EP4355999A1 - Installation de pompage de fluide cryogénique et station de remplissage comprenant une telle installation - Google Patents

Installation de pompage de fluide cryogénique et station de remplissage comprenant une telle installation

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EP4355999A1
EP4355999A1 EP22728356.1A EP22728356A EP4355999A1 EP 4355999 A1 EP4355999 A1 EP 4355999A1 EP 22728356 A EP22728356 A EP 22728356A EP 4355999 A1 EP4355999 A1 EP 4355999A1
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EP
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motor
installation
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transformation system
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Cyril BENISTAND-HECTOR
Martin Graser
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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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    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG

Definitions

  • the invention relates to a cryogenic fluid pumping installation as well as a filling station comprising such an installation.
  • the invention relates more particularly to a cryogenic fluid pumping installation comprising a sealed enclosure intended to contain a bath of cryogenic fluid, the enclosure housing a compression chamber communicating with the bath and a movable piston to ensure the compression of the fluid in the compression chamber, the piston being mounted at a first end of a rod, the apparatus comprising a mechanism for driving a second end of the rod back and forth in a longitudinal direction of movement, the drive mechanism comprising a motor provided with a rotating shaft and a mechanical transformation system converting the rotational movement of the rotating shaft into a translational movement, in the operating configuration of the installation, the longitudinal direction of movement of the piston rod being vertical, the motor being rigidly fixed to an upper frame.
  • a classic solution for actuating a reciprocating piston pump uses a motor and a mechanical system for transforming the movement of the rotating shaft of the motor into translational movement (connecting rod/crank system and/or reduction gear and/or speed).
  • cryogenic pumps operate with a horizontal piston pin. This is possible with a vacuum insulated cold end.
  • the pump In hydrogen refueling stations, the pump must be available for pumping 24 hours a day. Therefore, it is best to place the cold end in a vacuum-insulated cryogenic liquid bath ("sump”) ("dewar”) to ensure that it stays cold. A vertical orientation of the piston is in this case more appropriate.
  • a gimbal system can be used to transmit torque from the rotational output of the motor gearbox to the crank of the mechanical unit which converts the rotational motion provided by the motor into reciprocating translational motion of the rod of the plunger. This allows an optimal assembly without requiring very constraining tolerances.
  • a roller screw linear actuator solution is also easy to implement due to its compactness. This solution is however not suitable for high pressure cryogenic applications due to low efficiency and reliability.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the installation according to the invention is essentially characterized in that the mechanical transformation system is also rigidly fixed to an upper frame which comprises the motor frame or a separate frame rigidly connected to the motor frame.
  • embodiments of the invention may include one or more of the following features:
  • the invention also relates to a filling station for tanks or pressurized gas pipes comprising a source of liquefied gas, in particular a tank of liquefied hydrogen, a withdrawal circuit having a first end connected to the source and at least a second end intended to be connected to a reservoir to be filled, the withdrawal circuit comprising a pumping installation 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 perspective view, schematic and partial, illustrating a first possible embodiment of a pumping installation according to the invention
  • FIG. 1 represents a front view, schematic and partial, illustrating the first embodiment of the installation and comprising a cryogenic fluid tank,
  • FIG. 1 represents a schematic partial sectional view illustrating a detail of the installation and in particular an example of a compression chamber structure
  • FIG. 1 represents a front view, schematic and partial, illustrating a second embodiment of the installation
  • FIG. 1 represents a front view, schematic and partial, illustrating a third embodiment of the installation
  • FIG. 1 represents a top view, schematic and partial, illustrating a fourth embodiment of the installation
  • FIG. 1 represents a side view, schematic and partial, illustrating a fifth embodiment of the installation
  • FIG. 1 represents a schematic and partial view, illustrating an example of a filling station using such a compression device
  • FIG. 1 represents a perspective view, schematic and partial, illustrating an example of a support structure for the frames of the installation.
  • the cryogenic fluid pumping installation 1 represented comprises a sealed enclosure 13 intended to contain a bath of cryogenic fluid.
  • the enclosure 13 can be thermally insulated under vacuum and houses a compression chamber 3 communicating with the bath and a movable piston 5 to ensure the compression of the fluid in the compression chamber 3 cf. .
  • the piston 5 is mounted at a first end of a piston rod 50.
  • the device 1 comprises a mechanism 21 for driving a second end of the rod 50 in a back and forth movement in a longitudinal direction A of movement.
  • the drive mechanism 21 comprises a motor 121 (with, where appropriate, a gearbox or the like) provided with a rotating shaft 211 and a system 212 of mechanical transformation converting the rotational movement of the rotating shaft 211 into a movement of translation of the rod 50.
  • the mechanical system 212 converting the rotational movement of the rotating shaft 211 into a translational movement of the rod 50 of the piston can be of the connecting rod and crank type and housed in a casing.
  • the rotating shaft 211 of the motor 121 is coupled to the mechanical transformation system 212 via an axis comprising a connection system such as a rigid connection or a universal joint for example.
  • a universal joint coupling can allow greater assembly tolerances.
  • the cardanic coupling between the two units also allows the “useful” torque to be transferred optimally with relatively easy maintenance.
  • motor 121 and mechanical transformation system 212 can be housed in respective casings.
  • the casing of the 212 motion transformation system can be easily removed to access the cold end placed vertically under the mechanism (under a crank, in particular in the case of a connecting rod and crank mechanism).
  • the mechanical transformation system 212 is also rigidly fixed to an upper frame which may be the same frame 6, 26 of the motor 121 or a separate frame rigidly connected to the frame 6, 26 of the motor 121.
  • the motor 121 (and its casing if applicable) can be suspended from its frame 6, 26.
  • the motor 121 and its casing can be fixed by its upper part to an underside of the upper frame 26 (by example by screwing or other).
  • the mechanical transformation system 212 (and its casing if applicable) can be suspended from its upper frame 16, in particular fixed by its upper part to the frame (idem for example by screwing or the like).
  • each element 121, 212 can be dismantled from the frame 16, 26 to which it is fixed and independently of the other element 121, 212. This is advantageous for maintenance.
  • This structure can support the suspended container 13 for more flexibility. That is to say that an upper end of the container 13 can be suspended from a lower end of the mechanical transformation system 212 (in particular from its casing) by a connecting member 9 such as one or more pins and/or a sleeve. The lower end of the container 13 can thus be located above the ground without resting on a lower support.
  • cryogenic pipes connecting this container 13 and a tank 17 of cryogenic liquid can be flexible to absorb the thermal contractions and make it possible to tolerate minor misalignments.
  • the motor 121 and its casing can be rigidly connected to their upper frame 26, 6.
  • the mechanical transformation system 212 and its casing can be rigidly connected to their upper frame 16, 6.
  • the upper frame of the engine 121 may comprise a first set of horizontal support beam(s) 6, 26 connected to a supporting structure 60 which may comprise vertical feet resting on the ground.
  • the upper frame of the mechanical transformation system 212 may comprise a second set of support beam(s) 6, 16.
  • the second set of beam(s) is rigidly connected to the first set of beam(s) 6, 26 support.
  • the two sets of beam(s) can be at least partly common.
  • the motor 121 and the system 212 of mechanical transformation can be connected to two distinct portions 16, 26 of the same beam (for example transverse) connected to a beam 6 (extending for example along a longitudinal direction of structure ).
  • the two beam portions 26, 16 can be connected transversely to the common beam 6.
  • the two beam portions 26, 16 can be located transversely on either side of the common beam 6 (in particular at the same longitudinal position along the longitudinal beam 6 of the structure).
  • At least one of the two beam portions 26, 16 can be cantilevered to the common beam 6.
  • these two portions 16, 26 and the beam 6 form a cross structure, in particular a Latin cross.
  • These upper frames 6, 16, 26 can be upper beams held in height via a set of feet or a hyperstatic structure. See for example the schematic representation of the .
  • the bearing structure 60 of the upper beams 6, 16, 26 may comprise an upper structure carried by feet and forming a support for each of the beam portions 16, 26 on which the engine and the mechanism are respectively suspended. transformation (on either side of the common beam 6).
  • the terminal ends of these beam portions 16, 26 are connected to upper elements (amounts or horizontal axes for example) carried by feet and forming the supporting structure 60.
  • the two ends of the common beam 6 and the end of one of the two transverse beam portions rest on the structure 60 (the other end of the beam portion can be cantilevered) .
  • the at least one of the two beam portions can be connected to the common beam 6 via a removable mechanical connection 8 and preferably provided with a positioning system allowing to adapt the transverse and/or longitudinal position of said portion 16 with respect to the common beam 6 before fixing this position.
  • a flexible self-centering semi-circular attachment system can be considered.
  • This flexible fastening system is of the type allowing some movement for optimum assembly, for example a semi-circular (self-centering) groove system.
  • Other fixing devices can be envisaged.
  • the movement transformation system 212 and in particular its casing can thus be on a small part of beam 16 which can be mounted independently and dismantled on the main beam 6 .
  • the installation 1 comprises a tank 17 of liquefied gas, in particular hydrogen.
  • Reservoir 17 is fluidically connected by a set of pipes 10, 11 to enclosure 13 and configured to supply compression chamber 3 with fluid to be compressed and recover the fluid evaporated in enclosure 13.
  • This tank 17 can rest on the ground.
  • the pipes 10, 11 can include flexible portions.
  • the installation 1 comprises a single motor 121, a single mechanical transformation system 212 and a single container 13.
  • the installation 1 could comprise several enclosures 13 each housing a compression chamber, a movable piston, the pistons being actuated by respective drive mechanisms 21 each consisting of a motor 121 and a mechanical transformation system 212, said motors 21 and systems 212 of mechanical transformation being able to be fixed to the same upper frame 6, 16, 26 or to separate frames rigidly connected to each other.
  • a separation space 12 may be provided on the longitudinal structural beam 6 between two adjacent units to facilitate maintenance.
  • the entire system 212 of mechanical transformation of its casing and of the corresponding support beam 16 of one of the two units can be fixed temporarily at this portion during maintenance.
  • the structure of the installation has many advantages.
  • the structure is particularly suitable for easy maintenance (for example via the dismantling of a suspended element, in particular a casing for access the mechanism(s).
  • the drive mechanism (motor + possibly reducer or gearbox) must not be disassembled during maintenance on the cold side of the cryogenic pumping part.
  • the maintenance frequency of the motor part 121 is indeed generally lower than the cold drive part.
  • the proposed structure allows access to the cold part without dismantling the motor part 121 (visual inspection, cleaning, replacement of seals, lubrication, etc.).
  • the engine part 121 does not need to bear the weight of the transmission part 212 and the cold part thanks to the suspended structure described above.
  • Installation 1 is compact with a low floor layout. This is suitable for its integration into a filling station.
  • the motor 121 and the associated reducer can be standard elements, in particular with explosion-proof structure or with increased safety.
  • the motor 121 and the transformation system 212 can be placed relatively according to different configurations, in particular horizontally, vertically, with the shaft 211 rotating in this axis or perpendicularly according to the model of system 212 of known reducer (helical, helical bevel, screw without end, helical parallel shaft, right angle reducer).
  • reducer helical, helical bevel, screw without end, helical parallel shaft, right angle reducer
  • the motor 121 is vertical and perpendicular to the axis 211 which is connected to the mechanical system 212 of motion transformation.
  • the motor 121 and output axis 211 are horizontal and oriented transversely to the longitudinal beam 6 of the structure. This configuration saves space under the upper frame 6, 16, 26.
  • the axis 211 connected to the mechanical transformation system 212 is located relatively lower with respect to the motor 121 (via the structure of a reduction unit or gearbox at the output of the motor 121). This configuration saves space under the drive unit and reduces the height of the connection 9 between the container 13 and the vertical support.
  • the motor 121 is arranged horizontally and parallel to the longitudinal beam 6 of the structure. This reduces the space under the drive system as well as transversely.
  • the motor assembly 121 and its possible illustrated reducer from which the rotating shaft 211 protrudes can, if necessary, be advantageously replaced by a torque motor (therefore without a reduction box or gearbox). In this case, no oil problem due to lubrication. In addition, in this case the assembly is more compact and of reduced mass. In addition, such a motor assembly has more flexibility in adjusting the speed (speed profile and speed of rotation in particular).
  • the compression of the fluid in the compression chamber can be obtained by traction or compression of the rod 50.
  • the invention also applies to pumps with two compression stages (for example two compression chambers and two compression stages respectively in the two directions of translation of the piston).
  • The represents an example of a filling station for tanks or pressurized gas pipes comprising a source 17 of liquefied gas, in particular of liquefied hydrogen, a withdrawal circuit 18 having a first end connected to the source and at least one second end intended to be connected to a reservoir 190 to be filled.
  • the withdrawal circuit 18 comprising a compression apparatus 1 conforming to the installation according to any one of the above characteristics.
  • the enclosure 13 is suspended from the mechanical transformation system 212, itself suspended from its upper frame, as shown schematically in , it is possible to envisage providing one or more feet 20 connecting the enclosure 13 to the ground via a flexible and/or adjustable connection 201 . This can be during a maintenance operation and/or in a normal operating situation, for example to maintain the enclosure 13 even better and to absorb any vibrations, for example.
  • the enclosure 13 can rest (for example via its lower end or bottom) on the upper surface of a support 202, for example on feet (cf . This makes it possible to absorb part of the forces transmitted to the container 13.
  • the upper frame(s) to which the motor 21 and the mechanical transformation system 212 are attached can be carried by a hyperstatic structure 60 comprising, for example, beams forming feet.
  • This hyperstatic structure forms, for example, a frame and can be provided with a base placed on the ground and on which the support 202 can rest or feet 20 for holding the container 13.
  • Such a structure 60 can be provided for each pump assembly comprising a container 13, a motor, and a mechanism 121 for driving the piston.

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Abstract

Installation (1) de pompage de fluide cryogénique comprenant une enceinte (13) étanche destinée à contenir un bain de fluide cryogénique, l'enceinte (13) abritant une chambre (3) de compression communiquant avec le bain et un piston (5) mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre (3) de compression, le piston (5) étant monté à une première extrémité d'une tige (50), l'appareil (1) comprenant un mécanisme (21) d'entraînement d'une deuxième extrémité de la tige (50) dans un mouvement d'allers-retours selon une direction (A) longitudinale de mouvement, le mécanisme (21) d'entraînement comprenant un moteur (121) muni d'un arbre (211) tournant et un système (212) de transformation mécanique convertissant le mouvement de rotation de l'arbre (211) tournant en un mouvement de translation, en configuration de fonctionnement de l'installation (1), la direction (A) longitudinale de mouvement de la tige (50) du piston étant verticale, le moteur (21) étant fixé rigidement à un bâti (6, 26) supérieur, caractérisée en ce que le système (212) de transformation mécanique est également fixé rigidement à un bâti (6, 16) supérieur qui comprend le bâti (6, 26) du moteur (121) ou un bâti distinct relié rigidement au bâti (6, 26) du moteur (121).

Description

    Installation de pompage de fluide cryogénique et station de remplissage comprenant une telle installation.
  • L’invention concerne une installation de pompage de fluide cryogénique ainsi qu’une station de remplissage comprenant une telle installation.
  • L’invention concerne plus particulièrement une installation de pompage de fluide cryogénique comprenant une enceinte étanche destinée à contenir un bain de fluide cryogénique, l’enceinte abritant une chambre de compression communiquant avec le bain et un piston mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre de compression, le piston étant monté à une première extrémité d’une tige, l’appareil comprenant un mécanisme d'entraînement d’une deuxième extrémité de la tige dans un mouvement d’allers-retours selon une direction longitudinale de mouvement, le mécanisme d'entraînement comprenant un moteur muni d’un arbre tournant et un système de transformation mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre tournant en un mouvement de translation, en configuration de fonctionnement de l’installation, la direction longitudinale de mouvement de la tige du piston étant verticale, le moteur étant fixé rigidement à un bâti supérieur.
  • Une solution classique d’actionnement d’une pompe à piston alternatif utilise un moteur et un système mécanique de transformation de mouvement de l’arbre rotatif du moteur en mouvement de translation (système à bielle/manivelle et/ou réducteur et/ou boîte de vitesse).
  • La plupart des pompes cryogéniques connues fonctionnent avec un axe de piston horizontal. Ceci est possible avec une extrémité froide isolée sous vide.
  • Dans des stations de ravitaillement en hydrogène, la pompe doit être disponible pour le pompage 24h/24h. Par conséquent, il est préférable de placer l'extrémité froide dans un bain de liquide cryogénique (« puisard ») isolé sous vide (« dewar ») pour s'assurer qu'il reste froid. Une orientation verticale du piston est dans ce cas plus appropriée.
  • Dans ce cas, certaines adaptations sont nécessaires pour supporter de manière optimale l'actionneur d'entraînement et la pompe (moteur et mécanisme associé). Un système à cardan peut être utilisé pour transmettre le couple de la sortie de rotation de la boîte de vitesses du moteur à la manivelle de l’unité mécanique qui transforme le mouvement de rotation fourni par le moteur en un mouvement de translation alternatif de la tige du piston. Cela permet un montage optimal sans exiger des tolérances très contraignantes.
  • Cependant, dans cette configuration, un couple est transféré à travers l’axe du cardan au mécanisme de transformation du mouvement de rotation en translation. Il n’y a en effet pas de système de contre-couple satisfaisant. Le carter du mécanisme devra supporter ce couple. Le couple sera ainsi transféré à travers toute la structure de pompage. Ceci n'est pas acceptable notamment en ce qui concerne la résistance mécanique du réservoir contenant le bain et la résistance globale de la structure.
  • Même en dimensionnant ces éléments en conséquence, des risques subsistent quant aux potentiels problèmes de vibrations et de fatigue.
  • Avec une solution hydraulique, il est relativement facile de placer la pompe verticalement car le vérin hydraulique est relativement petit. L'énorme bloc d'alimentation peut quant à lui être déporté à plusieurs mètres. Pourtant, la disposition générale et l'efficacité ne sont pas adaptées à l'application.
  • Une solution à actionneur linéaire à vis à rouleaux est également facile à mettre en œuvre du fait de sa compacité. Cette solution n'est cependant pas adaptée aux applications cryogéniques à haute pression en raison d'une faible efficacité et fiabilité.
  • 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’installation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que le système de transformation mécanique est également fixé rigidement à un bâti supérieur qui comprend le bâti du moteur ou un bâti distinct relié rigidement au bâti du moteur.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • le bâti supérieur du moteur comprend un premier ensemble de poutre(s) support, le bâti supérieur du système de transformation mécanique comprenant un second ensemble de poutre(s) support, le second ensemble de poutre(s) étant raccordée rigidement au premier ensemble de poutre(s) support,
    • le moteur et le système de transformation mécanique sont fixés rigidement respectivement sur deux portions de poutre distinctes solidaires ou raccordées rigidement à une poutre commune s’étendant selon une direction longitudinale de structure,
    • les deux portions de poutre sont reliées transversalement à la poutre commune,
    • deux portions de poutre sont situées transversalement de part et d’autre de la poutre commune,
    • au moins l’une des deux portions de poutre est reliée en porte-à- faux à la poutre commune,
    • au moins l’une des deux portions de poutre est reliée à la poutre commune via une liaison mécanique démontable munie d’un système de positionnement permettant d’adapter la position transversale et/ou longitudinale de ladite portion par rapport à la poutre commune avant de fixer cette position,
    • l’arbre tournant est accouplé au système de transformation mécanique via un axe comprenant un système de liaison tel qu’une liaison rigide ou un cardan,
    • le moteur est suspendu à son bâti supérieur,
    • le système de transformation mécanique est suspendu à son bâti supérieur,
    • l’enceinte étanche est suspendue au système de transformation mécanique,
    • l’installation comprend plusieurs enceintes abritant chacune une chambre de compression, un piston mobile, les pistons étant actionnés par des mécanismes d'entraînement respectifs composés chacun d’un moteur et d’un système de transformation mécanique, lesdits moteurs et systèmes de transformation mécanique étant fixés à un même bâti supérieur ou à des bâtis distincts reliés rigidement entre eux,
    • l’installation comprend un réservoir de gaz liquéfié, notamment de l’hydrogène, ledit réservoir étant relié fluidiquement par un ensemble de conduites à l’enceinte, ces conduites étant configurées pour alimenter la chambre de compression en fluide à comprimer et récupérer le fluide évaporé dans l’enceinte,
    • le système mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre tournant en un mouvement de translation de la tige du piston est du type à bielle et manivelle,
    • le système de transformation mécanique est logé dans un carter fixé au bâti supérieur,
    • le moteur est logé dans un carter fixé au bâti supérieur,
    • l’installation est du type à un étage de compression c’est-à-dire que le fluide est comprimé une seule fois entre un système d’admission et un système d’évacuation dans la chambre de compression,
    • l’installation est du type à deux étages de compression c’est-à-dire que le fluide est comprimé deux fois entre un système d’admission et un système d’évacuation, l’installation comprenant deux chambres de compression, un 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 un système d’évacuation communiquant avec la seconde chambre de compression,
    • la compression du fluide dans la chambre de compression est obtenue par une traction ou une compression de la tige.
  • L’invention concerne également une station de remplissage de réservoirs ou de conduites de gaz sous pression comprenant une source de gaz liquéfié, notamment un réservoir 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 une installation de pompage 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 perspective, schématique et partielle, illustrant un premier exemple de réalisation possible d’une installation de pompage selon l’invention,
  • représente une vue de face, schématique et partielle, illustrant le premier exemple de réalisation de l’installation et comprenant un réservoir de fluide cryogénique,
  • représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant un détail de l’installation et en particulier un exemple de structure de chambre de compression,
  • représente une vue en perspective de dessus, schématique et partielle, illustrant un détail de la structure de bâti de l’installation dans un autre mode de réalisation possible,
  • représente une vue de face, schématique et partielle, illustrant un second exemple de réalisation de l’installation,
  • représente une vue de face, schématique et partielle, illustrant un troisième exemple de réalisation de l’installation,
  • représente une de dessus, schématique et partielle, illustrant un quatrième exemple de réalisation de l’installation,
  • représente une vue de côté, schématique et partielle, illustrant un cinquième exemple de réalisation de l’installation,
  • représente une vue schématique et partielle, illustrant un exemple de station de remplissage utilisant un tel appareil de compression,
  • représente une vue en perspective, schématique et partielle, illustrant un exemple de structure de support des bâtis de l’installation.
  • représente une vue en perspective, schématique et partielle d’un autre exemple d’installation.
  • L’installation 1 de pompage de fluide cryogénique représentée comprend une enceinte 13 étanche destinée à contenir un bain de fluide cryogénique. L’enceinte 13 peut être isolée thermiquement sous vide et abrite une chambre 3 de compression communiquant avec le bain et un piston 5 mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre 3 de compression cf. .
  • Le piston 5 est monté à une première extrémité d’une tige 50 de piston. L’appareil 1 comprend un mécanisme 21 d'entraînement d’une deuxième extrémité de la tige 50 dans un mouvement d’allers-retours selon une direction A longitudinale de mouvement.
  • Le mécanisme 21 d'entraînement comprend un moteur 121 (avec le cas échéant une boîte de vitesse ou autre) muni d’un arbre 211 tournant et un système 212 de transformation mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre 211 tournant en un mouvement de translation de la tige 50. Le système mécanique 212 convertissant le mouvement de rotation de l’arbre 211 tournant en un mouvement de translation de la tige 50 du piston peut être du type à bielle et manivelle et logé dans un carter.
  • L’arbre 211 tournant du moteur 121 est accouplé au système 212 de transformation mécanique via un axe comprenant un système de liaison tel qu’une liaison rigide ou un cardan par exemple.
  • Un accouplement avec cardan peut permettre de plus grandes tolérances de montage.
  • L'accouplement à cardan entre les deux unités permet également de transférer le couple «utile» de manière optimale avec un entretien relativement facile.
  • Ces éléments (moteur 121 et système 212 de transformation mécanique) peuvent être logés dans des carters respectifs.
  • Le carter du système 212 de transformation de mouvement peut être retiré facilement pour accéder à l'extrémité froide placée verticalement sous le mécanisme (sous une manivelle notamment dans le cas d’un mécanisme à bielle et manivelle).
  • Comme illustré, en configuration de fonctionnement de l’installation 1 la direction A longitudinale de mouvement de la tige 50 du piston est verticale. Le moteur 121 est fixé rigidement à un bâti 6, 26 supérieur.
  • Le système 212 de transformation mécanique est également fixé rigidement à un bâti supérieur qui peut être le même bâti 6, 26 du moteur 121 ou un bâti distinct relié rigidement au bâti 6, 26 du moteur 121.
  • Ceci permet de monter (suspendre notamment) l'ensemble du mécanisme 21 d’entraînement rigidement au-dessus de l’enceinte 13 via une structure permettant de supporter le moteur 121 et le mécanisme 212 de transformation sans transférer de couple néfaste dans la structure.
  • En particulier, le moteur 121 (et son carter le cas échéant) peut être suspendu à son bâti 6, 26. En particulier, le moteur 121 et son carter peut être fixé par sa partie supérieure à une face inférieure du bâti 26 supérieur (par exemple par vissage ou autre).
  • De même, le système 212 de transformation mécanique (et son carter le cas échéant) peut être suspendu à son bâti 16 supérieur notamment fixé par sa partie supérieure au bâti (idem par exemple par vissage ou autre).
  • De préférence chaque élément 121, 212 peut être démonté du bâti 16, 26 auquel il est fixé et indépendamment de l’autre l’élément 121, 212. Ceci est avantageux pour la maintenance.
  • Cette structure peut supporter le récipient 13 suspendu pour plus de flexibilité. C’est-à-dire qu’une extrémité supérieure du récipient 13 peut être suspendue à une extrémité inférieure du système 212 de transformation mécanique (notamment à son carter) par un organe 9 de liaison tel qu’un ou plusieurs axes et/ou un manchon. L’extrémité inférieure du récipient 13 peut ainsi être située au-dessus du sol sans reposer sur un support inférieur.
  • En effet comme décrit plus en détail ci-après, les conduites cryogéniques reliant ce récipient 13 et un réservoir 17 de liquide cryogénique peuvent être souples pour absorber les contractions thermiques et permettent de tolérer des défauts d'alignement mineurs.
  • En particulier le moteur 121 et sont carter peuvent être reliés rigidement à leur bâti 26, 6 supérieur. De même, le système 212 de transformation mécanique et son carter peuvent être reliés rigidement à leur bâti 16, 6 supérieur.
  • Le bâti supérieur du moteur 121 peut comprendre un premier ensemble de poutre(s) 6, 26 support horizontales reliées à une structure 60 portante qui peut comprendre des pieds verticaux reposant sur le sol.
  • De même, le bâti supérieur du système 212 de transformation mécanique peut comprendre un second ensemble de poutre(s) support 6, 16.
  • Comme illustré, le second ensemble de poutre(s) est raccordé rigidement au premier ensemble de poutre(s) 6, 26 support. Les deux ensembles de poutre(s) peuvent être au moins en partie communs. Par exemple, le moteur 121 et le système 212 de transformation mécanique peuvent être reliées à deux portions 16, 26 distinctes d’une même poutre (par exemple transversale) reliée à une poutre 6 (s’étendant par exemple selon une direction longitudinale de structure).
  • Les deux portions de poutre 26, 16 peuvent être reliées transversalement à la poutre 6 commune.
  • Comme illustré, les deux portions de poutre 26, 16 peuvent être situées transversalement de part et d’autre de la poutre 6 commune (notamment à la même position longitudinale le long de la poutre 6 longitudinale de structure).
  • Comme illustré, au moins l’une des deux portions de poutre 26, 16 peut être reliée en porte-à- faux à la poutre 6 commune. Ainsi ces deux portions 16, 26 et la poutre 6 forment une structure en croix, notamment en croix latine.
  • Ces-bâtis supérieurs 6, 16, 26 peuvent être des poutres supérieures maintenues en hauteur via un ensemble de pieds ou une structure hyperstatique. Cf. par exemple la représentation schématique de la .
  • Comme illustré, la structure 60 portante des poutres 6, 16, 26 (bâtis) supérieures peut comporter une structure supérieure portée par des pieds et formant un support de chacun des portions de poutre 16, 26 sur lesquelles sont suspendus respectivement le moteur et le mécanisme de transformation (de part et d’autre de la poutre 6 commune). Par exemple, les extrémités terminales de ces portions de poutre 16, 26 sont reliées à des éléments supérieurs (montants ou axes horizontaux par exemple) portés par des pieds et formant la structure 60 portante. Dans l’exemple illustré, les deux extrémités de la poutre 6 commune et l’extrémité d’une des deux portions de poutre transversales sont en appui sur la structure 60 (l’autre extrémité de portion de poutre peut être en porte à faux). Bien entendu, il est possible d’envisager une configuration dans laquelle les quatre extrémités du bâti 6, 16, 26 (c’est-à-dire les quatre extrémités de la « croix » formée par le bâti supérieur) sont reliés à la partie supérieure d’une structure 60 portante (par exemple quatre montants horizontaux formant un cadre supérieure).
  • Comme schématisé dans la variante de réalisation de la l’une au moins des deux portions de poutre (notamment celle 16 à laquelle est accroché le système 212 de transformation mécanique) peut être reliée à la poutre 6 commune via une liaison 8 mécanique démontable et de préférence munie d’un système de positionnement permettant d’adapter la position transversale et/ou longitudinale de ladite portion 16 par rapport à la poutre 6 commune avant de fixer cette position. Par exemple, un système flexible de fixation semi-circulaire à centrage automatique peut être envisagé. Ce système de fixation flexible est du type permettant un certain mouvement pour un assemblage optimal, par exemple un système de rainure semi-circulaire (d'auto-centrage). D'autres dispositifs de fixation peuvent être envisagés.
  • Le système 212 de transformation de mouvement et notamment son carter peut ainsi être sur une petite partie de poutre 16 qui peut être montée indépendamment et démontée sur la poutre 6 principale.
  • Dans l’exemple de la l’installation 1 comprend un réservoir 17 de gaz liquéfié, notamment de l’hydrogène. Le réservoir 17 et relié fluidiquement par un ensemble de conduites 10, 11 à l’enceinte 13 et configurées pour alimenter la chambre 3 de compression en fluide à comprimer et récupérer le fluide évaporé dans l’enceinte 13.
  • Ce réservoir 17 peut reposer au sol. Comme mentionné précédemment, les conduites 10, 11 peuvent comprendre des portions souples.
  • Dans les exemples précités, l’installation 1 comprend un seul moteur 121, un seul système 212 de transformation mécanique et un seul récipient 13. Bien entendu, comme schématisé à la , l’installation 1 pourrait comprendre plusieurs enceintes 13 abritant chacune une chambre de compression, un piston mobile, les pistons étant actionnés par des mécanisme 21 d'entraînement respectifs composé chacun d’un moteur 121 et d’un système 212 de transformation mécanique, lesdits moteurs 21 et systèmes 212 de transformation mécanique pouvant être fixés à un même bâti supérieur 6, 16, 26 ou à des bâtis distincts reliés rigidement entre eux.
  • Un espace 12 de séparation peut être prévu sur la poutre 6 longitudinale de structure entre deux unités adjacentes pour faciliter la maintenance. L’ensemble du système 212 de transformation mécanique de son carter et de la poutre 16 support correspondante de l’une des deux unités peut être fixé provisoirement au niveau de cette portion pendant la maintenance.
  • La structure de l’installation présente de nombreux avantages.
  • Outre une transmission de mouvement sans couple néfaste (pas de cyclage de force dans toute la structure; moins de vibrations attendues), la structure est particulièrement adaptée à une maintenance aisée (via par exemple le démontage d’un élément suspendu, notamment un carter pour accéder au(x) mécanisme(s)).
  • Le mécanisme d’entraînement (moteur + éventuellement réducteur ou boîte de vitesse) ne doit pas être démontée pendant une maintenance du côté froid de la partie de pompage cryogénique. La fréquence de maintenance de la partie moteur 121 est en effet généralement plus faible que la partie d’entraînement froide. La structure proposée permet des accès à la partie froide sans démonter la partie moteur 121 (contrôle visuel, nettoyage, remplacement de joints, lubrification…).
  • Dans la configuration proposée, la partie moteur 121 n’a pas besoin de porter le poids de la partie 212 de transmission et la partie froide grâce à la structure suspendue décrite ci-dessus.
  • L’installation 1 est compacte avec une disposition basse au sol. Ceci est adapté à son intégration dans une station de remplissage.
  • Le moteur 121 et le réducteur associé peuvent être des éléments standard, notamment à structure antidéflagrante ou à sécurité augmentée.
  • Le moteur 121 et le système de transformation 212 peuvent être placés relativement selon différentes configurations, notamment horizontalement, verticalement, avec l'arbre 211 rotatif dans cet axe ou perpendiculairement selon le modèle de système 212 de réducteur connu (hélicoïdal, biseau hélicoïdal, vis sans fin, arbre parallèle hélicoïdal, réducteur à angle droit).
  • Dans l’exemple de la et de la le moteur 121 est vertical et perpendiculaire à l’axe 211 qui est relié au système 212 mécanique de transformation de mouvement.
  • Dans la configuration de la , le moteur 121 et axe 211 de sortie sont horizontaux et orientés transversalement à la poutre 6 longitudinale de structure. Cette configuration permet d’économiser de l'espace sous le bâti 6, 16, 26 supérieur.
  • Dans la configuration de la , l’axe 211 relié au système 212 mécanique de transformation est situé relativement plus bas par rapport au moteur 121 (via la structure d’un boîtier réducteur ou boîte de vitesse en sortie du moteur 121). Cette configuration permet d’économiser de l'espace sous l'unité d'entraînement et permet de diminuer la hauteur de la liaison 9 entre le récipient 13 et sur support vertical.
  • Dans la configuration de la , le moteur 121 est disposé horizontalement et parallèle à la poutre 6 longitudinale de structure. Ceci réduit l’encombrement sous le système d’entraînement ainsi que transversalement.
  • L’ensemble moteur 121 et son éventuel réducteur illustré duquel l’axe tournant 211 fait saillie peut le cas échéant être avantageusement remplacé par un moteur à couple (donc sans boîtier de réduction ou boîte de vitesse). Dans ce cas, pas de problème d’huile dû à la lubrification. De plus, dans ce cas l’ensemble est plus compact et de masse réduite. De plus, un tel ensemble moteur présente plus de flexibilité sur le réglage de la vitesse (profil de vitesse et vitesse de rotation notamment).
  • La illustre schématiquement un exemple de chambre de compression (un seul étage de compression) avec un système 2 d’admission communiquant avec la chambre 3 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 de compression, et un système 7 d’évacuation communiquant avec la chambre 3 de compression et configuré pour permettre la sortie de fluide comprimé. La compression du fluide dans la chambre de compression peut être obtenue par une traction ou une compression de la tige 50.
  • Bien entendu, l’invention s’applique également à des pompes à deux étages de compression (par exemple deux chambres de compression et deux étages de compression selon respectivement les deux sens de translation du piston).
  • La représente un exemple de 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’installation selon l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus.
  • Bien que le l’enceinte 13 soit suspendue au système 212 de transformation mécanique, lui-même suspendu à son bâti supérieur, comme schématisé à la , il est possible d’envisager de prévoir un ou plusieurs pieds 20 reliant l’enceinte 13 au sol via une liaison 201 flexible et/ou ajustable. Ceci peut être lors d’opération de maintenance et/ou en situation de fonctionnement normale pour par exemple encore mieux maintenir l’enceinte 13 et absorber d’éventuelles vibrations par exemple.
  • Alternativement ou cumulativement, l’enceinte 13 peut reposer (par exemple via son extrémité inférieure ou fond) sur la surface supérieure d’un support 202, par exemple à pieds (cf . Ceci permet de reprendre une partie des efforts transmis au récipient 13.
  • Comme illustré à la , le ou les bâtis supérieurs auquel(s) sont attachés le moteur 21 et le système 212 de transformation mécanique peut être porté par une structure 60 hyperstatique comprenant par exemple des poutres formant des pieds.
  • Cette structure hyperstatique forme par exemple un cadre et peut être munie d’une base posée sur le sol et sur laquelle peut reposer le support 202 ou des pieds 20 de maintien du récipient 13.
  • Une telle structure 60 peut être prévue pour chaque ensemble de pompage comprenant un récipient 13, un moteur, et un mécanisme 121 d’entraînement du piston.

Claims (16)

  1. Installation (1) de pompage de fluide cryogénique comprenant une enceinte (13) étanche destinée à contenir un bain de fluide cryogénique, l’enceinte (13) abritant une chambre (3) de compression communiquant avec le bain et un piston (5) mobile pour assurer la compression du fluide dans la chambre (3) de compression, le piston (5) étant monté à une première extrémité d’une tige (50), l’installation (1) comprenant un mécanisme (21) d'entraînement d’une deuxième extrémité de la tige (50) dans un mouvement d’allers-retours selon une direction (A) longitudinale de mouvement, le mécanisme (21) d'entraînement comprenant un moteur (121) muni d’un arbre (211) tournant et un système (212) de transformation mécanique convertissant le mouvement de rotation de l’arbre (211) tournant en un mouvement de translation, en configuration de fonctionnement de l’installation (1), la direction (A) longitudinale de mouvement de la tige (50) du piston étant verticale, le moteur (21) étant fixé rigidement à un bâti (6, 26) supérieur, caractérisée en ce que le système (212) de transformation mécanique est également fixé rigidement à un bâti (6, 16) supérieur qui comprend le bâti (6, 26) du moteur (121) ou un bâti distinct relié rigidement au bâti (6, 26) du moteur (121).
  2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bâti supérieur du moteur (121) comprend un premier ensemble de poutre(s) (6, 26) support, le bâti supérieur du système (212) de transformation mécanique comprenant un second ensemble de poutre(s) support (16), le second ensemble de poutre(s) étant raccordée rigidement au premier ensemble de poutre(s) (6, 26) support.
  3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moteur (121) et le système (212) de transformation mécanique sont fixés rigidement respectivement sur deux portions de poutre (26, 16) distinctes solidaires ou raccordées rigidement à une poutre (6) commune s’étendant selon une direction longitudinale de structure.
  4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux portions de poutre (26, 16) sont reliées transversalement à la poutre (6) commune.
  5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux portions de poutre (26, 16) sont situées transversalement de part et d’autre de la poutre (6) commune.
  6. Installation selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu’au moins l’une des deux portions de poutre (26, 16) est reliée en porte-à- faux à la poutre (6) commune.
  7. Installation selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que au moins l’une des deux portions de poutre (26, 16) est reliée à la poutre (6) commune via une liaison (8) mécanique démontable munie d’un système de positionnement permettant d’adapter la position transversale et/ou longitudinale de ladite portion par rapport à la poutre (6) commune avant de fixer cette position.
  8. Installation selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que l’arbre (211) tournant est accouplé au système (212) de transformation mécanique via un axe comprenant un système de liaison tel qu’une liaison rigide ou un cardan.
  9. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur (121) est suspendu à son bâti (6, 26) supérieur.
  10. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système (212) de transformation mécanique est suspendu à son bâti (16) supérieur.
  11. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’enceinte (13) étanche est suspendue au système (212) de transformation mécanique.
  12. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend plusieurs enceintes (13) abritant chacune une chambre de compression, un piston mobile, les pistons étant actionnés par des mécanismes (21) d'entraînement respectifs composés chacun d’un moteur (21) et d’un système (212) de transformation mécanique, lesdits moteurs (21) et systèmes (212) de transformation mécanique étant fixés à un même bâti supérieur ou à des bâtis distincts éventuellement reliés rigidement entre eux.
  13. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisée en ce que l’enceinte (13) repose sur une base inférieure tel que le sol via un support (202) et/ou un ensemble de pied(s) (20).
  14. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisée en ce que le bâti supérieur (6, 16, 26) auquel est fixé le moteur (21) et/ou le système (212) de transformation mécanique est porté par une structure (60) hyperstatique comprenant des poutres formant des pieds.
  15. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend un réservoir (17) de gaz liquéfié, notamment de l’hydrogène, ledit réservoir (17) étant relié fluidiquement par un ensemble de conduites (10, 11) à l’enceinte (13), ces conduites étant configurées pour alimenter la chambre de compression en fluide à comprimer et récupérer le fluide évaporé dans l’enceinte (13).
  16. Station de remplissage de réservoirs ou de conduites de gaz sous pression comprenant une source (17) de gaz liquéfié, notamment un réservoir 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 une installation (1) de pompage conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 15.
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