FR2808072A1 - Device for closing and connecting external pipework with a reservoir for cryogenic fluid incorporating a single stainless steel sub-assembly with a closing disk and internal channels - Google Patents

Device for closing and connecting external pipework with a reservoir for cryogenic fluid incorporating a single stainless steel sub-assembly with a closing disk and internal channels Download PDF

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Abstract

A device for closing and connecting external piping to a reservoir (3) for cryogenic fluid is made up of a solid sub-assembly (1) of cast stainless steel incorporating a principal part in the form of a disk (4) mounted on a flange (2) of the reservoir (3) and defining at least two channels (8, 9) for the passage of fluid. An Independent claim is included for a cryogenic reservoir equipped with this device.

Description

Dispositif d'obturation et de raccordement à des canalisations externes d'un réservoir de fluide cryogénique, et réservoir équipé d'un tel dispositif. Sealing device and connection to external pipes of a cryogenic fluid reservoir, and reservoir equipped with such a device.

La présente invention concerne les réservoirs de fluide cryogénique et, plus particulièrement les dispositifs d'obturation et de raccordement à des canalisations externes de tels réservoirs. The present invention relates to cryogenic fluid reservoirs and, more particularly to sealing and connection devices to external pipes of such reservoirs.

Les dispositifs connus d'obturation et de raccordement des reservoirs de fluide cryogenique sont constitués d'un assemblage mécano-soudé d'une plaque d'obturation et de pièces de raccordement usinées et fixées, typiquement soudage, dans des orifices usinés dans la plaque d'obturation. Cette technique est particulièrement onéreuse, du fait du nombre pièces différentes à realiser, stocker et assembler, et au nombre important rebuts résultant des problèmes d'usinage et de soudage des matériaux constitutifs, typiquement aciers inoxydables austénitiques. The known devices for closing and connecting cryogenic fluid reservoirs consist of a mechanically welded assembly of a closure plate and machined and fixed connection pieces, typically welding, in orifices machined in the plate d shutter. This technique is particularly expensive, because of the number of different parts to be produced, stored and assembled, and the large number of rejects resulting from the machining and welding problems of the constituent materials, typically austenitic stainless steels.

La presente invention a pour objet de proposer une architecture de dispositif simplifiée permettant de supprimer la plupart de ces problèmes et de réduire grandement les coûts de fabrication et d'assemblage. The object of the present invention is to propose a simplified device architecture making it possible to eliminate most of these problems and to greatly reduce the manufacturing and assembly costs.

Pour faire, l'invention propose un dispositif comportant sous- ensemble monobloc en acier inoxydable moulé, réalisé typiquement par moulage à la cire perdue, définissant au moins deux, typiquement moins trois canaux de passage de fluide. To do this, the invention provides a device comprising a one-piece molded stainless steel sub-assembly, typically produced by lost wax molding, defining at least two, typically at least three fluid passage channels.

Selon une caractéristique plus particulière de l'invention, le sous- ensemble monobloc est réalisé par moulage à partir d'un alliage en acier inoxydable austénitique comprenant au moins 16%, typiquement entre 16 et 18,5% de chrome et au moins 10%, typiquement entre 10 et 13,5% nickel, et ayant, en phase liquide, un taux de ferrite supérieur à 2%, de preférence n'excédant pas 6%. According to a more specific characteristic of the invention, the one-piece sub-assembly is produced by molding from an austenitic stainless steel alloy comprising at least 16%, typically between 16 and 18.5% of chromium and at least 10% , typically between 10 and 13.5% nickel, and having, in the liquid phase, a ferrite content greater than 2%, preferably not exceeding 6%.

La présente invention a également pour objet un réservoir fluide cryogénique, notamment d'oxygène liquide pour oxygénothérapie à domicile, équipé d'un tel dispositif et typiquement pourvu de deux réchauffeurs atmosphériques reliés ' des passages de sorties de liquide et de gaz du dispositif. The present invention also relates to a cryogenic fluid reservoir, in particular liquid oxygen for home oxygen therapy, equipped with such a device and typically provided with two atmospheric heaters connected to the liquid and gas outlet passages of the device.

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale de la partie supérieure d'un réservoir cryogénique d'oxygénothérapie pourvu d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une en coupe du dispositif de la figure 1 dans un plan de coupe orthogonal au plan de coupe de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue côté du dispositif de la figure 2. Other advantages and characteristics of the present invention will emerge from the following description of an embodiment, given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawings in which - Figure 1 is a schematic view in vertical section the upper part of a cryogenic oxygen therapy tank provided with a device according to the invention; - Figure 2 is a sectional view of the device of Figure 1 in a section plane orthogonal to the section plane of Figure 1; and - Figure 3 is a side view of the device of Figure 2.

Sur la figure 1 a représenté un dispositif selon l'invention mis en place sur une bride de col 2 montée dans le col d'un réservoir cryogénique 3. Selon un aspect l'invention, le dispositif selon l'invention comprend un sous-ensemble monobloc 1 réalisé en acier inoxydable moulé comprenant essentiellement une partie principale en forme de disque 4 ayant une surface inférieure transversale formant plan de joint 5 monté plaqué sur la bride 2 munie d'un joint annulaire Le sous-ensemble 1 comporte une cheminée centrale 7 orthogonale au disque 4, sensiblement coaxiale à ce dernier, et définissant un passage central 8. Dans la partie principale 4 sont définis, avec des bossages en saillie sur la face opposée au plan de joint 5, un premier canal transversal 9, un deuxième canal transversal 10 orthogonal au précédent et un troisième canal transversal 11 dans le plan du canal 10 et diamétralement opposé à ce dernier. Le canal 10 débouche à la partie inférieure du disque 4 par une cavité 12 tandis que le canai 11 débouche, lui, par une portion de canal 13 formée en partie dans un épaulement en saillie 14 où débouche également vers le bas le canal central 8. Le canal 9 débouche similairement vers le bas par une portion de canal formée dans un épaulement en saillie 15. Comme on le voit sur la figure 1, à l'opposé du, canal 9 est formé un canal axial 16 traversant le disque 4 recevant une pièce 17 permettant le raccordement électrique à une jauge capacitive de niveau 18. FIG. 1 shows a device according to the invention placed on a neck flange 2 mounted in the neck of a cryogenic tank 3. According to one aspect of the invention, the device according to the invention comprises a sub-assembly monoblock 1 made of molded stainless steel essentially comprising a main disc-shaped part 4 having a transverse lower surface forming a joint plane 5 mounted flat on the flange 2 provided with an annular seal The sub-assembly 1 comprises a central chimney 7 orthogonal to the disc 4, substantially coaxial with the latter, and defining a central passage 8. In the main part 4 are defined, with protruding bosses on the face opposite the joint plane 5, a first transverse channel 9, a second transverse channel 10 orthogonal to the previous one and a third transverse channel 11 in the plane of the channel 10 and diametrically opposite to the latter. The channel 10 opens out at the lower part of the disc 4 through a cavity 12 while the channel 11 opens out through a portion of channel 13 formed partly in a projecting shoulder 14 where the central channel 8 also opens downwards. The channel 9 opens similarly downwards by a portion of channel formed in a projecting shoulder 15. As can be seen in FIG. 1, opposite the, channel 9 is formed an axial channel 16 passing through the disc 4 receiving a part 17 allowing the electrical connection to a level 18 capacitive gauge.

Le sous-ensemble monobloc 1 est monté sur la bride 2 par trois vis angulairement réparties (non représentées) et par une colonne 19 à extrémité inférieure filetée servant également, via une plaque support 20, à supporter un boîtier de vanne contrôle de débit 21, comme on le verra plus loin. The one-piece sub-assembly 1 is mounted on the flange 2 by three angularly distributed screws (not shown) and by a column 19 with a threaded lower end also serving, via a support plate 20, to support a flow control valve housing 21, as we will see later.

Comme on voit sur la figure 1, en configuration assemblée, le canal reçoit l'extrémité amont d'un serpentin réchauffeur atmosphérique 23, que décrit dans demande de brevet français FR 99 13617, la portion canal dans l'épaulement 15 recevant l'extrémité d'un tube plongeur s'étendant jusqu'au voisinage du fond du récipient intérieur du réservoir 3. façon similaire, un tube plongeur 25 est monté dans l'extrémité inférieure canal 8. Ce dernier est prolongé vers le haut par un évasement formé dans tête de diamètre élargi 26 comportant un filetage extérieur 27 et recevant l'extrémité inférieure d'une borne de remplissage à clapet 28 maintenue place sur la cheminée 7 par un écrou 29 coopérant avec le filetage 27. As can be seen in FIG. 1, in the assembled configuration, the channel receives the upstream end of an atmospheric heating coil 23, as described in French patent application FR 99 13617, the channel portion in the shoulder 15 receiving the end a dip tube extending to the vicinity of the bottom of the inner container of the reservoir 3. similarly, a dip tube 25 is mounted in the lower end of channel 8. The latter is extended upwards by a flaring formed in enlarged diameter head 26 comprising an external thread 27 and receiving the lower end of a valve filling terminal 28 held in place on the chimney 7 by a nut 29 cooperating with the thread 27.

Au canal transversal 10 est raccordée l'extrémité amont d'un serpentin réchauffeur atmosphérique 30 dont l'extrémité aval est reliée au boîtier de vanne 21 susmentionné. Le canal 11 est quant à lui relié extérieurement à vanne de mise à l'air (non représentée). To the transverse channel 10 is connected the upstream end of an atmospheric heating coil 30 whose downstream end is connected to the aforementioned valve housing 21. The channel 11 is in turn connected externally to the vent valve (not shown).

La mise en oeuvre du dispositif décrit est la suivante : le remplissage fluide liquéfié, du réservoir 3 s'opère à une basse pression, proche de 3 , via la borne à clapet 28, le canal 8 et le tube 25, le volume intérieur réservoir étant, pendant cette opération, en communication avec l'atmosphère ambiante via les canaux 13 et 11 et la vanne de mise à l'air libre en aval de dernier. Typiquement un tube de trop plein (non représenté) s'étendant dans réservoir, est brasé dans le canal 13 pour limiter la hauteur de liquide entreposé dans le réservoir. En exploitation, le prélèvement du fluide cryogénique sous forme liquide contenu dans le réservoir, pressurisé par ciel gazeux dans le réservoir, s'effectue par le tube 24, le canal 9 et serpentin 23 avant d'atteindre le boîtier de vanne à contrôle de débit 21 fournissant par sa sortie 31, un flux gazeux à débit contrôlé vers un utilisateur. Le prélèvement de la phase gazeuse dans le réservoir 3 s'effectue par le canal 10 et le serpentin 30 avant de rejoindre le boîtier de vanne21, pourvu d' au moins une soupape de surpression de sécurité 32. The implementation of the device described is as follows: the filling of liquefied fluid from the reservoir 3 takes place at a low pressure, close to 3, via the valve terminal 28, the channel 8 and the tube 25, the interior volume of the reservoir being, during this operation, in communication with the ambient atmosphere via channels 13 and 11 and the vent valve downstream of the latter. Typically an overflow tube (not shown) extending into the tank is brazed in the channel 13 to limit the height of liquid stored in the tank. In operation, the cryogenic fluid in the liquid form contained in the tank, pressurized by gaseous air in the tank, is taken up by the tube 24, the channel 9 and the coil 23 before reaching the flow control valve housing. 21 providing via its outlet 31, a gaseous flow with controlled flow to a user. The gaseous phase is withdrawn from the reservoir 3 via the channel 10 and the coil 30 before reaching the valve housing 21, provided with at least one safety pressure relief valve 32.

Comme on le voit sur la figure 1, le canal de sortie de liquide 9 est placé à l'opposé du passage 16 de montage de la sonde 18 de façon que le soutirage liquide s'effectue avec un minimum de transmission de frigories à la traversée 17 de la sonde 18. De façon similaire, comme le voit sur la figure 2, le canal 11 se prolonge hors du disque 4 par une extension tubulaire transversale 33 permettant d'éloigner la vanne de mise à l'air libre du disque 4 et donc d'éviter une mise en froid excessive de cette vanne. As can be seen in FIG. 1, the liquid outlet channel 9 is placed opposite the passage 16 for mounting the probe 18 so that the liquid withdrawal takes place with a minimum of transmission of frigories to the passage 17 of the probe 18. Similarly, as seen in FIG. 2, the channel 11 is extended out of the disc 4 by a transverse tubular extension 33 making it possible to move the vent valve away from the disc 4 and therefore avoid excessive cooling of this valve.

Dans un mode de réalisation préféré, le sous-ensemble est réalisé par moulage à la cire perdue, ce qui supprime quasiment les repri d'usinage, à partir d'acier inoxydable comprenant au moins 16% de chrome et au moins 10% de nickel, typiquement un lopin en acier inoxydable du type 316L qui, après coulée, représente un taux de ferrite supérieur à 2%, typiquement entre 2 et 6%, qui est obtenu par un apport de chrome dans le bain de métal en fusion.In a preferred embodiment, the subassembly is produced by lost wax molding, which virtually eliminates the need for machining, from stainless steel comprising at least 16% chromium and at least 10% nickel , typically a piece of 316L stainless steel which, after casting, represents a ferrite content of more than 2%, typically between 2 and 6%, which is obtained by adding chromium to the molten metal bath.

Claims (4)

<U>REVENDICATIONS</U><U> CLAIMS </U> 1. Dispositif d'obturation et de raccordement à canalisations externes d'un réservoir (3) de fluide cryogénique, caractérisé en ce qu'il comporte un sous-ensemble monobloc (1) en acier inoxydable moulé définissant au moins deux canaux de passage de fluide (8-111. Device for closing and connecting external pipes to a reservoir (3) of cryogenic fluid, characterized in that it comprises a one-piece sub-assembly (1) of molded stainless steel defining at least two passage channels for fluid (8-11 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sous- ensemble moulé (1) définit au moins trois conduits de passage fluide (8-11).2. Device according to claim 1, characterized in that the molded sub-assembly (1) defines at least three fluid passage conduits (8-11). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication caractérisé en ce le sous-ensemble moulé (1) présente une partie principale généralement en forme de disque (4) et ayant une face formant un plan de joint (5).3. Device according to claim 1 or claim characterized in that the molded sub-assembly (1) has a main part generally in the form of a disc (4) and having a face forming a joint plane (5). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en moins un canal 0,11) débouche latéralement par rapport à la partie principale (4). Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication , caractérisé en ce 'un canai (8) s'étend orthogonalement par rapport à la partie principale (4). Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en que le canal s'étendant orthogonalement (8) est formé en partie par une partie tubulaire en saillie Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un passage traversant (16) de montage d'une traversée (17) de jauge niveau (18). 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le sous-ensemble moulé (1) définit un passage central de remplissage (8), un passage sortie de liquide (9) et un passage de sortie de gaz 0). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sous-ensemble (1) est réalisé par moulage à la cire perdue d'un acier inoxydable austénitique comprenant au moins 16% de chrome et au moins 10% de nickel ayant, en phase liquide, un taux de ferrite supérieur à 2%, de préférence n'excédant pas 6%. 10. Réservoir cryogénique équipé d'un dispositif selon l'une revendications précédentes. 11. Réservoir selon la revendication 10 équipé d'un dispositif selon revendication . 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux réchauffeurs atmosphériques (23,30) reliés respectivement aux passages de sortie liquide (9) et gaz (10). 12. Réservoir selon la revendication 10 ou la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de l'oxygène liquide médical.4. Device according to claim 3, characterized in at least one channel 0.11) opens laterally relative to the main part (4). Device according to claim 3 or claim, characterized in that a channel (8) extends orthogonally to the main part (4). Device according to claim 5, characterized in that the orthogonally extending channel (8) is formed in part by a projecting tubular part Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a through passage (16) for mounting a level gauge bushing (17) (18). 8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the molded sub-assembly (1) defines a central filling passage (8), a liquid outlet passage (9) and a gas outlet passage 0). 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the subassembly (1) is produced by lost wax molding of an austenitic stainless steel comprising at least 16% chromium and at least 10% nickel having, in the liquid phase, a ferrite content greater than 2%, preferably not exceeding 6%. 10. Cryogenic tank equipped with a device according to one of the preceding claims. 11. Tank according to claim 10 equipped with a device according to claim. 8, characterized in that it comprises two atmospheric heaters (23.30) connected respectively to the liquid (9) and gas (10) outlet passages. 12. Tank according to claim 10 or claim 1, characterized in that it contains medical liquid oxygen.
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