FR2730426A1

FR2730426A1 - Nozzle for spraying a cryogenic liquid

Info

Publication number: FR2730426A1
Application number: FR9501503A
Authority: FR
Inventors: Gerard Chambon
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2015-02-09
Also published as: FR2730426B1

Abstract

A nozzle is claimed for spraying a cryogenic liquid with a gas nebuliser and of the type with external spraying. It comprises some means (1, 11) delimiting a channel (5) for feeding the cryogenic liquid to a distribution chamber (12) where it is pulverised in order to deliver a spray jet of cryogenic liquid following a given axis and some means (17, 18, 19) of feeding a nebulising gas to the distribution chamber. It also incorporates some means (7, 10) that ensures the thermal insulation between the inner surface of the channel and the gas nebulising system.

Description

BUSE DE PULVERISATION DE LIQUIDE CRYOGENIQUE
La présente invention concerne une buse de pulvérisation de liquide cryogénique. Une telle buse peut être employée en association avec des dispositifs de projection de plasma permettant de réaliser des dépôts sur des substrats résistant mal aux hautes températures.CRYOGENIC LIQUID SPRAY NOZZLE
The present invention relates to a cryogenic liquid spray nozzle. Such a nozzle can be used in combination with plasma spraying devices making it possible to deposit on substrates poorly resistant to high temperatures.

On utilise de plus en plus et dans beaucoup de domaines de nouveaux matériaux composites et en particulier des matériaux constitués par des matières plastiques renforcées par des fibres inorganiques telles que les fibres de verre, de carbone, de silice ou de graphite. Cependant, l'emploi de ces matériaux pose certains problèmes lorsqu'on veut les pourvoir d'un- revêtement adhérent, réalisé par exemple en matériau réfractaire (céramique) ou métallique. New composite materials are used more and more in many fields and in particular materials constituted by plastics reinforced with inorganic fibers such as glass, carbon, silica or graphite fibers. However, the use of these materials poses certain problems when it is desired to provide them with an adherent coating, made for example of refractory material (ceramic) or metal.

La projection de plasma est bien connue et largement utilisée pour réaliser des revêtements, par exemple sur des matériaux composites tels que les résines ou les plastiques qu'il faut revêtir avec des couches minces de céramique ou des couches métalliques. Plasma spraying is well known and widely used for making coatings, for example on composite materials such as resins or plastics which must be coated with thin layers of ceramic or metallic layers.

Cette méthode est également utilisée pour réaliser des revêtements protecteurs dans le domaine de la mécanique (alliages pour l'aéronautique ou l'automobile) ou le domaine nucléaire (réalisation de barrières d'absorption).This method is also used to produce protective coatings in the mechanical field (alloys for aeronautics or the automobile) or in the nuclear field (production of absorption barriers).

Initialement, cette opération se déroulait à l'air, ce qui rendait impossible le dépôt de certains matériaux réagissant avec l'oxygène comme les borures et les carbures. On ne pouvait pas non plus réaliser le dépôt sur des supports eux-mêmes réactifs comme l'aluminium, le magnésium ou leurs alliages. C'est pourquoi on a pensé à réaliser la projection soit sous atmosphère neutre, par exemple dans des chambres sous argon, soit dans une enceinte sous vide partiel, la pression résiduelle étant de l'ordre de 50 à 200 millibars. Cette méthode permet de travailler à des températures élevées, de l'ordre de 600 à 700"C et de revêtir des superalliages en facilitant la diffusion du produit projeté dans le métal de base.Cependant, cette méthode n'est pas toujours applicable lorsque le substrat est un matériau qui résiste mal aux températures élevées : c'est le cas de certains matériaux composites comme les fibres de silice liées par de la résine qui deviennent instables au-delà de 1200C et avec lesquelles il est difficile d'envisager une projection de plasma puisque cette opération engendre des températures bien supérieures. Enparticulier, il n'est pas possible avec cette méthode de réaliser des dépôts de forte épaisseur à cause des phénomènes de fissuration. Initially, this operation took place in air, which made it impossible to deposit certain materials reacting with oxygen such as borides and carbides. It was also not possible to deposit on supports which were themselves reactive, such as aluminum, magnesium or their alloys. This is why we thought of carrying out the projection either in a neutral atmosphere, for example in chambers under argon, or in an enclosure under partial vacuum, the residual pressure being of the order of 50 to 200 millibars. This method makes it possible to work at high temperatures, of the order of 600 to 700 "C and to coat superalloys by facilitating the diffusion of the sprayed product in the base metal. However, this method is not always applicable when the substrate is a material which does not withstand high temperatures well: this is the case of certain composite materials such as silica fibers bound by resin which become unstable above 1200C and with which it is difficult to envisage a projection of plasma since this operation generates much higher temperatures. In particular, it is not possible with this method to make thick deposits because of cracking phenomena.

On a alors mis au point des dispositifs de projection de plasma équipés d'un système de refroidissement pour refroidir le matériau à revêtir juste après la projection de plasma. Plasma spraying devices equipped with a cooling system were then developed to cool the material to be coated just after the plasma spraying.

Le document FR-A-2 545 007 divulgue un procédé et un dispositif de projection de plasma qui permettent d'effectuer les dépôts de n'importe quelle substance, y compris des substances avides d'oxygène ou très actives chimiquement, sur des substrats résistant mal à des températures élevées ou eux-mêmes réactifs chimiquement et qui permettent de réaliser des dépôts de forte épaisseur. The document FR-A-2 545 007 discloses a process and a device for plasma projection which make it possible to carry out the deposits of any substance, including substances eager for oxygen or very chemically active, on resistant substrates poorly at high temperatures or themselves chemically reactive and which allow thick deposits to be produced.

La projection se fait à l'aide d'un pistolet de projection mobile par rapport à la pièce à recouvrir. The projection is done using a mobile spray gun relative to the part to be covered.

L'opération se déroule sous atmosphère contrôlée à l'intérieur d'une enceinte étanche où l'on maintient constantes la pression et la composition de l'atmosphère régnant dans l'enceinte. Les zones de la pièce qui ont été revêtues par projection sont refroidies à l'aide d'un système de refroidissement également mobile par rapport à la pièce.The operation takes place under a controlled atmosphere inside a sealed enclosure where the pressure and the composition of the atmosphere prevailing in the enclosure are kept constant. The areas of the room which have been spray coated are cooled using a cooling system which is also movable relative to the room.

Le refroidissement de la pièce se fait par projection de gouttelettes d'au moins un liquide proche de sa température de saturation, ces gouttelettes étant confinées dans la zone de la pièce où est effectuée la projection de plasma, le liquide proche de sa température de saturation étant de préférence un gaz liquéfié. Un gaz porteur est utilisé pour effectuer la projection de gouttelettes grâce à une buse de pulvérisation. The cooling of the part is done by projection of droplets of at least one liquid close to its saturation temperature, these droplets being confined in the zone of the part where the plasma projection is carried out, the liquid close to its saturation temperature preferably being a liquefied gas. A carrier gas is used to spray droplets using a spray nozzle.

L'utilisation de gouttelettes de gaz liquéfié. The use of liquefied gas droplets.

permet un refroidissement très énergique et la température de la pièce peut être maintenue à une valeur très basse (de l'ordre de 20 à 500C et en tout cas inférieure à 100"C) même dans la zone de projection.allows very vigorous cooling and the room temperature can be kept at a very low value (of the order of 20 to 500C and in any case less than 100 "C) even in the projection area.

Ainsi, on peut revêtir pratiquement tous les matériaux y compris des substances instables à des températures élevées.Thus, almost all materials can be coated, including substances unstable at elevated temperatures.

Une telle buse de pulvérisation est également décrite dans le document FR-A-2 545 202 qui divulgue un procédé de refroidissement d'un matériau préparé sous forme particulaire. Le liquide de refroidissement utilisé est généralement un gaz liquéfié tel que l'azote ou l'argon projeté sous forme de gouttelettes à l'aide d'un gaz porteur. Such a spray nozzle is also described in document FR-A-2,545,202 which discloses a method of cooling a material prepared in particulate form. The coolant used is generally a liquefied gas such as nitrogen or argon sprayed in the form of droplets using a carrier gas.

Une buse de pulvérisation de ce type est encore utilisé dans le procédé divulgué dans le document
FR-A-2 560 793. On y décrit un traitement de surface d'une pièce en matériau sensible à la chaleur qui consiste à soumettre la surface de cette pièce à l'action d'un plasma gazeux et à refroidir immédiatement la surface ainsi traitez en projetant sur celle-ci un liquide de refroidissement grâce à la buse de pulvérisation. Ce traitement de surface permet de modifier l'état de surface de la pièce en vue d'un meilleur accrochage d'un revêtement déposé par la suite.A spray nozzle of this type is still used in the process disclosed in the document
FR-A-2 560 793. It describes a surface treatment of a part made of heat-sensitive material which consists in subjecting the surface of this part to the action of a gaseous plasma and immediately cooling the surface thus treat by spraying coolant on it using the spray nozzle. This surface treatment makes it possible to modify the surface condition of the part with a view to better attachment of a coating deposited subsequently.

Une telle buse de pulvérisation est encore utilisée, comme le divulgue le document FR-A-2 560 792, pour mettre en oeuvre un procédé consistant à déposer d'abord sur la surface d'une pièce à revêtir une couche de matière thermoplastique, à projeter ensuite à chaud le matériau de revêtement sur la surface pourvue de la couche de matière thermoplastique, et à refroidir immédiatement la surface de la pièce ainsi traitée. Such a spray nozzle is also used, as disclosed in document FR-A-2 560 792, to implement a method consisting in first depositing on the surface of a part to be coated a layer of thermoplastic material, then hot spray the coating material on the surface provided with the layer of thermoplastic material, and immediately cool the surface of the part thus treated.

Cette buse de pulvérisation de liquide cryogénique peut bien sûr être utilisée dans d'autres domaines techniques, par exemple tous ceux qui mettent en jeu un refroidissement grâce à un liquide cryogénique (métallurgie, industrie alimentaire...) ou une pulvérisation de liquide cryogénique (moteur dans le domaine spatial...). This cryogenic liquid spraying nozzle can of course be used in other technical fields, for example all those which involve cooling by means of a cryogenic liquid (metallurgy, food industry ...) or a cryogenic liquid spraying ( engine in the space sector ...).

La nébulisation du liquide cryogénique peut être obtenue par la géométrie du canal d'arrivée du liquide, un peu comme dans un tuyau d'arrosage où le jet est pincé mécaniquement pour être nébulisé. On préfère souvent utiliser un gaz porteur qui permet la nébulisation du liquide cryogénique en sortie de buse. The nebulization of the cryogenic liquid can be obtained by the geometry of the liquid inlet channel, a bit like in a garden hose where the jet is mechanically pinched to be nebulized. It is often preferred to use a carrier gas which allows the nebulization of the cryogenic liquid at the outlet of the nozzle.

Dans un premier type de buse à gaz nébuliseur, la buse est dite à pulvérisation interne, la nébulisation du liquide étant effectuée avant la sortie de la buse. In a first type of nebulizer gas nozzle, the nozzle is said to have internal spraying, the nebulization of the liquid being carried out before the nozzle leaves.

Dans un deuxième type de buse à gaz nébuliseur, la buse est dite à pulvérisation externe, la nébulisation du liquide étant assurée dans une chambre rajoutée en sortie de buse. Ces buses peuvent être à jet plat (une partie du jet de gaz nébuliseur peut être utilisée pour aplatir le jet de liquide) ou à jet rond. La configuration à jet rond semble mieux adaptée pour refroidir des pièces dont la température n'est pas uniforme, comme des pièces que l'on veut traiter par plasma et donc le profil de température peut être gaussien. In a second type of nebulizer gas nozzle, the nozzle is said to be external spraying, the nebulization of the liquid being provided in a chamber added at the outlet of the nozzle. These nozzles can be flat jet (part of the nebulizer gas jet can be used to flatten the liquid jet) or round jet. The round jet configuration seems better suited for cooling parts whose temperature is not uniform, such as parts which one wishes to treat by plasma and therefore the temperature profile can be Gaussian.

Les buses à pulvérisation externe du liquide se sont révélées plus efficaces (à pression de gaz nébuliseur constante) que les buses à pulvérisation interne car ce dernier mode favorise les transferts thermiques entre le liquide cryogénique et la chambre de pulvérisation, ce qui a pour conséquence qu'une grande partie du liquide cryogénique est vaporisée avant la sortie de la buse. Au contraire, dans le cas de la pulvérisation externe, les échanges thermiques du liquide cryogénique se font uniquement avec le gaz nébuliseur. The nozzles for external spraying of the liquid have been shown to be more efficient (at constant nebulizer gas pressure) than the nozzles for internal spraying because the latter mode promotes heat transfers between the cryogenic liquid and the spraying chamber, which results in that 'a large part of the cryogenic liquid is vaporized before leaving the nozzle. On the contrary, in the case of external spraying, the heat exchanges of the cryogenic liquid take place only with the nebulizing gas.

Cependant à l'usage les buses de pulvérisation externes ont révélé certains défauts de fonctionnement. However in use the external spray nozzles have revealed certain operating faults.

Ces défauts consistent en un phénommène de fluctuation de température du jet de refroidissement dont l'origine est due à un bouchon de gaz et que l'on nomme "chugging" dans les articles spécialisés. A cause de ce phénomène, il n'est pas possible d'obtenir un jet continu (non fluctuant) de liquide cryogénique pulvérisé même en utilisant des canalisations de liquide cryogénique particulièrement bien isolées. Ce phénomène est nuisible pour les surfaces thermosensibles qui ne supportent pas les brusques variations thermiques qui peuvent se traduire par des transformations irréversibles du matériau à recouvrir.These defects consist of a phenomenon of fluctuation in temperature of the cooling jet, the origin of which is due to a gas plug and which is called "chugging" in specialized articles. Because of this phenomenon, it is not possible to obtain a continuous (non-fluctuating) jet of sprayed cryogenic liquid even using particularly well insulated cryogenic liquid pipes. This phenomenon is harmful for heat-sensitive surfaces which do not support sudden thermal variations which can result in irreversible transformations of the material to be covered.

Pour pallier à ces défauts, il a été proposé d'utiliser simultanément plusieurs buses de pulvérisation de liquide cryogénique. Ainsi, lorsqu'une buse fonctionne mal, on peut raisonnablement espérer qu'une autre buse (ou d'autres buses éventuellement) assure correctement le refroidissement. Cette solution est efficace mais entraîne une surconsommation de fluide cryogénique. To overcome these shortcomings, it has been proposed to use several cryogenic liquid spray nozzles simultaneously. Thus, when a nozzle malfunctions, it is reasonable to hope that another nozzle (or other nozzles possibly) provides cooling properly. This solution is effective but leads to overconsumption of cryogenic fluid.

Le phénomène de fluctuation de température du jet de refroidissement est mal expliqué. Jusqu'à présent on pensait qu'il était dû aux bouteilles de liquide cryogénique ou au transport de ce liquide le long des conduites à cause de points chauds localisés ou de défauts d'isolation de ces conduites. La difficulté qu'il y a à observer les fluctuations de taille des gouttelettes de liquide ne simplifie pas l'interprétation. The temperature fluctuation phenomenon of the cooling jet is poorly explained. Until now it was thought that it was due to bottles of cryogenic liquid or the transport of this liquid along the pipes because of localized hot spots or insulation faults in these pipes. The difficulty of observing fluctuations in the size of liquid droplets does not simplify interpretation.

D'après l'inventeur de la présente invention,ces défauts de fonctionnement ont d'autres causes. According to the inventor of the present invention, these malfunctions have other causes.

Dans les buses de l'art connu, le corps de buse est réchauffé par le gaz de pulvérisation qui est à une température d'environ 20"C tandis que le fluide cryogénique transitant dans le canal de la buse est, par exemple dans le cas de l'argon, à une température de l'ordre de -1860C. L'inventeur pense que cela entraîne la formation d'un film gazeux, créé par caléfaction, entre l'écoulement de fluide cryogénique et la surface interne du canal. La conductivité thermique de l'argon gazeux étant environ 20 fois plus faible que la conductivité thermique de l'argon liquide, le film gazeux limite le transfert de chaleur au liquide et la température du canal de buse augmente. Cela entraine une augmentation de l'épaisseur du film gazeux et la diminution de la section de passage du liquide cryogénique, ce qui tend à accroître la pression du liquide en amont.Le film gazeux peut aller jusqu'à former un bouchon gazeux en sortie de buse, c'est-à-dire qu'il ne sort plus que du gaz et l'arrivée du liquide s'interrompt. A un certain moment, la pression du liquide devient telle qu'elle exerce une force supérieure à la résistance du bouchon gazeux. Le liquide en s'écoulant de nouveau refroidit la surface interne du canal sans que pour autant elle n'atteigne la température de saturation du liquide. Il y a donc à nouveau formation d'un film gazeux. Le processus recommence alors de manière périodique.In the nozzles of the prior art, the nozzle body is heated by the spray gas which is at a temperature of around 20 "C while the cryogenic fluid passing through the nozzle channel is, for example in the case of argon, at a temperature of the order of -1860 C. The inventor believes that this results in the formation of a gaseous film, created by calefaction, between the flow of cryogenic fluid and the internal surface of the channel. thermal conductivity of argon gas being about 20 times lower than thermal conductivity of liquid argon, the gaseous film limits the transfer of heat to the liquid and the temperature of the nozzle channel increases. This leads to an increase in thickness of the gaseous film and the reduction in the cross section of the cryogenic liquid, which tends to increase the pressure of the liquid upstream. The gaseous film can go so far as to form a gas plug at the outlet of the nozzle, that is to say to say that it only leaves gas and the arrival of the liquid is interrupted. At a certain point, the pressure of the liquid becomes such that it exerts a force greater than the resistance of the gas cap. The liquid flowing again cools the internal surface of the channel without, however, reaching the saturation temperature of the liquid. There is therefore again the formation of a gaseous film. The process then starts again periodically.

On propose donc selon la présente invention, de remédier à ce phénomène de fluctuation de température du jet de refroidissement en limitant les contacts thermiques entre la source de chaleur que constitue l'amenée de gaz de pulvérisation et le canal d'amenée du liquide cryogénique. It is therefore proposed according to the present invention, to remedy this phenomenon of fluctuation in temperature of the cooling jet by limiting the thermal contacts between the heat source that constitutes the supply of spray gas and the supply channel of the cryogenic liquid.

L'invention a donc pour objet une buse de pulvérisation de liquide cryogénique à gaz nébuliseur et du type à pulvérisation externe, comprenant des moyens délimitant un canal d'amenée de liquide cryogénique jusqu'à une chambre de répartition où se produit la pulvérisation pour délivrer un jet de liquide cyrogénique pulvérisé selon un axe donné, des moyens d'amenée du gaz nébuliseur jusqu'à la chambre de répartition, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens assurant une isolation thermique entre la surface interne dudit canal et les moyens d'amenée du gaz nébuliseur. The subject of the invention is therefore a spray nozzle for cryogenic liquid with a nebulizing gas and of the external spraying type, comprising means delimiting a channel for supplying cryogenic liquid to a distribution chamber where the spraying takes place to deliver a jet of cyrogenic liquid sprayed along a given axis, means for supplying the nebulizing gas to the distribution chamber, characterized in that it also comprises means ensuring thermal insulation between the internal surface of said channel and the means for supplying the nebulizer gas.

Les moyens délimitant un canal d'amenée peuvent comprendre un corps central percé dudit canal, ce corps central étant raccordé à une conduite d'amenée de liquide cryogénique. The means delimiting a supply channel may comprise a central body pierced by said channel, this central body being connected to a supply line for cryogenic liquid.

La chambre de répartition est avantageusement constituée par une cavité percée dans une pièce d'extrémité fixée sur le corps central, le canal d'amenée de liquide cryogénique débouchant dans cette cavité. L'isolation thermique peut alors être assurée par interposition des moyens d'isolation thermique entre le corps central et la pièce d'extrémité. Elle peut aussi être assurée en réalisant le corps central en un matériau isolant thermique. The distribution chamber is advantageously constituted by a cavity pierced in an end piece fixed on the central body, the cryogenic liquid supply channel opening into this cavity. The thermal insulation can then be ensured by interposition of the thermal insulation means between the central body and the end piece. It can also be ensured by producing the central body in a thermal insulating material.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à ia iecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée du dessin annexé qui est une vue en coupe longitudinale d'une buse de pulvérisation de liquide cryogénique selon la présente invention. The invention will be better understood and other advantages and particularities will appear on reading the description which follows, given by way of nonlimiting example, accompanied by the appended drawing which is a view in longitudinal section of a spray nozzle. of cryogenic liquid according to the present invention.

La buse représentée dans cette figure est de forme générale cylindrique autour d'un axe de- révolution qui est aussi l'axe du jet de liquide cryogénique pulvérisé. The nozzle shown in this figure is generally cylindrical in shape about an axis of revolution which is also the axis of the jet of sprayed cryogenic liquid.

Le corps central se compose de deux parties métalliques : une partie arrière 1 et une partie avant 11. La partie arrière 1 possède une extrémité filetée 4 permettant son raccordement sur une conduite d'amenée de liquide cryogénique non représentée. La partie avant 11 sert d'injecteur de liquide cryogénique. Elle est supportée par la partie arrière 1. Le corps central est percé d'un canal 5 d'amenée de liquide cryogénique percé dans les parties 1 et 11 selon l'axe de la buse. The central body is made up of two metal parts: a rear part 1 and a front part 11. The rear part 1 has a threaded end 4 allowing it to be connected to a cryogenic liquid supply pipe, not shown. The front part 11 serves as a cryogenic liquid injector. It is supported by the rear part 1. The central body is pierced with a channel 5 for supplying cryogenic liquid pierced in parts 1 and 11 along the axis of the nozzle.

L'injecteur 11 est dans ce cas de forme cylindrique afin de favoriser la formation d'un jet rond. Si l'on désire favoriser une autre forme de jet on utilisera un injecteur possédant une forme de canal appropriée. The injector 11 is in this case of cylindrical shape in order to promote the formation of a round jet. If one wishes to favor another form of jet, an injector having an appropriate channel form will be used.

Le canal 5 débouche de l'injecteur 11 dans une cavité 12 percée dans la pièce d'extrémité 13 montée autour de l'injecteur 11. La pièce d'extrémité 13 est en fait constituée de deux éléments métalliques emboîtés l'un dans l'autre : un élément interne i6 et un élément externe 9. La cavité 12, constituant la chambre de répartition, est délimitée dans la buse par la face 14 de l'élément interne 16, qui s'évase vers l'extérieur, et par la paroi cylindrique 15 de l'élément externe 9. The channel 5 opens from the injector 11 into a cavity 12 drilled in the end piece 13 mounted around the injector 11. The end piece 13 is in fact made up of two metallic elements fitted one into the other: an internal element i6 and an external element 9. The cavity 12, constituting the distribution chamber, is delimited in the nozzle by the face 14 of the internal element 16, which flares outwards, and by the cylindrical wall 15 of the external element 9.

Le gaz nébuliseur est véhiculé par l'intermédiaire d'une conduite 3 qui est un tube rigide servant de support à la buse. La buse est par exemple rendu solidaire de la conduite 3 par soudage d'une extrémité de la conduite sur l'élément externe 9 en vis-à-vis d'un trou 17 percé radialement dans cet élément externe. L'autre extrémité de la conduite 3 constitue un raccord 2 servant à la connexion de la conduite 3 avec un tuyau d'approvisionnement en gaz nébuliseur. The nebulizer gas is conveyed via a pipe 3 which is a rigid tube serving to support the nozzle. The nozzle is for example made integral with the pipe 3 by welding one end of the pipe to the external element 9 opposite a hole 17 drilled radially in this external element. The other end of the pipe 3 constitutes a connector 2 used to connect the pipe 3 with a nebulizer gas supply pipe.

Le trou radial 17 percé dans l'élément externe 9 communique avec une gorge 18 semi-toroldale usinée à l'intérieur de l'élément externe 9, cette gorge se situant dans un plan transversal et perpendiculaire à l'axe de la buse. La gorge 18 fait face à la paroi externe de l'élément interne 16. Des trous 19 percés dans la masse de l'élément interne 16 font communiquer la gorge 18 et la chambre de répartition 12. Ces trous 19 sont formés d'abord d'un tronçon radial percé à partir de l'extérieur de l'élément interne 16, puis d'un tronçon d'axe oblique dirigé vers l'extérieur de la buse. The radial hole 17 drilled in the external element 9 communicates with a semi-toroidal groove 18 machined inside the external element 9, this groove lying in a transverse plane and perpendicular to the axis of the nozzle. The groove 18 faces the external wall of the internal element 16. Holes 19 drilled in the mass of the internal element 16 communicate the groove 18 and the distribution chamber 12. These holes 19 are formed first of 'A radial section pierced from the outside of the internal element 16, then a section of oblique axis directed towards the outside of the nozzle.

Une configuration particulièrement avantageuse consiste à prévoir huit trous 19 régulièrement percés dans l'élément interne 16 et de 1 mm de diamètre en sortie. Une inclinaison de 450 de l'axe oblique des trous permet d'obtenir un jet de liquide cryogénique pulvérisé de forme conique et de section ronde. Un diamètre de 1 mm semble un bon compromis entre l'optimisation de la vitesse du gaz (plus le diamètre des trous diminue plus la vitesse du gaz augmente) et la minimisation des pertes de charge dues au rétrécissement de la section de passazge du gaz. A particularly advantageous configuration consists in providing eight holes 19 regularly drilled in the internal element 16 and 1 mm in diameter at the outlet. An inclination of 450 of the oblique axis of the holes makes it possible to obtain a jet of cryogenic liquid spray of conical shape and of round section. A diameter of 1 mm seems to be a good compromise between optimizing the gas speed (the smaller the diameter of the holes the more the gas speed increases) and minimizing the pressure losses due to the narrowing of the gas pass-through section.

L'inclinaison à 450 permet de pulvériser le jet correctement, en particulier le centre de celui-ci. Les essais réalisés avec des buses à 300 montraient que pour des pressions de bouteilles cryogéniques supérieures à 1 bar, le centre du jet n'était pas pulvérisé (ce qui n'est pas souhaitable car le refroidissement est alors très peu efficace). The tilt at 450 allows the spray to be sprayed correctly, in particular the center of it. Tests carried out with nozzles at 300 showed that for cryogenic cylinder pressures greater than 1 bar, the center of the jet was not sprayed (which is not desirable since the cooling is then very ineffective).

Pour des angles supérieurs à 450, la composante axiale de la vitesse du gaz n'est plus suffisante pour entraîner les gouttelettes : la longueur efficace du jet diminue car les gouttelettes sont alors très fines, très dispersées dans un cône dont l'angle au somme avoisine 900.For angles greater than 450, the axial component of the gas velocity is no longer sufficient to entrain the droplets: the effective length of the jet decreases because the droplets are then very fine, very dispersed in a cone whose angle at the sum around 900.

Une bague 7 thermiquement isolante, par exemple en Celerons est glissée autour du corps central, d'une part autour de l'extrémité aval de la partie arrière 1 et d'autre part autour de l'extrémité amont de la partie avant 11. Un joint d'étanchéité torique 8 est disposé entre les parties 1 et 11. La bague 7 est fixée à la partie 1 du corps central par un écrou de serrage 6. A thermally insulating ring 7, for example made of Celerons, is slid around the central body, on the one hand around the downstream end of the rear part 1 and on the other hand around the upstream end of the front part 11. A O-ring seal 8 is arranged between parts 1 and 11. The ring 7 is fixed to part 1 of the central body by a tightening nut 6.

La liaison mécanique entre le corps central et la pièce d'extrémité 13 est du type vis-écrou, la bague isolante 7 étant filetée et l'élément externe 9 étant taraudé. Une rondelle 10 en matériau isolant thermique est disposée autour de l'extrémité aval de la partie avant 11 du corps central de manière à séparer l'élément interne 16 de la partie avant du corps central. The mechanical connection between the central body and the end piece 13 is of the screw-nut type, the insulating ring 7 being threaded and the external element 9 being tapped. A washer 10 made of thermal insulating material is arranged around the downstream end of the front part 11 of the central body so as to separate the internal element 16 from the front part of the central body.

La pièce d'extrémité 13 se trouve ainsi isolée thermiquement du corps central de la buse. Cette isolation thermique est d'une part assurée par des éléments en matériau isolant thermique : la bague 7 et la rondelle 10. Cette isolation thermique est d'autre part assurée par des espaces vides prévus entre des éléments thermiquement conducteur : l'espace séparant l'élément externe 9 de l'écrou de serrage 6 (lequel pourrait également être réalisé en matériau isolant thermique) et l'espace séparant l'extrémité aval de la partie avant ll du corps central de l'élément interne 16 (du fait de la différence des diamètres). The end piece 13 is thus thermally insulated from the central body of the nozzle. This thermal insulation is on the one hand provided by elements made of thermal insulating material: the ring 7 and the washer 10. This thermal insulation is on the other hand provided by empty spaces provided between thermally conductive elements: the space separating l external element 9 of the clamping nut 6 (which could also be made of thermal insulating material) and the space separating the downstream end of the front part ll from the central body of the internal element 16 (due to the difference in diameters).

Ainsi, la paroi interne du canal 5 dans lequel circule le fluide cryogénique est bien isolée thermiquement du gaz nébuliseur. Comme il a été dit plus haut, une autre manière d'assurer cette isolation serait de réaliser le corps central en un matériau thermiquement isolant. Thus, the internal wall of the channel 5 in which the cryogenic fluid circulates is well thermally insulated from the nebulizing gas. As mentioned above, another way of ensuring this insulation would be to produce the central body in a thermally insulating material.

Il faut remarquer qu'une autre source de chaleur, par convection libre, est l'atmosphère ambiante mais son effet peut être négligé. Un corps central en matériau thermiquement isolant ferait obstacle à cet effet secondaire. It should be noted that another source of heat, by free convection, is the ambient atmosphere, but its effect can be neglected. A central body of thermally insulating material would prevent this side effect.

Un autre avantage de la buse de pulvérisation selon la présente invention est qu'elle peut être facilement miniaturisée. Another advantage of the spray nozzle according to the present invention is that it can be easily miniaturized.

Claims

1. Spray nozzle for cryogenic liquid with nebulizing gas and of the external spraying type, comprising means (1, 11) delimiting a channel (5) for supplying cryogenic liquid to a distribution chamber (12) where occurs spraying to deliver a jet of cyrogenic liquid sprayed along a given axis, means (17, 18, 19) for supplying the nebulizing gas to the distribution chamber, characterized in that it further comprises means ( 7, 10) providing thermal insulation between the internal surface of said channel and the means for supplying the nebulizer gas.

2. Spray nozzle according to claim 1, characterized in that the means delimiting a supply channel comprise a central body pierced with said channel, this central body being connected to a cryogenic liquid supply pipe.

3. Spray nozzle according to claim 2, characterized in that the central body consists of two parts through which said channel passes, a first part (1) being connected to the cryogenic liquid supply pipe and a second part (11 ) opening into the distribution chamber (12) to constitute a liquid injector.

4. Spray nozzle according to one of claims 2 or 3, characterized in that the distribution chamber (12) is constituted by a cavity drilled in an end piece (13) fixed on the central body (1, 11 ) with interpositin of thermal insulation means (7, 10), the supply channel (5) of cryogenic liquid emerging in this cavity.

5. Spray nozzle according to claim 4, characterized in that the thermal insulation means comprise at least one element (7, 10) made of thermal insulating material.

6. Spray nozzle according to claim 5, characterized in that the thermal insulation means also comprise an empty space.

7. Spray nozzle according to one of claims 2 or 3, characterized in that the distribution chamber (12) is constituted by a cavity drilled in an end piece (13) fixed on the central body (1, 11 ), the thermal insulation means being constituted by the central body which is made of a thermal insulating material, the supply channel (5) of cryogenic liquid opening into this cavity.

8. Spray nozzle according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the nebulizer gas supply means consist of conduits (17, 18, 19) drilled in the end piece (13) in which ends a pipe (3) for supplying nebulizer gas.

9. Spray nozzle according to claim 8, characterized in that the end piece (13) comprises an external element (9) in which ends the pipe (3) for supplying nebulizer gas and having a distribution pipe ( 18) of the nebulizing gas, and an internal element (16) provided with communication holes (19) between the distribution duct (18) of the external element (9) and the distribution chamber (12), the internal element (16) having a geometry suitable for the desired shape for the spray of cryogenic sprayed liquid.

10. Spray nozzle according to claim 9, characterized in that the distribution duct (18) is constituted by a groove surrounding the internal element (16).

11. Spray nozzle according to one of claims 9 or 10, characterized in that, the distribution chamber (12) flaring outwards, the holes (19) of the internal element (16) open into the distribution chamber at an angle of approximately 45 relative to the axis of the spray of cryogenic liquid spray.