FR3119007A1 - Dispositif d’accouplement et de détachement d’urgence - Google Patents

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Abstract

Dispositif d’accouplement et de détachement d’urgence à auto-fermeture pour le transport de fluide cryogénique comprenant deux conduites (2, 3) de transport de fluide s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant chacune, à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet (4, 6, 8; 5, 7, 9) configuré pour fermer automatiquement la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont séparées et pour ouvrir la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le dispositif (1) comprenant en outre un tube (10, 11) externe disposé autour de chaque conduites (2, 3) de transport et définissant un espace sous vide pour l’isolation thermique de la conduite (2, 3) de transport, le dispositif (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre une chambre (18, 19) d’isolation thermique disposée autour du mécanisme de clapet (4, 6, 8; 5, 7, 9) et délimitée par un ensemble de paroi(s) (12, 13) située(s) entre le tube (10, 11) externe et la conduite (2, 3) de transport, le volume de la chambre (18, 19) d’isolation étant indépendant de l’espace sous vide situé entre le tube (10, 11) externe et la conduite (2, 3) de transport. Figure de l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif d’accouplement et de détachement d’urgence
L’invention concerne un dispositif d’accouplement et de détachement d’urgence.
L’invention concerne plus particulièrement un dispositif d’accouplement et de détachement d’urgence à auto-fermeture pour le transport de fluide cryogénique comprenant deux conduites de transport de fluide s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant chacune, à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet configuré pour fermer automatiquement la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont séparées et pour ouvrir la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le dispositif comprenant en outre un tube externe disposé autour de chaque conduites de transport et définissant un espace sous vide pour l’isolation thermique de la conduite de transport.
L’invention concerne un système de tuyau(x) de transport de fluide cryogénique (par exemple de l’hydrogène liquéfié) isolé(s) de façon à limiter les entrées thermiques et permettant la déconnexion des tuyaux lors d'un événement d'urgence sans perte ou déversement de fluide.
Ces dispositifs sont désignés généralement par le terme « Breakaway » en anglais (cf. par exemple EP3581839 A1). Les dispositifs connus présentent des performances thermiques peu satisfaisantes et/ou une structure complexe et/ou une ergonomie d’utilisation désavantageuse.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif d’accouplement selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu’il comporte en outre une chambre d’isolation thermique disposée autour du mécanisme de clapet et délimitée par un ensemble de paroi(s) située(s) entre le tube externe et la conduite de transport, le volume de la chambre d’isolation étant indépendant de l’espace sous vide situé entre le tube externe et la conduite de transport.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • le dispositif comporte une chambre d’isolation thermique au niveau de chaque extrémité de raccordement, le volume de chaque chambre d’isolation thermique étant délimité par des parois tubulaires s’étendant longitudinalement et espacées transversalement, une première extrémité du volume de chaque chambre d’isolation thermique située au niveau de l’extrémité de raccordement étant ouverte, la seconde extrémité longitudinale opposée étant fermée, les premières extrémités ouvertes des deux chambres d’isolation thermique étant configurées pour se raccorder de façon étanche et former un seul volume d’isolation clos étanche lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées,
  • le dispositif comprend un système de mise au vide du volume d’isolation formé par les deux chambres d’isolation thermique lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le système de mise au vide comprenant un canal de transfert de fluide comprenant une extrémité débouchant dans ledit volume,
  • la liaison mécanique entre le tube externe et la conduite de transport comprend l’ensemble de paroi(s) délimitant la chambre d’isolation et forme un chemin thermique réalisant au moins un aller-retour selon la direction longitudinale, par exemple un chemin thermique en forme de « S » selon une section longitudinale,
  • au moins une partie de l’ensemble de paroi(s) délimitant la chambre d’isolation et/ou l’intérieur de la chambre d’isolation comprend une isolation thermique de type multicouches (« MLI »),
  • l’ensemble de paroi(s) délimitant la chambre d’isolation assure le maintien de la conduite de transport dans le tube externe via des liaisons mécaniques entre d’une part l’ensemble de parois et, d’autre part, la conduite de transport et le tube externe, lesdites liaisons mécaniques étant situées essentiellement ou uniquement au niveau de l’extrémité de raccordement,
  • les extrémités des tubes externes et des conduites de transport destinées à être accouplées comportent des bride(s) de montage respectives,
  • l’ensemble de bride(s) de montage comprend une bride interne de forme annulaire qui est fixée sur l’extrémité du tube interne via un ensemble d’organe(s) de montage tel que des vis permettant, lors du démontage de la bride, l’accès au mécanisme de clapet et de joints du dispositif,
  • l’ensemble de paroi(s) délimitant la chambre d’isolation est relié mécaniquement à la conduite de transport et au tube externe par soudage,
  • lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, les extrémités des deux tubes externes sont reliées de façon étanche et les extrémités des deux conduites de transport sont reliées de façon étanche,
  • le mécanisme de clapet comprend un clapet sollicité vers une position de fermeture contre un siège par un organe de rappel,
  • les extrémités terminales des clapets des deux conduites de transport sont configurées pour venir en contact et se repousser mécaniquement hors des sièges respectifs à l’encontre des organes de rappel lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées,
  • l'espace sous vide entre le tube externe et la conduite de transport comprend un isolant thermique multicouches « MLI »,
  • la chambre d’isolation thermique comprend une soupape de sécurité configurée pour évacuer une éventuelle surpression au-delà d’un seuil déterminé.
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un exemple de réalisation d’un dispositif d’accouplement selon l’invention dans une configuration séparée,
représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un exemple de réalisation d’un dispositif d’accouplement selon l’invention dans une configuration accouplée,
représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, d’un détail du dispositif illustrant un exemple de réalisation possible de la structure de la chambre d’isolation.
Le dispositif 1 d’accouplement et de détachement d’urgence à auto-fermeture pour le transport de fluide cryogénique illustré comprend deux conduites 2, 3 de transport de fluide s’étendant selon une direction A longitudinale. Chaque conduite 2, 3 de transport peut être composée d’inox ou tout autre matériau compatible avec des températures cryogéniques (inférieures à -100°C par exemple).
Chaque conduite 2, 3 de transport comprend à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet 4, 6, 8; 5, 7, 9 configuré pour fermer automatiquement la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont séparées (cf. ) et pour s’ouvrir lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées (cf. ).
Le mécanisme de clapet peut comprendre un clapet 4, 5 sollicité vers une position de fermeture contre un siège 6, 7 par un organe 8, 9 de rappel tel qu’un ressort, notamment un ressort de compression.
Les extrémités terminales des clapets 4, 5 des deux conduites 2, 3 de transport sont configurées pour venir en contact et se repousser mécaniquement hors des sièges respectifs à l’encontre des organes 5, 9 de rappel lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées.
Par exemple, les extrémités terminales des clapets 4, 5 des deux conduites 2, 3 font saillie longitudinalement au-delà des extrémités des conduites 2, 3 de transport (et peuvent comporter des formes complémentaires le cas échant).
Le dispositif 1 comprend en outre un tube 10, 11 externe (en inox, métal ou autre) disposé autour de chaque conduites 2, 3 de transport (par exemple concentriquement) et définissant un espace sous vide entre autour de la conduite 2, 3 de transport pour l’isolation thermique de cette dernière.
Cet espace sous vide peut contenir un isolant thermique 22, par exemple du type à multicouches (MLI).
Le dispositif 1 comporte en outre une chambre 18, 19 d’isolation thermique disposée autour de chaque mécanisme de clapet et délimitée par un ensemble de paroi(s) 12, 13 situées entre le tube 10, 11 externe et la conduite 2, 3 de transport. Ce volume dans la chambre 18, 19 d’isolation est de préférence indépendant de l’espace sous vide situé entre le tube 10, 11 externe et la conduite 2, 3 de transport.
Comme illustré, le volume de chaque chambre 18, 19 d’isolation thermique peut être délimité par des parois tubulaires s’étendant longitudinalement et espacées transversalement (le volume de la chambre 18, 19 peut ainsi être délimité entre deux portions de cylindres espacées.
Par exemple, une première extrémité du volume de chaque chambre 18, 19 d’isolation thermique située au niveau de l’extrémité de raccordement est ouverte (cf. ). La seconde extrémité longitudinale opposée peut quant à elle est fermée de façon étanche.
Les premières extrémités ouvertes des deux chambres 18, 19 d’isolation thermique peuvent être configurées pour se raccorder de façon étanche et former un seul volume d’isolation clos étanche lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées (cf. ).
De préférence, le dispositif 1 comprend un système de mise au vide de ce volume d’isolation formé par les deux chambres 18, 19 d’isolation thermique lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées ; Ce système de mise au vide comprend par exemple un canal 26 de transfert de fluide comprenant une extrémité débouchant dans ledit volume et une autre extrémité pouvant être reliée à un organe de pompage par exemple. Ceci permet de réaliser un volume sous vide clos qui est indépendant du vide situé entre le tube 10, 11 externe et la conduite 2, 3 de transport. Un système clapet anti-retour de sécurité peut être prévu pour ce volume de vide.
De même, la chambre 18, 19 d’isolation thermique peut comprendre un système de soupape de sécurité configurée pour évacuer une éventuelle surpression au-delà d’un seuil déterminé (empruntant un canal 27 distinct ou identique).
Ce volume d’isolation clos forme un écran thermique d’isolation supplémentaire autour du mécanisme de clapet ainsi qu’un chemin thermique d’isolation entre les partie chaude (externe) et froide (interne) du dispositif comme cela va être décrit plus en détail ci-après.
Au moins une partie de l’ensemble de paroi(s) 12, 13 délimitant la chambre 18, 19 d’isolation et/ou l’intérieur de la chambre 18, 19 d’isolation peut comprendre une isolation thermique 21 de type multicouches (« MLI ») par exemple.
En effet, avantageusement, la liaison mécanique entre le tube 10, 11 externe et la conduite 2, 3 de transport peut comprendre ou être constituée par l’ensemble de paroi(s) 12, 13 délimitant la chambre 18, 19 d’isolation. Cet ensemble de parois peut ainsi former un chemin thermique réalisant au moins un aller-retour selon la direction longitudinale, par exemple un chemin thermique en forme de « S » selon une section longitudinale.
De préférence, les parois sont composées de métal, inox ou tout autre matériau approprié et peuvent avoir une épaisseur comprise entre 0,3mm et 0,5mm et une longueur comprise entre 10mm et 500mm. Cette configuration constitue un chemin thermique isolant entre ses deux extrémités.
Ainsi, en considérant par exemple la conduite illustrée à gauche, une première paroi longitudinale 121 peut être reliée (soudée par exemple) au niveau d’une extrémité de droite à l’extrémité terminale du tube 10 externe (ou une bride 14 fixée à cette extrémité) cf. également . La seconde extrémité de cette première paroi (à gauche) peut être reliée un angle 122 vers l’intérieur de la conduite 10 (deuxième paroi transversale).Puis, une troisième paroi longitudinale 123 peut être reliée (soudée par exemple) au niveau à cette deuxième paroi. La seconde extrémité (à droite) de cette troisième paroi 123 peut être reliée (soudée par exemple) au niveau de l’extrémité terminale du tube 10 externe de la conduite 2, 3 de transport (à droite ou une bride 16 fixée à cette extrémité). Ainsi, cet ensemble de paroi(s) 12, 13 délimitant la chambre 18, 19 d’isolation peut être reliée mécaniquement qu’au niveau de l’extrémité terminale de la conduite (idem pour l’autre conduite de droite).
Ainsi, l’ensemble de paroi(s) 12, 13 délimitant la chambre 18, 19 d’isolation peut assurer au moins une partie du maintien de la conduite 2, 3 de transport dans le tube 10, 11 externe via des liaisons mécaniques (soudage ou autre) entre d’une part l’ensemble de parois 12, 13 et, d’autre part, la conduite 2, 3 de transport et le tube 10, 11 externe (et/ou brides). Les liaisons mécaniques peuvent être situées essentiellement ou uniquement au niveau de l’extrémité de raccordement.
Ainsi, l’ensemble de paroi(s) 12, 13 délimitant la chambre 18, 19 d’isolation peut être relié mécaniquement à la conduite 2, 3 de transport et au tube 10, 11 externe par soudage.
Comme illustré et évoqué ci-dessus, les extrémités des tubes 10, 11 externes et des conduites 2, 3 de transport destinées à être accouplées peuvent comporter des bride(s) 14, 15, 16, 17 de montage respectives.
Par exemple une bride 16, 17 interne de forme annulaire est fixée sur l’extrémité du tube 2, 3 interne via un ensemble d’organe(s) 20 de montage tel que des vis permettant de préférence, lors du démontage de la bride 16, 17, l’accès au mécanisme de clapet 4, 6, 8; 5, 7, 9 et de joints éventuels du dispositif 1. Ceci facilite la maintenance. En particulier, les vis 20 dans leur filetage peuvent être orientées longitudinalement vers l’intérieur de la conduite.
Lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, les extrémités des deux tubes 10, 11 externes sont reliées de façon étanche et les extrémités des deux conduites 2, 3 de transport sont reliées de façon étanche. Ceci peut être obtenu par un ensemble de joints appropriés.
Par exemple, l’étanchéité entre les tubes 10, 11 externes peut être assurée au moins en partie par un ou plusieurs joint(s) 28 à température ambiante, interposé entre les brides externes 14, 15 (joint(s) de type en polymère ou autre). Cet emplacement au niveau du plus grand diamètre du dispositif 1 permet une gestion améliorée des dilatations thermiques. En particulier, le taux de fuite est diminué car le joint se contracte vers l’intérieur et augment les forces dans le sens de l’étanchéité.
L'étanchéité entre les deux conduites 2, 3 de transport peut quant à elle être assurée au moins en partie par un ou plusieurs joint(s) 29 interposé(s) entre les brides 16, 17 internes, par exemple un joint cryogénique métallique, notamment de type « C » er radial.
L’étanchéité entre le clapet 4, 5 et son siège (forme par exemple par la bride interne) peut comporter un joint 25 à lèvre (par exemple en PTFE ou polymère énergisé). Ledit joint 25 peut former le siège et est avantageusement situé sur la bride 16, 17 interne, sur une face de ladite bride 16, 17 interne et orienté vers l’intérieur de la conduite 2, 3 de transport. Ceci protège ces éléments sensibles d’étanchéité des chocs, rayures et salissures. La force du ressort 8, 9 permet la fermeture étanche entre la bride 16 et le clapet 4, 5, via le joint 25, sans risque de fuite.
Ceci assure une grande fiabilité après de multiples cycles d’ouverture/fermeture et une étanchéité à tout niveau de température. Le positionnement du clapet est facilité qui peut supporter de grands différentiels de pression.
Le dispositif 1 présente une isolation de bonne qualité compatible avec les températures cryogéniques, une ouverture ou fermeture automatique des clapets et une grande fiabilité.
En particulier, en cas de perte de vide due à une fuite de liquide, le volume de la chambre 18, 19 d’isolation indépendant ne peut monter en pression. Ceci empêche des accidents.

Claims (14)

  1. Dispositif d’accouplement et de détachement d’urgence à auto-fermeture pour le transport de fluide cryogénique comprenant deux conduites (2, 3) de transport de fluide s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant chacune, à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet (4, 6, 8; 5, 7, 9) configuré pour fermer automatiquement la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont séparées et pour ouvrir la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le dispositif (1) comprenant en outre un tube (10, 11) externe disposé autour de chaque conduites (2, 3) de transport et définissant un espace sous vide pour l’isolation thermique de la conduite (2, 3) de transport, le dispositif (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre une chambre (18, 19) d’isolation thermique disposée autour du mécanisme de clapet (4, 6, 8; 5, 7, 9) et délimitée par un ensemble de paroi(s) (12, 13) située(s) entre le tube (10, 11) externe et la conduite (2, 3) de transport, le volume de la chambre (18, 19) d’isolation étant indépendant de l’espace sous vide situé entre le tube (10, 11) externe et la conduite (2, 3) de transport.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une chambre (18, 19) d’isolation thermique au niveau de chaque extrémité de raccordement, le volume de chaque chambre (18, 19) d’isolation thermique étant délimité par des parois tubulaires s’étendant longitudinalement et espacées transversalement, une première extrémité du volume de chaque chambre (18, 19) d’isolation thermique située au niveau de l’extrémité de raccordement étant ouverte, la seconde extrémité longitudinale opposée étant fermée, les premières extrémités ouvertes des deux chambres (18, 19) d’isolation thermique étant configurées pour se raccorder de façon étanche et former un seul volume d’isolation clos étanche lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend un système de mise au vide du volume d’isolation formé par les deux chambres (18, 19) d’isolation thermique lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le système de mise au vide comprenant un canal (26) de transfert de fluide comprenant une extrémité débouchant dans ledit volume.
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la liaison mécanique entre le tube (10, 11) externe et la conduite (2, 3) de transport comprend l’ensemble de paroi(s) (12, 13) délimitant la chambre (18, 19) d’isolation et forme un chemin thermique réalisant au moins un aller-retour selon la direction longitudinale, par exemple un chemin thermique en forme de « S » selon une section longitudinale.
  5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’au moins une partie de l’ensemble de paroi(s) (12, 13) délimitant la chambre (18, 19) d’isolation et/ou l’intérieur de la chambre (18, 19) d’isolation comprend une isolation thermique (21) de type multicouches (« MLI »).
  6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’ensemble de paroi(s) (12, 13) délimitant la chambre (18, 19) d’isolation assure le maintien de la conduite (2, 3) de transport dans le tube (10, 11) externe via des liaisons mécaniques entre d’une part l’ensemble de parois (12, 13) et, d’autre part, la conduite (2, 3) de transport et le tube (10, 11) externe, lesdites liaisons mécaniques étant situées essentiellement ou uniquement au niveau de l’extrémité de raccordement.
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (10, 11) externes et des conduites (2, 3) de transport destinées à être accouplées comportent des bride(s) (14, 15, 16, 17) de montage respectives.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’ensemble de bride(s) (14, 15, 16, 17) de montage comprend une bride (16, 17) interne de forme annulaire qui est fixée sur l’extrémité du tube (2, 3) interne via un ensemble d’organe(s) (20) de montage tel que des vis permettant, lors du démontage de la bride (16, 17), l’accès au mécanisme de clapet (4, 6, 8; 5, 7, 9) et de joints du dispositif.
  9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l’ensemble de paroi(s) (12, 13) délimitant la chambre (18, 19) d’isolation est relié mécaniquement à la conduite (2, 3) de transport et au tube (10, 11) externe par soudage.
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, les extrémités des deux tubes (10, 11) externes sont reliées de façon étanche et les extrémités des deux conduites (2, 3) de transport sont reliées de façon étanche.
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mécanisme de clapet (4, 6, 8; 5, 7, 9) comprend un clapet (4, 5) sollicité vers une position de fermeture contre un siège (6, 7) par un organe (8, 9) de rappel.
  12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les extrémités terminales des clapets (4, 5) des deux conduites (2, 3) de transport sont configurées pour venir en contact et se repousser mécaniquement hors des sièges respectifs à l’encontre des organes (5, 9) de rappel lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées.
  13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'espace sous vide entre le tube externe (10, 11) et la conduite (2, 3) de transport comprend un isolant thermique (22) multicouches « MLI ».
  14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la chambre (18, 19) d’isolation thermique comprend une soupape (27) de sécurité configurée pour évacuer une éventuelle surpression au-delà d’un seuil déterminé.
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