EP4341560A1 - Appareil de compression et station de remplissage comprenant un tel appareil - Google Patents

Appareil de compression et station de remplissage comprenant un tel appareil

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EP4341560A1
EP4341560A1 EP22727821.5A EP22727821A EP4341560A1 EP 4341560 A1 EP4341560 A1 EP 4341560A1 EP 22727821 A EP22727821 A EP 22727821A EP 4341560 A1 EP4341560 A1 EP 4341560A1
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EP
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compression
head
compression chamber
fluid
rod
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EP22727821.5A
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Cyril BENISTAND-HECTOR
Martin Graser
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0157—Compressors

Definitions

  • the invention relates to a compression device as well as a filling station comprising such a device.
  • a compression device is for example a cryogenic pump, in particular for pumping liquefied hydrogen.
  • the invention relates more particularly to a cryogenic fluid compression apparatus comprising a sealed enclosure intended to contain a bath of cryogenic fluid, a compression chamber communicating with the bath, an intake system communicating with the compression chamber configured to allow the entry of fluid to be compressed into the compression chamber, a movable piston to ensure the compression of the fluid in the compression chamber, the apparatus further comprising an evacuation system communicating with the compression chamber and configured to allow the exit of compressed fluid, the piston being mounted at a first end of a rod, the apparatus comprising a mechanism for driving the rod back and forth in a longitudinal direction, the driving mechanism comprising a motor provided with a rotating shaft and a mechanical system converting the rotational movement of the rotating shaft into a translating movement ation of a head sliding in the longitudinal direction and to which a second end of the rod is connected.
  • crank-rod mechanism Driven by a crank-rod mechanism is a well-known actuation solution for cryogenic piston pumps. Most of these pumps operate with oil splash lubrication to guide the piston rod. This architecture is well suited to horizontal piston rod configurations because oil leaks are very limited.
  • the piston rod can be guided by plain bearings or anti-friction strips (eg bronze plates).
  • cryogenic pump For a vertically configured cryogenic pump, it is very difficult to perform such splash lubrication for the motion converting mechanism. Indeed, the cold end of the pump is placed in a tank (generally called a sump) and the articulated mechanism must be placed vertically on top of it. Oil leaks along the piston rod due to linear reciprocating motion. The fall of oil drops on the cryogenic part is not allowed for safety reasons.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the compression device is essentially characterized in that the head is mounted to slide and guided by two fixed guide rails. located on either side of the head and in that the head and/or a rail comprises an elastic portion, said elastic portion being configured to generate on the rail(s) a force transverse to the longitudinal direction.
  • embodiments of the invention may include one or more of the following features:
  • the invention also relates a filling station for pressurized gas tanks or pipes comprising a source of liquefied gas, in particular liquefied hydrogen, a withdrawal circuit having a first end connected to the source and at least one second end intended to be connected to a reservoir to be filled, the draw-off circuit comprising a compression apparatus conforming to any one of the characteristics above or below.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 represents a schematic and partial vertical sectional view illustrating an example of structure and operation of a compression device according to the invention
  • FIG. 1 represents a schematic and partial view, illustrating an example of a filling station using such a compression apparatus.
  • the device 1 for compression of cryogenic fluid represented schematically comprises a sealed enclosure 13 intended to contain a bath 16 of cryogenic fluid (typically a liquid phase in the lower part and a gaseous phase in the upper part).
  • the device 1 has at least one compression chamber 3 communicating with the liquid bath (in particular the compression chamber 3 is preferably immersed in the bath).
  • the device 1 comprises an intake system 2 communicating with the compression chamber 3 and configured to allow the entry of fluid to be compressed into the compression chamber 3 (typically comprising a system of valve(s) and/or orifice( s)).
  • an intake system 2 communicating with the compression chamber 3 and configured to allow the entry of fluid to be compressed into the compression chamber 3 (typically comprising a system of valve(s) and/or orifice( s)).
  • the device 1 further comprises a movable piston 5 to ensure the compression of the fluid in the compression chamber 3 and an evacuation system 7 communicating with the compression chamber 3 configured to allow the outlet of compressed fluid (typically comprising a set valve(s) and communicating with an evacuation pipe).
  • a movable piston 5 to ensure the compression of the fluid in the compression chamber 3
  • an evacuation system 7 communicating with the compression chamber 3 configured to allow the outlet of compressed fluid (typically comprising a set valve(s) and communicating with an evacuation pipe).
  • the piston 5 is mounted at a first end of a rod 50.
  • the device 1 comprises a mechanism 21 for driving the rod 50 in an alternating movement back and forth in a longitudinal direction A.
  • the drive mechanism 21 conventionally comprises a motor 121 provided with a rotating shaft 211 and a mechanical system 212, 213 converting the rotational movement of the rotating shaft 211 into a translational movement of a head 8 sliding in the direction A longitudinal.
  • a second end of the rod 50 is connected to the head to receive its actuation.
  • the head 8 can be made up of one or more assembled parts. This head 8 can also be designated in the literature by the terms “crosshead”, “crosse” or “crosshead” ("Crosshead” in English).
  • the piston rod 50 can be connected to one end of the head 8 via a coupling part, such as a rigid connection (for example of the bolted flange type) or a flexible connection (of the ball joint or pivot type for example).
  • a coupling part such as a rigid connection (for example of the bolted flange type) or a flexible connection (of the ball joint or pivot type for example).
  • the head 8 is slidably mounted and guided by two fixed guide rails 9.
  • the two rails 9 are located on either side of the head 8 (on either side in a direction perpendicular to the longitudinal direction A).
  • the head 8 is guided in translation by the rails 9 and receives the pulling and pushing forces via one end of the mechanism 21, for example a connecting rod 213 is connected to the head 8 at the level of a connection 11 ball joint or pivot.
  • the mechanical system converting the rotational movement of the rotating shaft 211 into a translational movement of the head 8 can be connected to a central zone of the head 8 via a link 11 located on a longitudinal straight line A passing through the axis of translation of the rod 50.
  • this straight line may also intersect the straight line passing through the rotating shaft 211 of the motor 210.
  • each end of the head 8 can be slidably mounted on a rail 9.
  • the head 8 can be slidably mounted on the guide rail 9 via a set 12 of rollers and/or balls.
  • the sliding system can also be of the precision rail type or any other suitable guide system (preferably not using oil in the case where the axis of the rod is vertical in the position of use).
  • carriages (with rollers or ball bearings) are screwed onto the head 8 and move with it.
  • the rails 9 are for example fixed to the frame of the device.
  • a passive (or active) cartridge can nevertheless be mounted on each of the carriages.
  • the head 8 comprises an elastic portion 10 which is configured to generate on the rail(s) 9 a force transverse to the longitudinal direction A.
  • the elastic portion 10 generates a permanent transverse force (a force) on the rail(s) 9.
  • the aforementioned arrangement makes it possible to at least partially rebalance these transverse forces in the device 1.
  • the force Fm exerted by the motion transformation mechanism 21 induces a tensile component Ft on the rod 50 and a transverse thrust component F1 towards one of the rails 9.
  • the elastic portion 10 is configured to generate on this same rail 9 a continuous force F2 in the direction opposite to this thrust F1 and which at least partially compensates for it (for example the force F2 is sized to halve the thrust force F1).
  • a force F2 can also be generated on the other rail 9; this has no particular influence on the proper functioning of the device.
  • this force F2 generated by the elastic portion is preferably constant, whereas the thrust F1 has an intensity which varies cyclically during the movements.
  • the value of F2 can be chosen to partially compensate for the maximum intensity of F1 during the cycle.
  • the maximum thrust force (when operating at low load, the spring force will be greater than the thrust force.
  • the elastic portion 10 permanently performs a "transverse compensating load".
  • the final effort resulting in the mechanism is thus limited and makes it possible to limit the stresses in the operating phase generating the most effort. A better balancing or clipping of the transverse forces is obtained.
  • this solution provides a second guide rail which, together with the elastic member 10, reduces the lateral forces .
  • the elastic portion 10 can be located between the central zone of the head 8 and one of the two rails 9.
  • This elastic portion 10 can comprise a spring or a prestressed deformable zone or any other member generating a force. appropriate.
  • this elastic portion may comprise a spring formed by a loop-shaped portion (for example with two lobes) of a part of the body of the head 8.
  • the elastic portion 10 can be integrated into (or constituted by) the head 8.
  • the elements 8 and 10 can be separate parts or the same part.
  • the compressive force of the fluid is obtained by a traction (rise) of the rod 50.
  • the compressive force of the fluid can be obtained by a push (descent) of the rod 50.
  • the lateral forces are reversed with respect to the description above.
  • the force F2 of the elastic portion 10 can also simply be reversed (either by moving this elastic portion to the other side of the head or by modifying the structure of the elastic portion 10 so that its force is directed to oppose too great an effort on the side concerned).
  • the piston 5 comprises a tubular portion mounted around a fixed central guide 15 .
  • a terminal end of the central guide 15 forming the fixed wall delimiting a part of the compression chamber 3 with the tubular portion of the piston 5.
  • the apparatus 1 is of the type with one compression stage (fluid compressed only once).
  • the invention also applies in the same way to a compression device with two compression stages (fluid undergoing two compressions in series).
  • the apparatus 1 may comprise a tubular piston 5 cooperating with a tubular cavity 14 or fixed chamber which is closed at its lower end to delimit two chambers 3, 4 of compression.
  • the intake system 2 communicates with a first compression chamber 3.
  • the architecture comprises a transfer system 6 (valve or other) communicating with the first 3 and the second 4 compression chamber and configured to allow the transfer of compressed fluid in the first 3 compression chamber to the second 4 compression chamber.
  • the mobile piston 5 alternately compressing the fluid in the first 3 (towards the second chamber 4) and in the second 4 compression chamber according to its direction of movement.
  • the evacuation system 7 communicates with the second chamber 4 of compression.
  • the device 1 can have the following operating characteristics: piston stroke of between 40 and 160 mm, a motor rotation speed of the order of 80 rpm to 500 rpm (corresponding to a frequency of between 1.3 Hz and 8.5 Hz for the piston 5).
  • the thrust force F1 can be of the order of 10-20% of Ft while the opposite force generated by the elastic member 10 can be of the order of 5-10% from Ft.
  • the architecture eliminates the need for an oil bath lubrication system that would ooze on the cryogenic part.
  • the architecture avoids having to manage an oil bath during maintenance operations. Only any lubricators which provide passive self-lubrication in operation of certain elements of the mechanism must be recharged.).
  • the solution is compact and lightweight and can be applied to any type of piston pump and any type of crank drive mechanism(s).

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Abstract

Appareil (1) de compression de fluide cryogénique comprenant une enceinte (13) étanche destinée à contenir un bain (16) de fluide cryogénique, une chambre (3, 4) de compression communiquant avec le bain, un système (2) d'admission communiquant avec la chambre (3, 4) de compression configuré pour permettre l'entrée de fluide à comprimer dans la chambre (3) de compression, un piston (5) mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre (3, 4) de compression, l'appareil (1) comprenant en outre un système (7) d'évacuation communiquant avec la chambre (3, 4) de compression et configuré pour permettre la sortie de fluide comprimé, le piston (5) étant monté à une première extrémité d'une tige (50), l'appareil (1) comprenant un mécanisme (21) d'entraînement de la tige (50) dans un mouvement d'allers-retours selon une direction (A) longitudinale, le mécanisme (21) d'entraînement comprenant un moteur (121) muni d'un arbre (211) tournant et un système mécanique (212, 213) convertissant le mouvement de rotation de l'arbre (211) tournant en un mouvement de translation d'une tête (8) coulissant selon la direction (A) longitudinale et à laquelle est reliée une seconde extrémité de la tige (50), caractérisé en ce que la tête (8) est montée coulissante et guidée par deux rails (9) de guidage fixes situés de part et d'autre de la tête (8) et en ce que la tête (8) et/ou un rail (9) comprend une portion élastique (10), ladite portion élastique (10) étant configurée pour générer sur le ou les rails (9) un effort transversal à la direction (A) longitudinale.

Description

    Appareil de compression et station de remplissage comprenant un tel appareil.
  • L’invention concerne un appareil de compression ainsi qu’une station de remplissage comprenant un tel appareil. Un tel appareil est par exemple une pompe cryogénique, notamment pour le pompage d’hydrogène liquéfié.
  • L’invention concerne plus particulièrement un appareil de compression de fluide cryogénique comprenant une enceinte étanche destinée à contenir un bain de fluide cryogénique, une chambre de compression communiquant avec le bain, un système d’admission communiquant avec la chambre de compression configuré pour permettre l’entrée de fluide à comprimer dans la chambre de compression, un piston mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre de compression, l’appareil comprenant en outre un système d’évacuation communiquant avec la chambre de compression et configuré pour permettre la sortie de fluide comprimé, le piston étant monté à une première extrémité d’une tige, l’appareil comprenant un mécanisme d'entraînement de la tige dans un mouvement d’allers-retours selon une direction longitudinale, le mécanisme d'entraînement comprenant un moteur muni d’un arbre tournant et un système mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre tournant en un mouvement de translation d’une tête coulissant selon la direction longitudinale et à laquelle est reliée une seconde extrémité de la tige.
  • L’entraînement par un mécanisme à bielle-manivelle est une solution d'actionnement connue pour les pompes à piston cryogéniques. La plupart de ces pompes fonctionnent avec une lubrification par barbotage d'huile pour guider la tige de piston. Cette architecture est bien adaptée aux configurations de tiges de piston horizontales car les fuites d'huile sont très limitées. La tige de piston peut être guidée par des paliers lisses ou bandes antifriction (par exemple des plaques de bronze).
  • Pour une pompe cryogénique à configuration verticale, il est très difficile d'effectuer une telle lubrification par barbotage pour le mécanisme de conversion de mouvement. En effet, l'extrémité froide de la pompe est placée dans un bac (appelé généralement puisard) et le mécanisme articulé doit être placé verticalement sur le dessus de celui-ci. Des fuites d’huile se produisent le long de la tige de piston en raison du mouvement linéaire de va-et-vient. La chute de gouttes d'huile sur la partie cryogénique n’est pas autorisée pour des raisons de sécurité.
  • Une solution consiste à utiliser un système de collecte de fuite et de recirculation (avec pompe, filtre, etc.). Cette solution n’est pas satisfaisante.
  • Une solution consiste à utiliser un mécanisme de guidage linéaire (par exemple des chariots à rouleaux, douilles à billes, etc.…) sans huile, monté du côté recevant la force transversale générée. Cette architecture est sujette à des efforts importants qui limitent la durée de vie et nécessitent un entretien fréquent. Cette solution peut en outre provoquer une augmentation de température élevée nécessitant d’arrêter l'installation. De plus, la course du piston est relativement courte par rapport à la charge (efforts). La taille de la tête coulissante est proche de la taille de la course. De plus, les efforts sont mal répartis du fait de la dissymétrie du mécanisme. Pour reprendre les efforts, plusieurs têtes coulissantes peuvent être prévues ou plusieurs guides peuvent être utilisés du côté recevant les efforts avec des accouplements mécaniques supplémentaires (rotule pour permettre le montage). Ceci ne résout cependant pas complètement les problèmes.
  • Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
  • A cette fin, l’appareil de compression selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la tête est montée coulissante et guidée par deux rails de guidage fixes situés de part et d’autre de la tête et en ce que la tête et/ou un rail comprend une portion élastique, ladite portion élastique étant configurée pour générer sur le ou les rails un effort transversal à la direction longitudinale.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • la compression du fluide dans la chambre de compression est obtenue par une traction ou une compression de la tige, ladite traction ou compression générant une poussée transversale de la tête sur l’un des rails selon une direction transversale à la direction longitudinale, l’effort généré par la portion élastique étant de sens opposé à cette poussée,
    • la portion élastique est configurée pour générer sur le ou les rails un effort transversal ayant, en valeur absolue, une intensité inférieure, égale ou supérieure à l’intensité maximale de l’effort de poussée,
    • la portion élastique est située entre une zone centrale de la tête et l’un des deux rails,
    • la portion élastique est située entre l’un des deux rails et le support fixe dudit rail,
    • la portion élastique comprend un ressort ou une zone déformable et est précontraint(e),
    • en configuration de fonctionnement, la tige est mobile selon un mouvement d’aller-retour selon une direction longitudinale verticale,
    • le système mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre tournant en un mouvement de translation du chariot est du type à bielle et manivelle,
    • le système mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre tournant en un mouvement de translation de la tête est relié à une zone centrale de la tête via une liaison rotule ou pivot, ladite liaison étant située sur une droite longitudinale passant par l’axe de translation de la tige, ladite droite étant en outre sécante de la droite passant par l’arbre tournant du moteur,
    • la tête est montée coulissante dans les rails de guidage via un système de guidage avec ou sans élément(s) roulant(s), par exemple un système à rouleaux, et/ou billes et/ou galets glissières ou un système de type rail(s) de précision,
    • l’appareil est du type à un étage de compression c’est-à-dire que le fluide est comprimé une seule fois entre le système d’admission et le système d’évacuation,
    • l’appareil est du type à deux étages de compression c’est-à-dire que le fluide est comprimé deux fois entre le système d’admission et le système d’évacuation, l’appareil comprenant deux chambres de compression, le système d’admission communiquant avec une première chambre de compression, un système de transfert communiquant avec la première et la seconde chambre de compression et configuré pour permettre le transfert de fluide comprimé dans la première chambre de compression vers la seconde chambre de compression, le piston mobile assurant alternativement la compression du fluide dans les première et seconde chambres de compression selon son sens de déplacement, le système d’évacuation communiquant avec la seconde chambre de compression,
    • la seconde chambre de compression est délimitée par une portion du corps du piston et une paroi fixe de l’appareil.
  • L’invention concerne également une station de remplissage de réservoirs ou de conduites de gaz sous pression comprenant une source de gaz liquéfié, notamment d’hydrogène liquéfié, un circuit de soutirage ayant une première extrémité reliée à la source et au moins une seconde extrémité destinée à être raccordée à un réservoir à remplir, le circuit de soutirage comprenant un appareil de compression conforme à l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
  • L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
  • D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
  • représente une vue en coupe verticale, schématique et partielle, illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un appareil de compression selon l’invention,
  • représente une vue en coupe horizontale, schématique et partielle, d’un détail de l’appareil précité au niveau de l’agencement d’une extrémité d’une tête coulissante et son rail de guidage vertical,
  • représente une autre vue en coupe horizontale, schématique et partielle, d’un détail de l’appareil précité au niveau de l’agencement d’une extrémité de la tête coulissante et son rail de guidage vertical et illustrant des organes de roulement,
  • représente de façon schématique et partielle un exemple de répartitions d’efforts au niveau d’une extrémité de la tête coulissante et de son rail de guidage de l’appareil dans une configuration de traction,
  • représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant un détail d’une variante de réalisation possible de la chambre de compression d’un tel appareil de compression,
  • représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant un détail d’une seconde variante de réalisation possible de la chambre de compression d’un tel appareil de compression,
  • représente une en coupe, schématique et partielle, illustrant un détail d’une troisième variante de réalisation possible de la chambre de compression d’un tel appareil de compression,
  • représente une vue schématique et partielle illustrant un détail de l’appareil illustrant un exemple de réalisation possible de la structure de la portion élastique,
  • représente une vue schématique et partielle, illustrant un exemple de station de remplissage utilisant un tel appareil de compression.
  • L’appareil 1 de compression de fluide cryogénique représenté schématiquement comprend une enceinte 13 étanche destinée à contenir un bain 16 de fluide cryogénique (typiquement une phase liquide en partie inférieure et une phase gazeuse en partie supérieure). L’appareil 1 possède au moins une chambre 3 de compression communiquant avec le bain de liquide (notamment la chambre 3 de compression est de préférence immergée dans le bain).
  • L’appareil 1 comprend un système 2 d’admission communiquant avec la chambre 3 de compression et configuré pour permettre l’entrée de fluide à comprimer dans la chambre 3 de compression (typiquement comprenant un système de clapet(s) et/ou orifice(s)).
  • L’appareil 1 comprend en outre un piston 5 mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre 3 de compression et un système 7 d’évacuation communiquant avec la chambre 3 de compression configuré pour permettre la sortie de fluide comprimé (comprenant typiquement un ensemble de clapet(s) et communiquant avec une conduite d’évacuation).
  • Le piston 5 est monté à une première extrémité d’une tige 50. L’appareil 1 comprend un mécanisme 21 d'entraînement de la tige 50 dans un mouvement alternatif d’allers-retours selon une direction A longitudinale. Le mécanisme 21 d'entraînement comprend classiquement un moteur 121 muni d’un arbre 211 tournant et un système mécanique 212, 213 convertissant le mouvement de rotation de l’arbre 211 tournant en un mouvement de translation d’une tête 8 coulissant selon la direction A longitudinale. Une seconde extrémité de la tige 50 est reliée à la tête pour recevoir son actionnement.
  • La tête 8 peut être composée d’une ou plusieurs pièces assemblées. Cette tête 8 peut également être désignée dans la littérature par les termes « traverse », « crosse » ou « tête en forme de croix » (« Crosshead » en anglais).
  • Par exemple, la tige 50 de piston peut être reliée à une extrémité de la tête 8 via une pièce d'accouplement, comme une liaison rigide (par exemple de type bride boulonnée) ou flexible (de type rotule ou pivot par exemple).
  • La tête 8 est montée coulissante et guidée par deux rails 9 de guidage fixes. Les deux rails 9 sont situés de part et d’autre de la tête 8 (de part et d’autre selon une direction perpendiculaire à la direction A longitudinale). La tête 8 est guidée en translation par les rails 9 et reçoit les efforts de traction et de poussée via une extrémité du mécanisme 21, par exemple une bielle 213 est reliée à la tête 8 au niveau d’une liaison 11 rotule ou pivot.
  • Comme illustré, le système mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre 211 tournant en un mouvement de translation de la tête 8 peut être relié à une zone centrale de la tête 8 via une liaison 11 située sur une droite longitudinale A passant par l’axe de translation de la tige 50. De plus, cette droite peut être en outre sécante de la droite passant par l’arbre 211 tournant du moteur 210.
  • Comme illustré en coupe aux et , chaque extrémité de la tête 8 peut être montée à coulissement sur un rail 9. Comme visible à la , la tête 8 peut être montée coulissante sur le rail 9 de guidage via un ensemble 12 de rouleaux et/ou de billes. Le système de coulissement peut être également du type à rails de précision ou tout autre système de guidage approprié (de préférence n’utilisant pas d’huile dans le cas où l’axe de la tige est vertical en position d’utilisation).
  • Par exemple, des chariots (à rouleaux ou à billes) sont vissés sur la tête 8 et se déplacent avec elle. Les rails 9 eux sont par exemple fixés au bâti de l’appareil. Pour la lubrification, une cartouche passive (ou active) peut néanmoins être montée sur chacun des chariots.
  • La tête 8 comprend une portion élastique 10 qui est configurée pour générer sur le ou les rails 9 un effort transversal à la direction A longitudinale.
  • C’est-à-dire que la portion 10 élastique génère un effort transversal (une force) permanent sur le(s) rail(s) 9.
  • Le mouvement de compression du fluide dans la chambre 3 de compression génère des efforts importants dans le mécanisme (la compression du fluide est obtenue lors d’une traction de la tige sur la représentation de la ). Du fait de la dissymétrie de mécanisme (mécanisme du type excentrique), lors de cette compression, les efforts latéraux au niveau des rails 9 ne sont pas symétriques. En particulier, un rail 9 peut être plus chargé transversalement que l’autre (rail de gauche dans cet exemple non limitatif représenté).
  • L’agencement précité permet de rééquilibrer au moins en partie ces efforts transversaux dans l’appareil 1.
  • En effet, comme schématisé à la , la force Fm exercée par le mécanisme 21 de transformation de mouvement induit une composante de traction Ft sur la tige 50 et une composante de poussée F1 transversale vers l’un des rails 9. La portion élastique 10 est configurée pour générer sur ce même rail 9 un effort F2 continu de sens opposé à cette poussée F1 et qui la compense au moins partiellement (par exemple l’effort F2 est dimensionné pour diminuer de moitié la force F1 de poussée). A noter qu’un effort F2 peut également être généré sur l’autre rail 9; ceci n’a pas d’influence particulière sur le bon fonctionnement du dispositif.
  • A noter que l'intensité de cet effort F2 généré par la portion élastique est de préférence constante, alors que la poussée F1 a une intensité qui varie de manière cyclique pendant les mouvements. La valeur de F2 peut être choisie pour compenser partiellement l'intensité maximale de F1 au cours du cycle.
  • L’effort maximal de poussée (lorsqu’on va fonctionner à faible charge, l’effort du ressort sera plus grand que l’effort de poussée.
  • C’est-à-dire que la portion 10 élastique réalise en permanence une « charge transversale de compensation ». L’effort final résultant dans le mécanisme est ainsi limité et permet de limiter les contraintes dans la phase de fonctionnement générant le plus d’efforts. Un meilleur équilibrage ou écrêtage des efforts transversaux est obtenu.
  • Ainsi, au lieu d’utiliser un seuil rail de guidage d’un côté de la tête 8 (du côté recevant les efforts), cette solution prévoit un second rail de guidage qui permet, avec l’organe 10 élastique de diminuer les efforts latéraux.
  • A noter que cet arrangement permet également de reprendre les problèmes d'alignement et d’écartement possible entre les deux rails 9 pour s'assurer que l'ensemble se monte bien (tolérances de montage). Comme schématisé, la portion élastique 10 peut être située entre la zone centrale de la tête 8 et l’un des deux rails 9. Cette portion élastique 10 peut comprendre un ressort ou une zone déformable précontraint(e) ou tout autre organe générant un effort approprié. Comme illustré schématiquement à la , cette portion élastique peut comporter un ressort formé par une portion en forme de boucle (par exemple à deux lobes) d’une partie du corps de la tête 8.
  • A noter que la portion élastique 10 peut être intégrée à (ou constituée par) la tête 8. Les éléments 8 et 10 peuvent être des pièces distinctes ou une même pièce.
  • Dans l’exemple de la ainsi que dans l’exemple de la , l’effort de compression du fluide est obtenu par une traction (remontée) de la tige 50.
  • Bien entendu ceci n’est nullement limitatif. Ainsi, et comme illustré à la , l’effort de compression du fluide peut être obtenu par une poussée (descente) de la tige 50. Dans ce cas, les efforts latéraux sont inversés par rapport à la description ci-dessus. Dans ce cas, l’effort F2 de la portion 10 élastique peut être simplement inversé également (soit en déplaçant cette portion élastique de l’autre côté de la tête ou en modifiant la structure de la portion 10 élastique pour que son effort soit orienté pour s’opposer à l’effort trop important sur le côté concerné).
  • A noter que dans le mode de réalisation de la , le piston 5 comporte une portion tubulaire montée autour d’un guide 15 central fixe. Une extrémité terminale du guide 15 central formant la paroi fixe délimitant une partie de la chambre 3 de compression avec la portion tubulaire du piston 5.
  • Dans les exemples précités, l’appareil 1 est du type à un étage de compression (fluide comprimé une seule fois). Bien entendu, l’invention s’applique également de la même façon à un appareil de compression à deux étages de compression (fluide subissant deux compressions en série). La illustre un exemple de structure de compression à deux étages de compression. Ainsi, l’appareil 1 peut comprendre un piston 5 tubulaire coopérant avec une cavité 14 tubulaire ou chambre fixe qui est close à son extrémité inférieure pour délimiter deux chambres 3, 4 de compression. Le système 2 d’admission communique avec une première chambre 3 de compression. L’architecture comprend un système 6 de transfert (clapet ou autre) communiquant avec la première 3 et la seconde 4 chambre de compression et configuré pour permettre le transfert de fluide comprimé dans la première chambre 3 de compression vers la seconde 4 chambre de compression. Le piston 5 mobile assurant alternativement la compression du fluide dans la première 3 (vers la seconde chambre 4) et dans la seconde 4 chambre de compression selon son sens de déplacement. Le système 7 d’évacuation communique avec la seconde chambre 4 de compression.
  • L’appareil 1 peut posséder les caractéristiques de fonctionnement suivantes : course de piston comprise entre 40 et 160mm, une vitesse de rotation du moteur de l’ordre de 80tr/min à 500tr/min (correspondant à une fréquence comprise entre 1,3 Hz et 8,5 Hz pour le piston 5). Pour une force de traction Ft, l’effort F1 de poussée peut être de l’ordre de 10-20% de Ft tandis que l’effort opposé généré par l’organe 10 élastique peut être de l’ordre de 5-10% de Ft.
  • La solution précitée présente de nombreux avantages.
  • Elle permet de limiter le pic de charge maximale dans le mécanisme. Ceci permet d’augmenter la durée de vie du système de guidage soumis à ces efforts.
  • L’architecture permet de s’affranchir d’un système de lubrification par bain d’huile qui suinterait sur la partie cryogénique. L’architecture évite d’avoir à gérer un bain d'huile pendant les opérations de maintenance Seuls d’éventuels graisseurs qui assurent une autolubrification passive en fonctionnement de certains éléments du mécanisme doivent être rechargés.). La solution est compacte et légère et peut s’appliquer à tout type de pompe à piston et tout type de mécanisme d’entraînement à manivelle(s).

Claims (13)

  1. Appareil (1) de compression de fluide cryogénique comprenant une enceinte (13) étanche destinée à contenir un bain (16) de fluide cryogénique, une chambre (3, 4) de compression communiquant avec le bain, un système (2) d’admission communiquant avec la chambre (3, 4) de compression configuré pour permettre l’entrée de fluide à comprimer dans la chambre (3) de compression, un piston (5) mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre (3, 4) de compression, l’appareil (1) comprenant en outre un système (7) d’évacuation communiquant avec la chambre (3, 4) de compression et configuré pour permettre la sortie de fluide comprimé, le piston (5) étant monté à une première extrémité d’une tige (50), l’appareil (1) comprenant un mécanisme (21) d'entraînement de la tige (50) dans un mouvement d’allers-retours selon une direction (A) longitudinale, le mécanisme (21) d'entraînement comprenant un moteur (121) muni d’un arbre (211) tournant et un système mécanique (212, 213) convertissant le mouvement de rotation de l’arbre (211) tournant en un mouvement de translation d’une tête (8) coulissant selon la direction (A) longitudinale et à laquelle est reliée une seconde extrémité de la tige (50), caractérisé en ce que la tête (8) est montée coulissante et guidée par deux rails (9) de guidage fixes situés de part et d’autre de la tête (8) et en ce que la tête (8) et/ou un rail (9) comprend une portion élastique (10), ladite portion élastique (10) étant configurée pour générer sur le ou les rails (9) un effort transversal à la direction (A) longitudinale, et en ce que la portion élastique (10) comprend un ressort ou une zone déformable et est précontraint(e).
  2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la compression du fluide dans la chambre (3, 4) de compression est obtenue par une traction ou une compression de la tige (50), ladite traction ou compression générant une poussée transversale de la tête (8) sur l’un des rails (9) selon une direction transversale à la direction (A) longitudinale, et en ce que l’effort généré par la portion élastique (10) est de sens opposé à cette poussée.
  3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion élastique (10) est configurée pour générer sur le ou les rails (9) un effort transversal ayant, en valeur absolue, une intensité inférieure ou égale à l’intensité maximale de l’effort de poussée.
  4. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion élastique (10) est située entre une zone centrale de la tête (8) et l’un des deux rails (9).
  5. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la portion élastique (10) est située entre l’un des deux rails (9) et un support fixe dudit rail.
  6. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, en configuration de fonctionnement, la tige (50) est mobile selon un mouvement d’aller-retour selon une direction (A) longitudinale verticale.
  7. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système mécanique (212, 213) convertissant le mouvement de rotation de l’arbre (211) tournant en un mouvement de translation du chariot (8) est du type à bielle (213) et manivelle (212).
  8. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système mécanique (212, 213) convertissant le mouvement de rotation de l’arbre (211) tournant en un mouvement de translation de la tête (8) est relié à une zone centrale de la tête (8) via une liaison (11) rotule ou pivot, ladite liaison (11) étant située sur une droite longitudinale (A) passant par l’axe de translation de la tige (50), ladite droite étant en outre sécante de la droite passant par l’arbre (211) tournant du moteur (210).
  9. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tête (8) est montée coulissante dans les rails (9) de guidage via un système de guidage avec élément(s) roulant(s), par exemple un système à rouleaux, et/ou billes et/ou galets glissières ou un système de type rail(s) de précision.
  10. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il est du type à un étage de compression c’est-à-dire que le fluide est comprimé une seule fois entre le système (2) d’admission et le système (7) d’évacuation.
  11. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’il est du type à deux étages de compression c’est-à-dire que le fluide est comprimé deux fois entre le système (2) d’admission et le système (7) d’évacuation, l’appareil (1) comprenant deux chambres (3, 4) de compression, le système (2) d’admission communiquant avec une première chambre (3) de compression, un système (6) de transfert communiquant avec la première (3) et la seconde (4) chambre de compression et configuré pour permettre le transfert de fluide comprimé dans la première chambre (3) de compression vers la seconde (4) chambre de compression, le piston (5) mobile assurant alternativement la compression du fluide dans les première (3) et seconde (4) chambres de compression selon son sens de déplacement, le système (7) d’évacuation communiquant avec la seconde chambre (4) de compression.
  12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la seconde chambre (4) de compression est délimitée par une portion du corps du piston (5) et une paroi fixe de l’appareil.
  13. Station de remplissage de réservoirs ou de conduites de gaz sous pression comprenant une source (17) de gaz liquéfié, notamment d’hydrogène liquéfié, un circuit (18) de soutirage ayant une première extrémité reliée à la source et au moins une seconde extrémité destinée à être raccordée à un réservoir (190) à remplir, le circuit (18) de soutirage comprenant un appareil (1) de compression conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 12.
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