe orthogonal au plan de coupe de la figure 1 ; et
  • la figure 3 est une vue de côté du dispositif de la figure 2.
Sur la figure 1 on a représenté un dispositif selon l'invention mis en place sur une bride de col 2 montée dans le col d'un réservoir cryogénique 3.
Selon un aspect de l'invention, le dispositif selon l'invention comprend un sous-ensemble monobloc 1 réalisé en acier inoxydable moulé comprenant essentiellement une partie principale en forme de disque 4 ayant une surface inférieure transversale formant plan de joint 5 monté plaqué sur la bride 2 munie d'un joint annulaire 6.
Le sous-ensemble 1 comporte une cheminée centrale 7 orthogonale au disque 4, sensiblement coaxiale à ce dernier, et définissant un passage central 8. Dans la partie principale 4 sont définis, avec des bossages en saillie sur la face opposée au plan de joint 5, un premier canal transversal 9, un deuxième canal transversal 10 orthogonal au précédent et un troisième canal transversal 11 dans le plan du canal 10 et diamétralement opposé à ce dernier. Le canal 10 débouche à la partie inférieure du disque 4 par une cavité 12 tandis que le canal 11 débouche, lui, par une portion de canal 13 formée en partie dans un épaulement en saillie 14 où débouche également vers le bas le canal central 8. Le canal 9 débouche similairement vers le bas par une portion de canal formée dans un épaulement en saillie 15.
Comme on le voit sur la figure 1, à l'opposé du canal 9 est formé un canal axial 16 traversant le disque 4 recevant une pièce 17 permettant le raccordement électrique à une jauge capacitive de niveau 18.
Le sous-ensemble monobloc 1 est monté sur la bride 2 par trois vis angulairement réparties (non représentées) et par une colonne 19 à extrémité inférieure filetée servant également, via une plaque support 20, à supporter un boítier de vanne de contrôle de débit 21, comme on le verra plus loin.
Comme on le voit sur la figure 1, en configuration assemblée, le canal 9 reçoit l'extrémité 22 amont d'un serpentin réchauffeur atmosphérique 23, tel que décrit dans la demande de brevet français FR 99 13617, la portion de canal dans l'épaulement 15 recevant l'extrémité d'un tube plongeur 24 s'étendant jusqu'au voisinage du fond du récipient intérieur du réservoir 3. De façon similaire, un tube plongeur 25 est monté dans l'extrémité inférieure du canal 8. Ce dernier est prolongé vers le haut par un évasement formé dans une tête de diamètre élargi 26 comportant un filetage extérieur 27 et recevant l'extrémité inférieure d'une borne de remplissage à clapet 28 maintenue en place sur la cheminée 7 par un écrou 29 coopérant avec le filetage 27.
Au canal transversal 10 est raccordée l'extrémité amont d'un serpentin réchauffeur atmosphérique 30 dont l'extrémité aval est reliée au boítier de vanne 21 susmentionné. Le canal 11 est quant à lui relié extérieurement à une vanne de mise à l'air (non représentée).
La mise en oeuvre du dispositif décrit est la suivante : le remplissage en fluide liquéfié, du réservoir 3 s'opère à une basse pression, proche de 3 bar, via la borne à clapet 28, le canal 8 et le tube 25, le volume intérieur du réservoir étant, pendant cette opération, en communication avec l'atmosphère ambiante via les canaux 13 et 11 et la vanne de mise à l'air libre en aval de ce dernier. Typiquement un tube de trop plein (non représenté) s'étendant dans le réservoir, est brasé dans le canal 13 pour limiter la hauteur de liquide entreposé dans le réservoir. En exploitation, le prélèvement du fluide cryogénique sous forme liquide contenu dans le réservoir, préssurisé par le ciel gazeux dans le réservoir, s'effectue par le tube 24, le canal 9 et le serpentin 23 avant d'atteindre le boítier de vanne à contrôle de débit 21 fournissant, par sa sortie 31, un flux gazeux à débit contrôlé vers un utilisateur. Le prélèvement de la phase gazeuse dans le réservoir 3 s'effectue par le canal 10 et le serpentin 30 avant de rejoindre le boítier de vanne21, pourvu d' au moins une soupape de surpression de sécurité 32.
Comme on le voit sur la figure 1, le canal de sortie de liquide 9 est placé à l'opposé du passage 16 de montage de la sonde 18 de façon que le soutirage de liquide s'effectue avec un minimum de transmission de frigories à la traversée 17 de la sonde 18. De façon similaire, comme on le voit sur la figure 2, le canal 11 se prolonge hors du disque 4 par une extension tubulaire transversale 33 permettant d'éloigner la vanne de mise à l'air libre du disque 4 et donc d'éviter une mise en froid excessive de cette vanne.
Dans un mode de réalisation préféré, le sous-ensemble 1 est réalisé par moulage à la cire perdue, ce qui supprime quasiment les reprises d'usinage, à partir d'acier inoxydable comprenant au moins 16% de chrome et au moins 10% de nickel, typiquement un lopin en acier inoxydable du type 316L qui, après coulée, représente un taux de ferrite supérieur à 2%, typiquement entre 2 et 6%, qui est obtenu par un apport de chrome dans le bain de métal en fusion.

Claims (12)

  1. Dispositif d'obturation et de raccordement à des canalisations externes d'un réservoir (3) de fluide cryogénique, caractérisé en ce qu'il comporte un sous-ensemble monobloc (1) en acier inoxydable moulé définissant au moins deux canaux de passage de fluide (8-11).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sous-ensemble moulé (1) définit au moins trois conduits de passage de fluide (8-11).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le sous-ensemble moulé (1) présente une partie principale généralement en forme de disque (4) et ayant une face formant un plan de joint (5).
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un canal (9,10,11) débouche latéralement par rapport à la partie principale (4).
  5. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4 , caractérisé en ce qu'un canal (8) s'étend orthogonalement par rapport à la partie principale (4).
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le canal s'étendant orthogonalement (8) est formé en partie par une partie tubulaire en saillie (7).
  7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un passage traversant (16) de montage d'une traversée (17) de jauge de niveau (18).
  8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le sous-ensemble moulé (1) définit un passage central de remplissage (8), un passage de sortie de liquide (9) et un passage de sortie de gaz (10).
  9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sous-ensemble (1) est réalisé par moulage à la cire perdue d'un acier inoxydable austénitique comprenant au moins 16% de chrome et au moins 10% de nickel ayant, en phase liquide, un taux de ferrite supérieur à 2%, de préférence n'excédant pas 6%.
  10. Réservoir cryogénique équipé d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
  11. Réservoir selon la revendication 10 équipé d'un dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux réchauffeurs atmosphériques (23,30) reliés respectivement aux passages de sortie de liquide (9) et de gaz (10).
  12. Réservoir selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce qu'il contient de l'oxygène liquide médical.
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