FR3115334A1 - Pompe pour fluide cryogénique - Google Patents

Pompe pour fluide cryogénique Download PDF

Info

Publication number
FR3115334A1
FR3115334A1 FR2010709A FR2010709A FR3115334A1 FR 3115334 A1 FR3115334 A1 FR 3115334A1 FR 2010709 A FR2010709 A FR 2010709A FR 2010709 A FR2010709 A FR 2010709A FR 3115334 A1 FR3115334 A1 FR 3115334A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
pump
insulating material
piston
translation
compartment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2010709A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3115334B1 (fr
Inventor
Eric Michalski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
F2M SARL
Original Assignee
F2M SARL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by F2M SARL filed Critical F2M SARL
Priority to FR2010709A priority Critical patent/FR3115334B1/fr
Priority to PCT/EP2021/077929 priority patent/WO2022084072A1/fr
Priority to EP21783562.8A priority patent/EP4229297A1/fr
Priority to US18/249,510 priority patent/US20230383742A1/en
Publication of FR3115334A1 publication Critical patent/FR3115334A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3115334B1 publication Critical patent/FR3115334B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/06—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure
    • F04B15/08—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure the liquids having low boiling points
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/144—Adaptation of piston-rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/06—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure
    • F04B15/08—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure the liquids having low boiling points
    • F04B2015/081—Liquefied gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

Titre : Pompe pour fluide cryogénique L’invention concerne une pompe comprenant un compartiment de pompage intégrant :- un corps de pompe ;- un piston mobile en translation à l’intérieur du corps de pompe selon un axe de translation et comprenant une tige, la pompe comprenant également :- un compartiment moteur ;- un compartiment intermédiaire,la pompe comprenant également des moyens d’isolation thermique incluant un élément tubulaire (5001) logé dans le compartiment intermédiaire (400) caractérisée en ce que les moyens d’isolation thermique comprennent également au moins un disque en matériau isolant (501), positionné à l’intérieur de l’élément tubulaire (5001) et s’étendant radialement à l’axe de translation, depuis la tige du piston jusqu’à l’élément tubulaire (5001). Figure pour l’abrégé : Fig. 4

Description

Pompe pour fluide cryogénique
Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication des dispositifs de pompage de fluide.
Plus précisément, l’invention concerne une pompe pour fluide cryogénique.
Les fluides cryogéniques sont des fluides, généralement des gaz, stockés à l’état liquide, qui sont pompés pour être déplacés d’un réservoir à un autre.
Pour cela des pompes sont utilisées.
Classiquement, les pompes comprennent un corps de pompe définissant une chambre fluidique, le corps de pompe présentant une entrée pour aspirer le fluide dans le corps de pompe, et une sortie pour éjecter le fluide hors du corps de pompe.
L’entrée et la sortie peuvent être identiques et utilisées dans un sens d’entrée ou de sortie au moyen d’une ou plusieurs vannes.
L’aspiration et l’éjection du fluide sont réalisés par l’intermédiaire d’un piston mobile à l’intérieur du corps de pompe.
Plus particulièrement, le piston comprend une tête dont la périphérie est en contact avec l’intérieur de la chambre fluidique pour définir alternativement un volume d’aspiration et un volume d’éjection de fluide à l’intérieur du corps fluidique.
Les fluides cryogéniques, par leurs caractéristiques intrinsèques, ont un impact sur les éléments d’une pompe lors de leur circulation dans la pompe.
Notamment, les pièces de la pompe, peuvent se rétracter et se fragiliser. Cette fragilisation vient par exemple d’un refroidissement trop important qui peut provoquer sa casse en cas de choc par exemple.
La rétraction des pièces de la pompe peut provoquer des jeux entre les pièces, ce qui peut conduire à des fuites de fluide cryogénique hors de la pompe.
Dans le cas d’un fluide inflammable ou dont la détente peut provoquer sa combustion, il existe des risques d’incendie voire d’explosion de la pompe en cas de fuite.
Par ailleurs, les pièces de la pompe en contact avec le fluide cryogénique peuvent refroidir les pièces environnantes.
Ce refroidissement peut être lié à un contact entre les pièces d’une part. Dans ce cas, il est possible d’intercaler, entre les différentes pièces, des éléments en matériau isolant qui agissent alors comme des rupteurs de ponts thermiques.
D’autre part, ce refroidissement peut être lié à un rayonnement de température.
C’est notamment le cas du corps de la pompe qui peut rayonner vers l’extérieur de la pompe.
Le corps de pompe est généralement logé dans un carter qui peut également se refroidir par rayonnement du corps de pompe. Pour éviter cela, des moyens d’isolation peuvent être intercalés entre le corps de pompe et le carter, ces éléments isolants permettant de réaliser un gradient de température entre le carter et le corps de pompe pour que le carter ne soit pas refroidi de manière trop importante, ce qui pourrait nuire à son intégrité.
Toutefois, certaines parties de la pompe ne sont pas ou peu protégées du rayonnement et/ou de la conductivité.
C’est notamment le cas des moyens moteurs qui peuvent être refroidis par le rayonnement du corps de pompe.
En outre, dans le cas d’une pompe pour fluide cryogénique, le corps de pompe doit être maintenu à une température de fonctionnement pour éviter la détente du fluide. En effet, une telle détente du fluide pourrait provoquer un risque de combustion du fluide cryogénique et donc un risque d’explosion de la pompe.
Il est donc également nécessaire d’éviter un réchauffement du corps de pompe par les moyens moteurs.
Pour éviter le refroidissement des moyens moteurs, ou éviter le réchauffement du corps de pompe, il peut donc être possible soit de les éloigner du corps de pompe pour éviter le rayonnement, soit de remplacer la tige du piston par un matériau faiblement conducteur thermiquement.
Ces solutions présentent certains inconvénients.
L’éloignement des moyens moteurs par rapport au corps de la pompe va à l’encontre de la compacité de l’ensemble et peut nécessiter une augmentation des capacités des moyens moteurs pour assurer une transmission de puissance souhaitée qui prend en compte l’éloignement par rapport au corps de pompe.
De plus, l’utilisation d’un matériau faiblement conducteur thermiquement pour la tige du piston peut provoquer des faiblesses en termes de résistance mécanique. Il est donc nécessaire d’augmenter les dimensions de la tige de piston, ce qui peut engendrer une augmentation de la taille de la pompe, une augmentation du poids de la pompe et/ou une augmentation de la puissance à fournir par les moyens moteurs.
L’invention a notamment pour objectif de palier les inconvénients de l’art antérieur.
Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une solution qui permette de limiter, voire supprimer le refroidissement des pièces d’une pompe pour fluide cryogénique, qui ne sont pas en contact avec le fluide à pomper et/ou de limiter le réchauffement des pièces de la pompe, qui sont en contact avec le fluide à pomper.
L’invention a également pour objectif de fournir une telle solution qui permette de conserver un encombrement réduit de la pompe.
L’invention a en outre pour objectif de fournir une telle solution qui soit simple de fabrication, d’installation et de maintenance.
Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet une pompe comprenant un compartiment de pompage intégrant :
- un corps de pompe ;
- un piston mobile en translation à l’intérieur du corps de pompe selon un axe de translation, le piston comprenant une tête et une tige par laquelle la tête est mue en translation,
la pompe comprenant également :
- un compartiment moteur intégrant des moyens moteurs positionnés le long de l’axe de translation et couplés à la tige du piston pour entraîner en déplacement le piston dans le corps de pompe ;
- un compartiment intermédiaire se présentant sous la forme d’une entretoise tubulaire reliant le compartiment de pompage et le compartiment moteur,
la pompe comprenant également des moyens d’isolation thermique pour isoler thermiquement la pompe d’un milieu extérieur, les moyens d’isolation thermique comprenant un élément tubulaire logé dans le compartiment intermédiaire et s’étendant autour de la tige du piston, selon l’axe de translation, entre le compartiment de pompage et le compartiment moteur, l’élément tubulaire définissant avec l’entretoise un espace pour limiter le rayonnement radial de la tige du piston vers l’extérieur de la pompe,
caractérisée en ce que les moyens d’isolation thermique comprennent également au moins un disque en matériau isolant, positionné à l’intérieur de l’élément tubulaire et s’étendant radialement à l’axe de translation, depuis la tige du piston jusqu’à l’élément tubulaire.
Les disques en matériau isolant permettent de pouvoir limiter le rayonnement de température axialement à l’axe de translation du piston.
Plus particulièrement, ces disques forment une barrière thermique le long de l’axe de translation, ce qui permet, à l’aide de l’élément tubulaire, de pouvoir limiter le réchauffement du corps de la pompe, en particulier lorsque le fluide pompé est un fluide cryogénique.
Avantageusement, la pompe comprend également une pièce support tubulaire, solidaire du compartiment moteur et entourant la tige du piston, la pièce support tubulaire présentant à sa périphérie externe une série de rainures annulaires recevant chacune un disque de matériau isolant.
La pièce support tubulaire permet, en étant raccordée au compartiment moteur, de pouvoir recevoir et maintenir en position d’isolation les disques en matériau isolant, cela au bénéfice de l’efficacité de l’isolation de la pompe, notamment à l’encontre du rayonnement thermique.
De préférence, l’élément tubulaire présente, autour de l’axe de translation, un profil de révolution comprenant une alternance de creux et de crêtes par rapport à l’axe de translation.
L’alternance de creux et de crêtes sur le profil de révolution de l’élément tubulaire permet à ce dernier de pouvoir se déformer axialement, c’est-à-dire selon l’axe de translation, pour pouvoir prendre en compte une rétraction ou une dilatation des différentes pièces de la pompe, et notamment du compartiment moteur et du compartiment de pompage qui, par leur rétractation ou par leur dilatation, s’écartent ou se rapprochent l’un de l’autre respectivement.
Ainsi, la pièce tubulaire suit le mouvement d’écartement ou de rapprochement du compartiment moteur par rapport au compartiment de pompage.
Selon un mode de réalisation préféré, les moyens d’isolation thermique comprennent cinq disques en matériau isolant, régulièrement espacés le long de l’axe de translation.
L’utilisation de cinq disques en matériau isolant permet de pouvoir limiter de manière importante le rayonnement selon l’axe de translation.
L’utilisation des cinq disques en matériau isolant permet de pouvoir créer des chambres de température et donc un gradient de température se réchauffant à mesure de l’écartement par rapport au compartiment de pompage dans le cas d’une pompe pour fluide cryogénique.
Selon un aspect avantageux, le ou chaque disque en matériau isolant est positionné en regard d’un creux de l’élément tubulaire.
La position en regard d’un creux de l’élément tubulaire de chacun des disques en matériau isolant assure une limitation de la voie de passage de rayonnement des températures, ce qui participe à l’isolation de la pompe et augmente le rendement de la pompe en évitant le refroidissement des autres pièces de la pompe par rayonnement thermique et le réchauffement du corps de pompe, également par rayonnement thermique.
Avantageusement, les moyens d’isolation thermique comprennent également une première couche en matériau isolant, la première couche en matériau isolant entourant le corps de pompe le long de l’axe de translation.
La première couche en matériau isolant qui entoure le corps de pompe le long de l’axe de translation permet de participer activement à éviter le réchauffement du corps de pompe lorsque le fluide pompé est un fluide cryogénique.
De préférence, les moyens d’isolation thermique comprennent une deuxième couche en matériau isolant, la deuxième couche en matériau isolant entourant la première couche en matériau isolant le long de l’axe de translation.
La deuxième couche en matériau isolant permet d’augmenter encore l’isolation de la pompe, et notamment du corps de pompe, à la fois contre le rayonnement des autres éléments de la pompe, et ainsi contre le réchauffement du corps de pompe lorsque la pompe est destinée à pomper un fluide cryogénique.
Selon un aspect avantageux, la deuxième couche en matériau isolant est solidaire d’un support tubulaire monté autour du corps de pompe, le support tubulaire étant écarté de la première couche en matériau isolant pour définir, entre la première couche en matériau isolant et le support tubulaire, un espace périphérique au corps de pompe.
La création de l’espace entre la première couche en matériau isolant et la deuxième couche en matériau isolant permet d’ajouter un élément supplémentaire d’isolation. En effet, l’air, ou le vide dans le cas présent, entre deux éléments solides permet d’isoler thermiquement les éléments l’un par rapport à l’autre.
Dans le cas d’une pompe destinée au pompage d’un fluide cryogénique, cet espace permet de créer un gradient de température entre la première couche en matériau isolant et la deuxième couche en matériau isolant, ce qui a pour effet d’améliorer d’une part les performances et le rendement de la pompe et d’autre part d’éviter une fatigue structurelle des éléments de la pompe, de manière prématurée.
Préférentiellement, le matériau isolant est un polytéréphtalate d'éthylène aluminisé.
Le polytéréphtalate d’éthylène aluminisé permet de pouvoir offrir un bon niveau d’isolation thermique tout en présentant une épaisseur faible et un poids contenu.
Ce matériau est notamment utilisé pour la fabrication des couvertures de survie, ou encore des systèmes d’isolation des satellites.
Avantageusement, l’un au moins de l’élément tubulaire, du compartiment intermédiaire et de la tige du piston est réalisé dans un matériau composite.
L’utilisation d’un matériau composite, comprenant par exemple de la fibre de verre et de la résine époxy, permet de limiter les échanges thermiques entre les pièces de la pompe par conduction.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, donné à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 est une vue de dessus d’une pompe selon l’invention, la pompe comprenant un compartiment moteur et deux compartiments de pompage répartis de part et d’autre du compartiment moteur ;
la figure 2 est une vue simplifiée en coupe longitudinale de la pompe selon l’invention, sur laquelle est représenté le compartiment moteur et un seul des compartiments de pompage ;
la figure 3 est une vue de détails en coupe longitudinale de la pompe selon l’invention, illustrant des moyens d’isolation thermiques entre les moyens moteur ou le compartiment moteur et compartiment de pompage ;
la figure 4 est une vue de détails en coupe longitudinale selon l’encart 4 de la figure 3.
La figure 1 illustre une pompe 1 comprenant un compartiment moteur 100 et au moins un compartiment de pompage 200.
Plus précisément, tel que cela est illustré sur la figure 1, la pompe 1 comprend avantageusement deux compartiments de pompage 200 situés chacun de part et d’autre du compartiment moteur 100.
En référence à la figure 2, le compartiment moteur 100 intègre des moyens moteurs 101 en prise avec un arbre de transmission 110 lui-même raccordé au compartiment de pompage 200.
Dans la suite de la description, il n’est fait référence qu’à un seul compartiment de pompage 200, étant entendu que les deux compartiments de pompage 200 sont identiques et présentent les mêmes caractéristiques structurelles et fonctionnelles.
Tel qu’illustré sur la figure 2, le compartiment de pompage 200 comprend un corps de pompe 300 à l’intérieur duquel un piston 600 est monté mobile en translation selon un axe de translation X.
L’axe de translation X définit une direction longitudinale à la pompe 1.
Pour permettre le pompage d’un fluide, le compartiment de pompage 200 comprend également :
- un raccord d’alimentation 203 débouchant dans une rampe d’admission 2031 monté autour du corps de pompe 300, et
- un raccord d’évacuation 204.
Plus particulièrement, la rampe d’admission 2031 se présente sous la forme d’une canalisation annulaire entourant le corps de pompe 300, cette canalisation annulaire ayant une pluralité d’orifices permettant d’alimenter fluidiquement le corps de pompe 300.
En outre, la pompe 1 comprend un compartiment intermédiaire 400 intercalé entre le compartiment moteur 100 et chaque compartiment de pompage 200 ainsi que des moyens d’isolation 500.
Dans le but de protéger le compartiment de pompage 200, la pompe 1 comprend un carter 201 fermé à l’une de ses extrémités par un bouchon 202a.
A l’autre de ces extrémités, le carter 201 s’étend en direction du compartiment moteur et est refermé par un capot 202b permettant de définir un volume interne au carter 201 dans lequel le corps de pompe 300 est logé et protégé.
De préférence, un vide est réalisé dans le volume interne au carter 201.
Tel que cela est visible sur les figures 1 et 2, le raccord d’alimentation 203 et le raccord d’évacuation 204 débouchent chacun dans le carter 201 pour permettre respectivement l’alimentation fluidique et l’extraction de fluide dans ou hors du corps de pompe 300.
La liaison entre l’arbre de transmission 110 et le piston 600 est réalisé par des moyens de couplage mécaniques ad hoc, ces moyens de couplage mécanique pouvant être réversibles, c’est-à-dire qu’ils permettent de dissocier l’arbre de transmission 110 du piston 600.
Avantageusement, les moyens moteurs 101 comprennent une vis à billes ou, plus avantageusement encore, une vis à rouleau.
La vis à billes ou la vis à rouleau permettent de pouvoir transformer un mouvement de rotation des moyens moteurs 101 en un mouvement de translation de l’arbre de transmission 110 et donc du piston 600 dans le corps de pompe 300.
Avantageusement, les moyens moteurs 101 comprennent un moteur à courant continu.
Le corps de pompe 300 définit une chambre fluidique 301 à l’intérieur de laquelle le piston 600 est mobile en translation selon l’axe de translation X.
Par sa mobilité dans la chambre fluidique 301, le piston permet le pompage et l’éjection de fluide depuis une réserve fluidique jusqu’à un réservoir à remplir.
Plus particulièrement, et de manière classique, lorsque le piston se déplace dans un premier sens selon l’axe de translation X, de sorte à augmenter le volume dans la chambre fluidique 301, une dépression se crée à l’intérieur de la chambre fluidique 301 pour permettre l’entrée de fluide dans la chambre fluidique 301 via le raccord d’alimentation 203 et plus particulièrement via la rampe d’admission 2031.
A l’inverse, lorsque le piston 600 se déplace dans un deuxième sens opposé au premier sens, le volume de la chambre fluidique 301 se réduit au fur et à mesure du déplacement du piston 600 dans la chambre fluidique 301, ce qui provoque la compression du fluide contenu dans la chambre fluidique 301 et donc son évacuation du corps de pompe 300 via le raccord d’évacuation 204, à destination du réservoir à remplir.
Dans le cadre du pompage d’un fluide de type cryogénique, les pièces de la pompe 1 sont soumises à des températures extrêmes notamment des températures froides qui peuvent causer leur rétraction.
Pour limiter cela, et notamment limiter la rétraction des pièces qui ne sont pas en contact direct avec le fluide à pomper, des moyens d’isolation thermique 500 sont utilisés dans la pompe 1.
Par ailleurs, l’utilisation des moyens d’isolation thermique 500 permet de limiter le coût de la pompe 1 selon l’invention puisque les matériaux classiques d’une pompe peuvent être utilisés sans risque pour l’intégrité structurelle de la pompe.
La transmission de température peut s’effectuer, selon un premier moyen, par conduction thermique. Autrement dit, les pièces qui sont en contact les unes avec les autres se transmettent la température.
Par conséquent, avec une pièce froide en contact avec une autre pièce plus chaude, il se produit un transfert thermique de sorte que la pièce froide se réchauffe et la pièce plus chaude se refroidie.
Un autre moyen d’échange de température connu est le rayonnement thermique.
Dans ce cas, l’échange de température entre la première pièce et une deuxième pièce se fait sans contact du simple fait que la température chaude de la première pièce provoque un rayonnement de température autour de ladite première pièce, ce qui provoque le réchauffement de la deuxième pièce.
La transmission de calories peut entraîner des fuites dans la pompe 1 par la contraction thermique ou de la dilatation thermique de ses pièces. Ces fuites peuvent être dangereuses pour le fonctionnement de la pompe 1 en tant que tel ou pour l’environnement externe à la pompe 1 puisque, dans le cas du pompage d’un fluide cryogénique, la détente de ce fluide peut provoquer sa combustion immédiate, ce qui peut, dans le pire des cas, engendrer l’explosion de la pompe1.
Pour limiter la transmission calorifique par conduction et/ou la rétraction des pièces en contact direct avec le fluide cryogénique à pomper, des matériaux faiblement conducteurs ou non conducteurs peuvent être utilisés.
A titre d’exemple, la tête 602 du piston 600 peut être réalisée en invar et la tige 601 du piston 600 peut être réalisée dans un matériau composite par exemple un matériau composite à base de résine époxy et de fibre de verre.
Tel qu’illustré sur la figure 3 notamment, le compartiment intermédiaire 400 se présente sous la forme d’une entretoise tubulaire reliant le compartiment de pompage 200 et le compartiment moteur 100.
Les moyens d’isolation thermique 500 comprennent un élément tubulaire 5001 logé dans le compartiment intermédiaire 400 et s’étendant autour de la tige 601 du piston 600, selon l’axe de translation X.
L’élément tubulaire 5001 s’étend entre le compartiment de pompage 200 et le compartiment moteur 100.
Tel qu’on le voit sur la figure 3, l’élément tubulaire 5001 définit avec l’entretoise un espace 530 pour limiter le rayonnement radial de la tige 601 du piston 600 vers l’extérieur de la pompe 1.
Tel que cela est visible sur la figure 3, l’élément tubulaire 5001 présente, autour de l’axe de translation X, un profil de révolution comprenant une alternance de crêtes 5001a et de creux 5001b par rapport à l’axe de translation X.
Autrement dit, l’élément tubulaire présente une paroi présentant des corrugations.
En d’autres termes, l’élément tubulaire 5001 forme un soufflet élastiquement déformable pour pouvoir maintenir un espace 530 clos autour de la tige 601 du piston 600 entre le compartiment moteur 100 et le compartiment de pompage 200 indépendamment de l’écartement relatif entre le compartiment moteur 100 et le compartiment de pompage 200. Un tel écartement relatif peut être dû aux différences de températures lors du fonctionnement de la pompe 1.
Les éléments ou les moyens d’isolation thermique 500 comprennent également au moins un disque en matériau isolant 501.
Le disque en matériau isolant 501 est positionné à l’intérieur de l’élément tubulaire 5001 et s’étend transversalement à l’axe de translation X.
Plus particulièrement, tel que cela est visible sur la figure 3, et sur le détail de la figure 4, le disque en matériau isolant 501 s’étend depuis la tige 601 du piston 600 jusqu’à l’élément tubulaire 5001.
Pour permettre de maintenir les disques en matériau isolant 501 en position dans la pompe 1, la pompe 1 comprend également une pièce support tubulaire 502 présentant une série de rainures annulaires 5021.
La pièce support tubulaire 502 est solidaire du compartiment moteur 100 et entoure la tige 601 du piston 600.
La série de rainures annulaires 5021 s’étend ainsi transversalement à l’axe de translation X.
Tel que cela est visible sur les figures 3 et 4, le ou chaque disque en matériau isolant 501 est monté dans l’une des rainures 5021 de la pièce support tubulaire 502.
De préférence, et tel que cela est illustré sur la figure 3, la pompe 1 comprend une pluralité de disques en matériau isolant 501.
Encore plus précisément, la pompe 1 comprend 5 disques en matériau isolant 501.
Chaque disque est reçu dans une rainure annulaire 5021 de la pièce support tubulaire 502.
Ainsi, chacun des disques en matériau isolant 501 s’étend radialement à la tige 601 du piston 600. Par radialement, il est entendu une direction transversale à l’axe de translation X.
En référence à la figure 4, chaque disque en matériau isolant 501 s’étend depuis le fond d’une rainure 5021 jusqu’à un creux 5001b de l’élément tubulaire 5001.
Cela permet de limiter l’extension radiale des disques en matériau isolant 501, et de confiner les températures pour limiter le rayonnement axialement à l’axe de translation X.
Tel que cela est illustré sur la figure 1, les moyens d’isolation thermique 500 comprennent de plus une première couche en matériau isolant 503.
Cette première couche en matériau isolant 503 est positionnée autour du corps de pompe 300 et forme un fourreau autour du corps de pompe 300.
Cette première couche 503 en matériau isolant permet d’éviter le rayonnement du corps de pompe 300 vers l’extérieur de la pompe 1.
Selon la vue de détails de la figure 4, les moyens d’isolation thermique 500 comprennent en outre une deuxième couche en matériau isolant 504.
Cette deuxième couche en matériau isolant 504 est positionnée autour de l’élément tubulaire 5001 à cheval sur l’élément tubulaire 5001 et le corps de pompe 300.
Plus particulièrement, cette deuxième couche en matériau isolant 504 est située dans le carter 201 et s’étend axialement le long de l’axe de translation X autour du corps de pompe 300 et d’une partie du compartiment intermédiaire 400.
Entre la première couche en matériau isolant 503 et la deuxième couche en matériau isolant 504, un espace périphérique 531 est créé.
Plus particulièrement, la deuxième couche 504 en matériau isolant est portée par un support tubulaire 505 s’étendant autour du corps de pompe et une partie du compartiment intermédiaire 400.
Le support tubulaire 505 est écarté radialement du corps de pompe 300 et du compartiment intermédiaire 400 pour définir avec eux l’espace périphérique 531.
Les espaces 530, 531 mentionnés permettent de réaliser une isolation par le vide entre les différentes pièces.
De préférence, le matériau isolant utilisé pour la première couche 503, la deuxième couche 504 et les disques en matériau isolant 501 est un polytéréphtalate d'éthylène aluminisé (PET aluminisé).
Avantageusement, l’un au moins de l’élément tubulaire 5001, du compartiment intermédiaire 400 et de la tige 601 et du piston 600 est réalisé dans un matériau composite.
Le matériau composite est avantageusement un matériau comprenant un renfort en fibre de verre noyé dans une résine époxy.
L’isolation obtenue par les moyens d’isolation thermique 500 permet de pouvoir augmenter la durée des cycles de pompage de la pompe 1 puisque les différentes pièces ne sont pas ou peu impactées par la température du fluide cryogénique qui est pompé.
En effet, seules les pièces destinées à être en contact du fluide cryogénique peuvent être réalisées dans des matériaux peu impactés par des températures négatives, le reste des éléments de la pompe pouvant être réalisé dans un matériau classique tel que de l’aluminium ou de l’acier ou encore un matériau composite.
Enfin, les moyens d’isolation thermique 500 permettent de limiter les effets néfastes dû au rayonnement thermique des pièces qui peut provoquer du givre à la surface de la pompe 1 et provoquer des ruptures mécaniques dans certaines pièces sensibles aux changements de températures.

Claims (10)

  1. Pompe (1) comprenant un compartiment de pompage (200) intégrant :
    - un corps de pompe (300) ;
    - un piston (600) mobile en translation à l’intérieur du corps de pompe (300) selon un axe de translation (X), le piston (600) comprenant une tête (602) et une tige (601) par laquelle la tête (602) est mue en translation,
    la pompe (1) comprenant également :
    - un compartiment moteur (100) intégrant des moyens moteurs (101) positionnés le long de l’axe de translation (X) et couplés à la tige (601) du piston (600) pour entraîner en déplacement le piston (600) dans le corps de pompe (300) ;
    - un compartiment intermédiaire (400) se présentant sous la forme d’une entretoise tubulaire reliant le compartiment de pompage (200) et le compartiment moteur (100),
    la pompe (1) comprenant également des moyens d’isolation thermique (500) pour isoler thermiquement la pompe (1) d’un milieu extérieur, les moyens d’isolation thermique (500) comprenant un élément tubulaire (5001) logé dans le compartiment intermédiaire (400) et s’étendant autour de la tige (601) du piston (600), selon l’axe de translation (X), entre le compartiment de pompage (200) et le compartiment moteur (100), l’élément tubulaire (5001) définissant avec l’entretoise un espace (530) pour limiter le rayonnement radial de la tige (601) du piston (600) vers l’extérieur de la pompe (1),
    caractérisée en ce que les moyens d’isolation thermique (500) comprennent également au moins un disque en matériau isolant (501), positionné à l’intérieur de l’élément tubulaire (5001) et s’étendant radialement à l’axe de translation (X), depuis la tige (601) du piston (600) jusqu’à l’élément tubulaire (5001).
  2. Pompe (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend également une pièce support tubulaire (502), solidaire du compartiment moteur (100) et entourant la tige (601) du piston (600), la pièce support tubulaire (502) présentant à sa périphérie externe une série de rainures annulaires (5021) recevant chacune un disque de matériau isolant (501).
  3. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élément tubulaire (5001) présente, autour de l’axe de translation (X), un profil de révolution comprenant une alternance de creux (5001b) et de crêtes (5001a) par rapport à l’axe de translation (X).
  4. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d’isolation thermique (500) comprennent cinq disques en matériau isolant (501), régulièrement espacés le long de l’axe de translation (X).
  5. Pompe (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le ou chaque disque en matériau isolant (501) est positionné en regard d’un creux (5001b) de l’élément tubulaire (5001).
  6. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d’isolation thermique (500) comprennent également une première couche en matériau isolant (503), la première couche en matériau isolant (503) entourant le corps de pompe (300) le long de l’axe de translation (X).
  7. Pompe (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens d’isolation thermique (500) comprennent une deuxième couche en matériau isolant (504), la deuxième couche en matériau isolant (504) entourant la première couche en matériau isolant (503) le long de l’axe de translation (X).
  8. Pompe (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la deuxième couche en matériau isolant (504) est solidaire d’un support tubulaire (505) monté autour du corps de pompe (300), le support tubulaire (505) étant écarté de la première couche en matériau isolant (503) pour définir, entre la première couche en matériau isolant (503) et le support tubulaire (505), un espace périphérique (531) au corps de pompe (300).
  9. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau isolant est un polytéréphtalate d'éthylène aluminisé.
  10. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’un au moins de l’élément tubulaire (5001), du compartiment intermédiaire (400) et de la tige (601) du piston (600) est réalisé dans un matériau composite.
FR2010709A 2020-10-19 2020-10-19 Pompe pour fluide cryogénique Active FR3115334B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2010709A FR3115334B1 (fr) 2020-10-19 2020-10-19 Pompe pour fluide cryogénique
PCT/EP2021/077929 WO2022084072A1 (fr) 2020-10-19 2021-10-08 Pompe comprenant des moyens de refroidissement
EP21783562.8A EP4229297A1 (fr) 2020-10-19 2021-10-08 Pompe comprenant des moyens de refroidissement
US18/249,510 US20230383742A1 (en) 2020-10-19 2021-10-08 Pump comprising cooling means

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2010709A FR3115334B1 (fr) 2020-10-19 2020-10-19 Pompe pour fluide cryogénique
FR2010709 2020-10-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3115334A1 true FR3115334A1 (fr) 2022-04-22
FR3115334B1 FR3115334B1 (fr) 2022-10-07

Family

ID=73699112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2010709A Active FR3115334B1 (fr) 2020-10-19 2020-10-19 Pompe pour fluide cryogénique

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3115334B1 (fr)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3299828A (en) * 1964-12-16 1967-01-24 Lox Equip Reciprocating cryogenic pump
US4396354A (en) * 1980-10-31 1983-08-02 Union Carbide Corporation Cryogenic pump and method for pumping cryogenic liquids
US5860798A (en) * 1995-03-03 1999-01-19 Cryopump Ag Pump for pumping a fluid comprising a liquefied gas and apparatus having a pump
US20050086949A1 (en) * 2001-11-30 2005-04-28 Noble Stephen D. Method and apparatus for delivering a high pressure gas from a cryogenic storage tank
EP2541062A1 (fr) * 2011-06-29 2013-01-02 Westport Power Inc. Pompe cryogène
EP3390823A1 (fr) * 2015-12-18 2018-10-24 Graco Minnesota Inc. Palier à soufflet interne

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3299828A (en) * 1964-12-16 1967-01-24 Lox Equip Reciprocating cryogenic pump
US4396354A (en) * 1980-10-31 1983-08-02 Union Carbide Corporation Cryogenic pump and method for pumping cryogenic liquids
US5860798A (en) * 1995-03-03 1999-01-19 Cryopump Ag Pump for pumping a fluid comprising a liquefied gas and apparatus having a pump
US20050086949A1 (en) * 2001-11-30 2005-04-28 Noble Stephen D. Method and apparatus for delivering a high pressure gas from a cryogenic storage tank
EP2541062A1 (fr) * 2011-06-29 2013-01-02 Westport Power Inc. Pompe cryogène
EP3390823A1 (fr) * 2015-12-18 2018-10-24 Graco Minnesota Inc. Palier à soufflet interne

Also Published As

Publication number Publication date
FR3115334B1 (fr) 2022-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3030775B1 (fr) Dispositif d'alimentation en ergol de moteur-fusee
FR3040210A1 (fr) Ensemble modulaire pour stockeur ou batterie
FR3104312A1 (fr) Système de refroidissement et unité d’entraȋnement et véhicule électriques le comportant
EP2052200B1 (fr) Echangeur thermique
FR3085542A1 (fr) Systeme de refroidissement d’au moins un module electrique comprenant une pluralite de cellules de batteries immergees dans un fluide dielectrique
FR3085547A1 (fr) Module electrique comprenant une pluralite de cellules de batteries immergees dans un fluide dielectrique
WO2018167382A1 (fr) Echangeur thermique et dispositif de régulation thermique d'au moins un élément de stockage d'énergie électrique
FR3040148A1 (fr) Circuit et procede de refroidissement sur un vehicule
FR3040211A1 (fr) Ensemble et panneau articule, pour une isolation thermique
FR3115334A1 (fr) Pompe pour fluide cryogénique
CA2551937A1 (fr) Installation de stockage d'hydrogene pour l'alimentation de pile a combustible et vehicule l'incorporant
EP4165712B1 (fr) Dispositif pour la protection et le refroidissement d'une batterie
FR2813662A1 (fr) Evaporateur capillaire pour boucle de transfert
EP4229297A1 (fr) Pompe comprenant des moyens de refroidissement
FR3079605A1 (fr) Echangeur thermique a plaques muni d'un bouclier de repartition de debit d'un fluide pour turbomoteur
EP3811506B1 (fr) Machine tournante supraconductrice
EP3338020B1 (fr) Ensemble et panneau articulé, a portions intermédiaires de positionnement, pour une isolation thermique
WO2020099810A1 (fr) Compartiment pour module de stockage d'energie electrique pour vehicule automobile
FR3115332A1 (fr) Pompe comprenant des moyens de refroidissement
FR3050813B1 (fr) Dispositif d'isolation pour systeme thermique
FR2993507A1 (fr) Dispositif de chauffage electrique pour vehicule automobile, et appareil de ventilation chauffage et/ou de climatisation associe
WO2022175604A1 (fr) Module de batterie comprenant des cellules cylindriques refroidies
FR3088587A1 (fr) Compartiment pour module de stockage d'energie electrique pour vehicule automobile
FR3127531A1 (fr) Pompe à vide turbomoléculaire
FR3071113A1 (fr) Systeme de refroidissement pour machine electrique refroidie a l huile

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20220422

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5