FR2906865A1 - METHOD AND DEVICE FOR STORING CRYOGENIC FLUIDS - Google Patents

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Abstract

Dispositif de stockage de fluides cryogéniques comprenant un réservoir (100) comportant d'une enveloppe intérieure (2) destinée à contenir du liquide cryogénique, une enveloppe extérieure (22) et un espace (15) d'isolation sous vide entre les enveloppes intérieure (2) et extérieure (22), un système (3, 4) de distribution de fluide depuis l'enveloppe intérieure (2) vers un volume de travail (1) d'un organe (6) de pompage, caractérisé en ce que le volume de travail (1) de l'organe (6) de pompage est situé au moins partiellement au sein de l'espace (15) d'isolation sous-vide et en ce que le système (3, 4) de distribution de fluide comprend une ou des conduites aptes à mettre en communication fluidique permanente le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure (2) et le volume de travail (1).A cryogenic fluid storage device comprising a reservoir (100) having an inner casing (2) for containing cryogenic liquid, an outer casing (22) and a vacuum isolation space (15) between the inner casings ( 2) and outer (22), a fluid distribution system (3, 4) from the inner casing (2) to a working volume (1) of a pump member (6), characterized in that the working volume (1) of the pump member (6) is located at least partially within the vacuum insulation space (15) and in that the fluid distribution system (3, 4) comprises one or more conduits able to put in permanent fluidic communication the fluid contained in the inner envelope (2) and the working volume (1).

Description

1 La présente invention concerne un procédé et un dispositif de stockageThe present invention relates to a method and a storage device

de fluides cryogéniques. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de stockage de fluides cryogéniques comprenant un réservoir comportant d'une enveloppe intérieure destinée à contenir du liquide cryogénique, une enveloppe extérieure et un espace d'isolation sous vide entre les enveloppes intérieure et extérieure, un système de distribution de fluide depuis l'enveloppe intérieure vers un volume de travail d'un organe de pompage. Pour pomper du fluide contenu dans un réservoir cryogénique, l'emplacement idéal de la pompe cryogénique est au sein même du liquide à l'intérieur de l'enveloppe de stockage interne. En effet, dans ces conditions la pompe reste toujours en froid et peut donc être mise en route à tout moment instantanément sans nécessiter de refroidissement préalable pour l'amener à la température de travail. De plus, dans cette configuration, le liquide cryogénique est admis dans la pompe dans les meilleures conditions possibles. Cependant, cette solution présente de nombreux problèmes et notamment un accès difficile à la pompe pour lui transmettre son mouvement. Pour résoudre ce problème une autre solution consiste à immerger la pompe dans le réservoir via un orifice situé en partie supérieure du réservoir. Un tel agencement est décrit par exemple dans le document US4860545. Ce type d'agencement est relativement fiable et peut fonctionner de façon automatique. Cependant, toute intervention sur la pompe provoque un arrêt relativement long de l'installation. Par ailleurs, dans cette solution le réservoir doit être de préférence horizontal ce qui occupe une surface au sol relativement importante.  cryogenic fluids. The invention more particularly relates to a cryogenic fluid storage device comprising a reservoir comprising an inner casing for containing cryogenic liquid, an outer casing and a vacuum insulation space between the inner and outer casings, a system of dispensing fluid from the inner casing to a working volume of a pumping member. In order to pump fluid contained in a cryogenic tank, the ideal location of the cryogenic pump is within the same liquid within the internal storage casing. Indeed, in these conditions the pump always remains cold and can be started at any time instantly without requiring prior cooling to bring it to the working temperature. In addition, in this configuration, the cryogenic liquid is admitted into the pump in the best possible conditions. However, this solution has many problems including difficult access to the pump to transmit its movement. To solve this problem another solution is to immerse the pump in the tank via an orifice located in the upper part of the tank. Such an arrangement is described for example in US4860545. This type of arrangement is relatively reliable and can operate automatically. However, any intervention on the pump causes a relatively long shutdown of the installation. Moreover, in this solution the reservoir must preferably be horizontal which occupies a relatively large surface area.

Un autre agencement connu consiste à immerger la pompe dans un bac annexe alimenté en liquide à partir du réservoir et disposé au pied de ce dernier. Plus précisément, le bac annexe est constitué d'une petite capacité isolée sous vide comprenant la tête froide formant une chambre d'aspiration et contenant le cylindre de la pompe. Avant d'utiliser la pompe des vannes d'alimentation sont ouvertes pour alimenter la pompe avec le liquide du réservoir afin de mettre la pompe à température. La mise en froid de la pompe n'est ainsi pas instantanée et entraîne une perte frigorifique assez importante, le liquide de refroidissement et soit vaporisé et renvoyé dans le réservoir en phase gazeuse, soit réchauffé et renvoyé en phase liquide dans le réservoir. Après son refroidissement, la pompe 2906865 2 peut être mise en marche. Après utilisation, l'arrêt de la pompe isole la capacité du réservoir. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.  Another known arrangement consists of immersing the pump in an auxiliary tank supplied with liquid from the tank and arranged at the foot of the latter. More specifically, the auxiliary tank consists of a small vacuum insulated capacity comprising the cold head forming a suction chamber and containing the cylinder of the pump. Before using the pump the supply valves are open to feed the pump with the tank liquid in order to put the pump to temperature. The cooling of the pump is thus not instantaneous and causes a significant refrigeration loss, the coolant and is vaporized and returned to the gas phase tank is heated and returned to the liquid phase in the tank. After cooling, the pump 2906865 2 can be turned on. After use, stopping the pump isolates the tank capacity. An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.

5 A cette fin, le dispositif de stockage cryogénique selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le volume de travail de l'organe de pompage est situé au moins partiellement au sein de l'espace d'isolation sous-vide et en ce que le système de distribution de fluide comprend une ou des 10 conduites aptes à mettre en communication fluidique permanente le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure et le volume de travail. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le système de distribution de fluide comprend un thermosiphon 15 comprenant une conduite d'arrivée de fluide et une conduite de retour de fluide raccordées chacune à l'enveloppe intérieure et au volume de travail, - les raccordements des conduites d'arrivée et de retour dans le volume de travail sont situés à des altitudes différentes pour créer un niveau de remplissage de liquide déterminé dans le volume de travail, 20 - le système de distribution de fluide comprend un système de vannes permettant sélectivement la communication ou l'isolation fluidique entre le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure et le volume de travail, - le volume de travail a une forme générale oblongue disposée de façon inclinée relativement à l'axe vertical du réservoir (100) selon un angle compris 25 entre 25 et 70 degrés environ, - le volume de travail de l'organe de pompage et le système de distribution de fluide sont situés dans une zone de l'espace d'isolation sous-vide située dans la partie inférieure du réservoir, - le volume de travail est un doigt de gant destiné à accueillir le cylindre 30 d'une pompe cryogénique, - le dispositif comporte une pompe cryogénique dont le cylindre est monté de façon démontable dans le volume de travail, - les enveloppes intérieure et extérieure ont des formes générales oblongues, dont les axes longitudinaux sont orientés verticalement, 2906865 3 - le système de distribution de fluide assure un niveau de remplissage de liquide déterminé dans le volume de travail de l'ordre d'au mois un tiers et de préférence au moins la moitié du total du volume de travail, - les conduites d'arrivée et de retour sont sensiblement verticales et 5 raccordées à l'enveloppe intérieure au niveau de la base de cette dernière, - le système de vannes comprend une première vanne interposée entre la conduite d'arrivée et le volume de travail et une seconde vanne interposée entre la conduite de retour et le volume de travail, chaque vanne étant associée à un organe de manoeuvre respectif de ladite vanne, 10 - les organes de manoeuvre des vannes comportent des portions respectives située à l'extérieure de l'espace d'isolation sous vide, les portions extérieures étant protégées par des chapeaux d'occultation respectifs, - l'étanchéité du système de vannes comprend un système de garniture disposé au niveau de chaque jonction entre le volume d'isolation sous vide et les 15 portions extérieures des organes de manoeuvre des vannes. Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de stockage et de distribution de fluides cryogéniques à partir d'un réservoir palliant tout ou partie des inconvénients ci-dessus. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la 20 description ci-après, faite en référence à la figure unique représentant une vue en coupe verticale, schématique et partielle, d'un dispositif conforme à un exemple de réalisation de l'invention. Le dispositif de stockage de fluides cryogéniques illustré comprend un réservoir 100, par exemple de type vertical, comportant classiquement une 25 enveloppe intérieure 2 destinée à contenir du liquide cryogénique et une enveloppe extérieure 22 séparée de l'enveloppe intérieure 2 par un espace 15 d'isolation sous vide. En partie inférieure du réservoir 100, l'espace 15 d'isolation sous vide forme une capacité inférieure qui s'étend vers le bas. Un volume de travail 1 pour une 30 pompe cryogénique (ou doigt de gant) est logé à l'intérieur du volume 15 isolé sous vide (par exemple dans la capacité inférieure). Le volume de travail 1 pour la pompe a par exemple une forme générale oblongue (cylindrique par exemple) et est de préférence incliné d'un angle A par 2906865 4 rapport à l'axe vertical du réservoir 100. Par exemple, l'angle d'inclinaison A du volume de travail 1 peut être compris entre 25 et 70 degrés environ. Le volume de travail 1 est alimenté en fluide du réservoir 100 par un système thermosiphon comprenant une première conduite ou tuyauterie 3 5 d'arrivée raccordée à la partie basse de l'enveloppe intérieure et à la partie inférieure du volume 1 de travail. Le thermosiphon comprend une seconde conduite de retour 4 raccordée d'une part à l'intérieur du réservoir (au-dessus de sa base) et, d'autre part, à une partie médiane ou supérieure du volume de travail 1.For this purpose, the cryogenic storage device according to the invention, moreover in conformity with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the working volume of the pumping member is situated at least partially within the vacuum insulation space and in that the fluid distribution system comprises one or more conduits adapted to put in permanent fluid communication the fluid contained in the inner envelope and the volume of the fluid. job. Furthermore, embodiments of the invention may comprise one or more of the following features: the fluid distribution system comprises a thermosyphon comprising a fluid supply line and a fluid return line connected each to the inner casing and the working volume, - the connections of the supply and return lines in the working volume are at different altitudes to create a specific liquid filling level in the working volume, - the fluid distribution system comprises a valve system selectively allowing communication or fluidic isolation between the fluid contained in the inner casing and the working volume; the working volume has a generally elongated shape arranged in a relatively inclined manner; to the vertical axis of the tank (100) at an angle of between about 25 and 70 degrees, - the working volume of the pumping member and the fluid distribution system are located in an area of the vacuum insulation space located in the lower part of the tank, - the working volume is a thimble for receiving the cylinder 30 of a cryogenic pump, - the device comprises a cryogenic pump whose cylinder is removably mounted in the working volume, - the inner and outer envelopes have oblong general shapes, the longitudinal axes are oriented vertically, 2906865 3 the fluid distribution system ensures a liquid filling level determined in the working volume of the order of at least one third, and preferably at least half of the total work volume, the supply lines and return are substantially vertical and 5 connected to the inner envelope at the base of the latter, - the valve system comprises a first interposed valve between e the inlet pipe and the working volume and a second valve interposed between the return pipe and the working volume, each valve being associated with a respective operating member of said valve, 10 - the actuating members of the valves comprise respective portions located outside the vacuum isolation space, the outer portions being protected by respective occlusion caps, - the sealing of the valve system comprises a packing system disposed at each junction between the vacuum insulation volume and the outer portions of the valve actuators. An object of the present invention is to provide a method and a device for storing and dispensing cryogenic fluids from a reservoir overcoming all or some of the above disadvantages. Other features and advantages will appear on reading the following description, made with reference to the single figure showing a vertical sectional view, schematic and partial, of a device according to an embodiment of the invention. . The cryogenic fluid storage device illustrated comprises a reservoir 100, for example of the vertical type, conventionally comprising an inner envelope 2 intended to contain cryogenic liquid and an outer envelope 22 separated from the inner envelope 2 by a gap 15. vacuum insulation. In the lower part of the tank 100, the vacuum insulation space 15 forms a lower capacity which extends downwards. A working volume 1 for a cryogenic pump (or thimble) is housed within the vacuum-insulated volume (e.g., in the lower capacity). The working volume 1 for the pump, for example, has a generally oblong shape (cylindrical for example) and is preferably inclined by an angle A with respect to the vertical axis of the reservoir 100. For example, the angle d Tilting A of the work volume 1 may be between about 25 and 70 degrees. The working volume 1 is supplied with fluid from the reservoir 100 by a thermosiphon system comprising a first pipe or inlet pipe connected to the lower part of the inner casing and to the lower part of the working volume 1. The thermosyphon comprises a second return line 4 connected on the one hand to the inside of the tank (above its base) and, on the other hand, to a median or upper part of the working volume 1.

10 En configuration d'utilisation, un niveau 5 de liquide s'établit naturellement et en permanence au sein du volume 1 de travail remplissant ce dernier au moins en partie. De cette façon, le cylindre 6 de la pompe cryogénique est constamment immergée et à température adéquate pour démarrer immédiatement. Des vannes 7, 8 disposées respectivement aux niveau des jonctions entre 15 d'une part les conduites d'arrivée 3 et de retour 4 et d'autre part le volume de travail 1 sont prévues pour le cas échéant isoler fluidiquement le volume de travail vis-à-vis du réservoir 100 de façon à permettre le montage/démontage de la pompe et son retrait (la pompe est de préférence disposée de façon démontable dans le volume de travail).In the use configuration, a liquid level 5 is established naturally and permanently within the work volume 1 filling the latter at least in part. In this way, the cylinder 6 of the cryogenic pump is constantly immersed and at a suitable temperature to start immediately. Valves 7, 8 disposed respectively at the junctions between 15 on the one hand the inlet pipes 3 and return 4 and on the other hand the working volume 1 are provided for the case where appropriate to fluidly isolate the work volume screws tank 100 so as to allow the assembly / disassembly of the pump and its removal (the pump is preferably removably disposed in the working volume).

20 Chaque vanne 7, 8 peut être associée à un organe de manoeuvre respectif (ou commun). Par exemple, les organes de manoeuvre des vannes 7, 8 comportent des portions respectives 13, 14 située à l'extérieure de l'espace 15 d'isolation sous vide, les portions extérieures 13, 14 pouvant être protégées par des chapeaux 11, 12 d'occultation amovibles respectifs.Each valve 7, 8 may be associated with a respective (or common) actuator. For example, the actuators of the valves 7, 8 have respective portions 13, 14 located outside the vacuum insulation space 15, the outer portions 13, 14 being protected by caps 11, 12 respective removable masks.

25 L'étanchéité du système de vannes peut comprendre un système de garniture 9, 10 disposé au niveau de chaque jonction entre le volume 15 d'isolation sous vide et les portions 13, 14 extérieures des organes de manoeuvre des vannes 7, 8. On conçoit donc aisément que tout en étant de structure simple et peu 30 coûteuse, l'invention permet un meilleur fonctionnement d'un système de pompage pour réservoir cryogénique (et notamment un démarrage rapide de la pompe). L'invention qui limite les pertes frigorifiques permet par ailleurs une maintenance aisée de l'ensemble de stockage.The seal of the valve system may comprise a packing system 9, 10 disposed at each junction between the vacuum insulation volume 15 and the outer portions 13, 14 of the actuating members of the valves 7, 8. Thus, it is easy to conceive that while being of simple and inexpensive structure, the invention allows a better operation of a pumping system for a cryogenic tank (and in particular a quick start of the pump). The invention which limits the refrigeration losses also allows easy maintenance of the storage assembly.

2906865 5 L'invention permet de plus d'intégrer une pompe alternative fonctionnant à des pressions comprises par exemple entre 30 et 600 bar afin d'obtenir un ensemble faisant office d'évaporateur haute pression.The invention also makes it possible to integrate an alternative pump operating at pressures of, for example, between 30 and 600 bar in order to obtain an assembly acting as a high pressure evaporator.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de stockage de fluides cryogéniques comprenant un réservoir (100) comportant d'une enveloppe intérieure (2) destinée à contenir du liquide cryogénique, une enveloppe extérieure (22) et un espace (15) d'isolation sous vide entre les enveloppes intérieure (2) et extérieure (22), un système (3, 4) de distribution de fluide depuis l'enveloppe intérieure (2) vers un volume de travail (1) d'un organe (6) de pompage, caractérisé en ce que le volume de travail (1) de l'organe (6) de pompage est situé au moins partiellement au sein de l'espace (15) d'isolation sous-vide et en ce que le système (3, 4) de distribution de fluide comprend une ou des conduites aptes à mettre en communication fluidique permanente le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure (2) et le volume de travail (1).  A cryogenic fluid storage device comprising a reservoir (100) having an inner casing (2) for containing cryogenic liquid, an outer casing (22) and a vacuum isolation space (15) between the casings internal (2) and external (22), a system (3, 4) for dispensing fluid from the inner casing (2) to a working volume (1) of a pumping member (6), characterized in that that the working volume (1) of the pumping member (6) is located at least partially within the vacuum insulation space (15) and that the dispensing system (3, 4) fluid comprises one or conduits able to put in permanent fluidic communication the fluid contained in the inner casing (2) and the working volume (1). 2. Dispositif de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (3, 4) de distribution de fluide comprend un thermosiphon comprenant une conduite d'arrivée (3) de fluide et une conduite de retour de fluide (4) raccordées chacune à l'enveloppe intérieure (2) et au volume de travail (1).  2. Storage device according to claim 1, characterized in that the fluid distribution system (3, 4) comprises a thermosiphon comprising a fluid inlet pipe (3) and a fluid return pipe (4) connected. each to the inner casing (2) and the working volume (1). 3. Dispositif de stockage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les raccordements des conduites d'arrivée (3) et de retour (4) dans le volume de travail (1) sont situés à des altitudes différentes pour créer un niveau (5) de remplissage de liquide déterminé dans le volume (1) de travail.  Storage device according to claim 2, characterized in that the connections of the supply (3) and return (4) lines in the working volume (1) are at different altitudes to create a level (5). ) of liquid filling determined in the volume (1) of work. 4. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système (3, 4) de distribution de fluide comprend un système de vannes (7, 8) permettant sélectivement la communication ou l'isolation fluidique entre le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure (2) et le volume de travail (1).  4. Storage device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fluid distribution system (3, 4) comprises a valve system (7, 8) for selectively communicating or fluidic isolation between the fluid contained in the inner casing (2) and the working volume (1). 5. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le volume de travail (1) a une forme générale oblongue disposée de façon inclinée relativement à l'axe vertical du réservoir (100) selon un angle compris entre 25 et 70 degrés environ . 2906865 7  5. Storage device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the working volume (1) has a generally oblong shape arranged inclined relative to the vertical axis of the reservoir (100) at an angle between about 25 and 70 degrees. 2906865 7 6. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le volume de travail (1) de l'organe (6) de pompage et le système (3, 4) de distribution de fluide sont situés dans une zone de l'espace (15) d'isolation sous-vide située dans la 5 partie inférieure du réservoir (100).  6. Storage device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the working volume (1) of the pumping member (6) and the fluid distribution system (3, 4) are located in an area of the vacuum insulation space (15) located in the lower part of the tank (100). 7. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le volume de travail (1) est un doigt de gant destiné à accueillir le cylindre (6) d'une pompe cryogénique.  7. Storage device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the working volume (1) is a thimble for receiving the cylinder (6) of a cryogenic pump. 8. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe cryogénique dont le cylindre (6) est monté de façon démontable dans le volume (1) de travail.  8. Storage device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a cryogenic pump whose cylinder (6) is removably mounted in the volume (1) of work. 9. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les enveloppes intérieure (2) et 15 extérieure (22) ont des formes générales oblongues, dont les axes longitudinaux sont orientés verticalement.  9. Storage device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the inner casings (2) and 15 outer (22) have oblong general shapes, the longitudinal axes are oriented vertically. 10. Procédé de stockage et de distribution de fluides cryogéniques à partir d'un réservoir (100) comportant une enveloppe intérieure (2) de stockage destinée à contenir du liquide cryogénique, une 20 enveloppe extérieure (22) et un espace (15) d'isolation sous vide entre les enveloppes intérieure (2) et extérieure (22), un système (3, 4) de distribution de fluide depuis l'enveloppe intérieure (2) vers un volume de travail (1) d'un organe (6) de pompage, caractérisé en ce que le volume de travail (1) de l'organe (6) de pompage est disposé au moins partiellement 25 au sein de l'espace (15) d'isolation sous-vide et en ce que, en dehors des périodes de montage/démontage de l'organe (6) de pompage et en dehors des périodes de retrait de l'organe (6) de pompage, le procédé comporte une étape de mise en communication permanente du fluide contenu dans l'enveloppe intérieure (2) avec le volume de travail (1).  10. A method of storing and dispensing cryogenic fluids from a reservoir (100) having an inner storage shell (2) for containing cryogenic liquid, an outer shell (22) and a space (15) for vacuum insulation between the inner (2) and outer (22) casings, a fluid delivery system (3, 4) from the inner casing (2) to a working volume (1) of a body (6) pumping device, characterized in that the working volume (1) of the pumping member (6) is at least partially disposed within the vacuum insulation space (15) and in that outside the periods of assembly / disassembly of the pumping member (6) and outside the withdrawal periods of the pumping member (6), the method comprises a step of permanently placing in communication the fluid contained in the pumping member (6). inner casing (2) with the working volume (1).
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