FR3130934A1 - Cryogenic fluid storage assembly - Google Patents
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Abstract
Ensemble de stockage de fluide cryogénique L’ensemble (1) comprend :- une unité de stockage (3) de fluide cryogénique, avec un réservoir interne (7) délimitant intérieurement un volume (9) de réception de fluide cryogénique ;- un échangeur de chaleur (5), avec un premier côté (17) de circulation du fluide cryogénique et un second côté (19) de circulation d’un fluide caloporteur, le premier côté (17) ayant une entrée (21) de fluide cryogénique raccordée fluidiquement au réservoir interne (7) par un passage (23) d’alimentation en fluide cryogénique ; - une vanne cryogénique (65), obturant ou dégageant sélectivement un orifice d’obturation (67) intercalé le long du passage d’alimentation (23) de manière à respectivement interdire ou autoriser une circulation de fluide cryogénique le long du passage d’alimentation (23) ;la vanne cryogénique (65) étant réchauffée par le fluide caloporteur. Figure pour l'abrégé : 2Cryogenic fluid storage assembly The assembly (1) comprises:- a cryogenic fluid storage unit (3), with an internal tank (7) internally delimiting a volume (9) for receiving cryogenic fluid;- a heat exchanger (5), with a first side (17) for circulating the cryogenic fluid and a second side (19) for circulating a heat transfer fluid, the first side (17) having a cryogenic fluid inlet (21) fluidly connected to the inner tank (7) through a cryogenic fluid supply passage (23); - a cryogenic valve (65), blocking or releasing selectively a blocking orifice (67) inserted along the supply passage (23) so as to respectively prohibit or authorize circulation of cryogenic fluid along the supply passage (23); the cryogenic valve (65) being heated by the heat transfer fluid. Figure for abstract: 2
Description
La présente invention concerne en général un ensemble de stockage de fluide cryogénique, notamment un ensemble de stockage d’hydrogène embarqué à bord de véhicules.The present invention generally relates to a cryogenic fluid storage assembly, in particular a hydrogen storage assembly on board vehicles.
Cet ensemble de stockage de fluide cryogénique, outre la présente demande, est protégé par les demandes suivantes, déposées le même jour, par le même déposant, et portant sur les aspects suivants :This cryogenic fluid storage assembly, in addition to the present application, is protected by the following applications, filed on the same day, by the same applicant, and relating to the following aspects:
- une demande portant sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur, ce moyen étant une alternative à celui de la présente demande ; cette demande porte la référence interne BFF21P0640 ;- an application relating to a hydrogen storage and supply device comprising a means for heating the cryogenic fluid leaving the inner tank, before supplying a heat exchanger, this means being an alternative to that of the present application; this request has the internal reference BFF21P0640;
- une autre demande portant également sur un dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène comportant un moyen pour réchauffer le fluide cryogénique sortant du réservoir intérieur, avant alimentation d’un échangeur de chaleur, ce moyen étant une alternative à celui de la demande précédente ; cette demande porte la référence interne BFF21P0641 ;- another application also relating to a hydrogen storage and supply device comprising a means for heating the cryogenic fluid leaving the inner tank, before supplying a heat exchanger, this means being an alternative to that of the previous application ; this request has the internal reference BFF21P0641;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant une suspension métallique du réservoir interne au réservoir externe ; cette demande porte la référence interne BFF21P0642 ;- a request relating to a cryogenic fluid storage unit comprising a metallic suspension from the internal tank to the external tank; this request has the internal reference BFF21P0642;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant un getter ou absorbeur de gaz dont le remplacement est facilité ; cette demande porte la référence interne BFF21P0639 ;- a request relating to a storage unit for a cryogenic fluid comprising a getter or gas absorber whose replacement is easy; this request has the internal reference BFF21P0639;
- une demande portant sur une unité de stockage d’un fluide cryogénique comportant au moins un réservoir additionnel pour allonger le temps de dormance ; cette demande porte la référence interne BFF21P0868.- a request relating to a cryogenic fluid storage unit comprising at least one additional tank to extend the dormancy time; this request has the internal reference BFF21P0868.
Les moteurs à combustion interne sont progressivement remplacés par des moteurs électriques pour la propulsion de véhicules, notamment de véhicules automobiles tels que des voitures individuelles, des véhicules utilitaires ou des camions, ou encore pour la propulsion de trains, de bateaux, etc.Internal combustion engines are gradually being replaced by electric motors for the propulsion of vehicles, in particular motor vehicles such as individual cars, commercial vehicles or trucks, or even for the propulsion of trains, boats, etc.
Une solution pour alimenter électriquement de tels moteurs consiste à embarquer une pile à combustible à bord du véhicule. Cette pile à combustible est alimentée par un gaz anodique qui est typiquement du dihydrogène, communément appelé hydrogène, et par un gaz cathodique qui est par exemple le dioxygène contenu dans l’air, communément appelé oxygène de l’air ou oxygène.One solution for supplying such motors electrically consists of embedding a fuel cell on board the vehicle. This fuel cell is powered by an anode gas which is typically dihydrogen, commonly called hydrogen, and by a cathode gas which is for example the dioxygen contained in the air, commonly called air oxygen or oxygen.
L’hydrogène doit être stocké à bord du véhicule sous la forme la plus compacte possible, de manière à réduire les coûts et à optimiser l’utilisation de l’espace à bord du véhicule.Hydrogen must be stored on board the vehicle in the most compact form possible, so as to reduce costs and optimize the use of space on board the vehicle.
Une possibilité pour réduire le volume occupé par la réserve d’hydrogène est de stocker l’hydrogène à très basse température, sous forme liquide.One possibility to reduce the volume occupied by the hydrogen reserve is to store the hydrogen at very low temperature, in liquid form.
L’hydrogène, à pression ambiante, est liquide à une température proche de 20 K.Hydrogen, at ambient pressure, is liquid at a temperature close to 20 K.
La pile à combustible en revanche fonctionne avec de l’hydrogène gazeux, à une température supérieure à - 40 °C.The fuel cell, on the other hand, works with hydrogen gas, at a temperature above -40°C.
Il est possible, pour réchauffer l’hydrogène alimentant la pile à combustible, de prévoir un échangeur de chaleur, avec un premier côté prévu pour la circulation de l’hydrogène, et un second côté prévu pour la circulation d’un fluide caloporteur.It is possible, to heat the hydrogen supplying the fuel cell, to provide a heat exchanger, with a first side provided for the circulation of the hydrogen, and a second side provided for the circulation of a heat transfer fluid.
Dans un tel ensemble, il est impératif d’éviter que les surfaces en contact avec l’air ambiant atteignent une température inférieure à - 196 °C, c’est-à-dire inférieure à la température à laquelle l’air se liquéfie.In such an assembly, it is imperative to prevent the surfaces in contact with the ambient air from reaching a temperature below - 196°C, i.e. below the temperature at which air liquefies.
Pour ce faire, il est nécessaire de prévoir une vanne cryogénique en amont de l’échangeur de chaleur, de manière à bloquer l’arrivée d’hydrogène à très basse température dans certains cas.To do this, it is necessary to provide a cryogenic valve upstream of the heat exchanger, so as to block the arrival of hydrogen at very low temperature in certain cases.
Par exemple, la vanne cryogénique doit être fermée quand une défaillance empêche le fonctionnement de la pile à combustible, ou encore quand le véhicule effectue des mouvements incontrôlés provoquant l’arrivée d’une quantité importante d’hydrogène à très basse température dans l’échangeur de chaleur.For example, the cryogenic valve must be closed when a fault prevents the operation of the fuel cell, or when the vehicle makes uncontrolled movements causing the arrival of a large quantity of hydrogen at very low temperature in the exchanger heat.
Les vannes cryogéniques sont complexes mécaniquement et coûteuses.Cryogenic valves are mechanically complex and expensive.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un ensemble comportant une unité de stockage de fluide cryogénique et une vanne cryogénique qui soit plus simple techniquement et moins coûteux.In this context, the invention aims to provide an assembly comprising a cryogenic fluid storage unit and a cryogenic valve which is technically simpler and less expensive.
Dans ce contexte, l’invention porte sur un ensemble comprenant :In this context, the invention relates to an assembly comprising:
- une unité de stockage de fluide cryogénique, avec un réservoir interne délimitant intérieurement un volume de réception de fluide cryogénique ;
- un échangeur de chaleur, avec un premier côté de circulation du fluide cryogénique et un second côté de circulation d’un fluide caloporteur, le premier côté ayant une entrée de fluide cryogénique raccordée fluidiquement au réservoir interne par un passage d’alimentation en fluide cryogénique ;- a cryogenic fluid storage unit, with an internal reservoir internally delimiting a volume for receiving cryogenic fluid;
- a heat exchanger, with a first side for the circulation of the cryogenic fluid and a second side for the circulation of a heat transfer fluid, the first side having a cryogenic fluid inlet fluidly connected to the internal tank by a cryogenic fluid supply passage ;
- une vanne cryogénique, obturant ou dégageant sélectivement un orifice d’obturation intercalé le long du passage d’alimentation de manière à respectivement interdire ou autoriser une circulation de fluide cryogénique le long du passage d’alimentation;
la vanne cryogénique étant réchauffée par le fluide caloporteur.- a cryogenic valve, blocking or releasing selectively a blocking orifice interposed along the supply passage so as to respectively prohibit or authorize circulation of cryogenic fluid along the supply passage;
the cryogenic valve being heated by the heat transfer fluid.
Du fait que la vanne cryogénique est réchauffée par le fluide caloporteur, le risque que l’air ambiant soit en contact avec une surface à une température inférieure à - 196 °C via les organes de la vanne cryogénique est considérablement réduit, voire complétement supprimé. Il n’est pas nécessaire de prévoir une barrière thermique complexe et coûteuse dans la vanne cryogénique.Because the cryogenic valve is heated by the heat transfer fluid, the risk of ambient air coming into contact with a surface at a temperature below -196°C via the cryogenic valve components is considerably reduced, if not completely eliminated. There is no need for a complex and expensive thermal barrier in the cryogenic valve.
L’ensemble peut en outre représenter une ou plusieurs caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement selon toutes les combinaisons techniquement possibles :The set may also represent one or more characteristics below, considered individually in all technically possible combinations:
- le second côté de l’échangeur de chaleur comprend une enveloppe dans laquelle circule le fluide caloporteur, le premier côté de circulation du fluide cryogénique de l’échangeur de chaleur comportant des tubes de circulation de fluide cryogénique logés dans l’enveloppe, la vanne cryogénique comportant un actionneur, un organe d’obturation de l’orifice d’obturation et une chaîne cinématique par l’intermédiaire de laquelle l’actionneur déplace l’organe d’obturation, la chaîne cinématique comportant une tige mobile traversant l’enveloppe de l’échangeur de chaleur ;- the second side of the heat exchanger comprises a casing in which circulates the heat transfer fluid, the first side for circulation of the cryogenic fluid of the heat exchanger comprising cryogenic fluid circulation tubes housed in the casing, the valve cryogenic comprising an actuator, a closure member of the closure orifice and a kinematic chain by means of which the actuator moves the closure member, the kinematic chain comprising a movable rod passing through the casing of the heat exchanger;
- l’échangeur de chaleur comporte un puits traversant l’enveloppe et débouchant à l’extérieur de l’enveloppe à deux extrémités opposées, la tige étant engagée dans ce puits et se déplaçant à l’intérieur du puits ;- the heat exchanger comprises a well passing through the casing and emerging outside the casing at two opposite ends, the rod being engaged in this well and moving inside the well;
- l’unité de stockage de fluide cryogénique comprend un réservoir externe dans lequel est logé le réservoir interne, un espace intermédiaire sous vide séparant le réservoir interne du réservoir externe, le passage d’alimentation étant logé dans l’espace intermédiaire, une partie aval de la chaîne cinématique, raccordant la tige à l’organe d’obturation, étant entièrement logée dans le passage d’alimentation ;- the cryogenic fluid storage unit comprises an external tank in which the internal tank is housed, an intermediate space under vacuum separating the internal tank from the external tank, the supply passage being housed in the intermediate space, a downstream part the kinematic chain, connecting the rod to the shutter member, being entirely housed in the supply passage;
- l’unité de stockage de fluide cryogénique comprend une bride de stockage fixée au réservoir externe, l’échangeur de chaleur comprenant une bride d’échangeur de chaleur fixée à la bride de stockage, l’orifice d’obturation étant ménagé dans la bride de stockage ;- the cryogenic fluid storage unit comprises a storage flange fixed to the external tank, the heat exchanger comprising a heat exchanger flange fixed to the storage flange, the closing orifice being provided in the flange storage;
- l’unité de stockage de fluide cryogénique comprend une bride de stockage fixée au réservoir externe, l’échangeur de chaleur comprenant une bride d’échangeur de chaleur fixée à la bride de stockage, l’orifice d’obturation étant déporté le long du passage d’alimentation à distance de la bride de stockage ;- the cryogenic fluid storage unit comprises a storage flange fixed to the external tank, the heat exchanger comprising a heat exchanger flange fixed to the storage flange, the closure orifice being offset along the supply passage remote from storage flange;
- la chaîne cinématique comporte un fil raccordant la tige à l’organe d’obturation ;- the kinematic chain includes a wire connecting the rod to the closure device;
- la chaîne cinématique comporte une biellette raccordant la tige à l’organe d’obturation ;- the kinematic chain includes a connecting rod connecting the rod to the closure device;
- la chaîne cinématique comporte un levier pivotant par rapport à la bride de stockage, le levier ayant un premier bras coopérant avec la tige et un second bras coopérant avec le fil ou la biellette ;- the kinematic chain comprises a pivoting lever with respect to the storage flange, the lever having a first arm cooperating with the rod and a second arm cooperating with the wire or the connecting rod;
- le passage d’alimentation comporte une coupelle fixée à la bride de stockage et un conduit raccordé à la coupelle, l’orifice d’obturation étant ménagé dans le conduit, le levier étant porté par la coupelle.- the supply passage comprises a cup fixed to the storage flange and a duct connected to the cup, the closing orifice being provided in the duct, the lever being carried by the cup.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended figures, among which:
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L’ensemble 1 représenté sur la
On entend ici par « fluide », un élément pouvant être dans un étant gazeux, liquide ou supercritique.The term "fluid" here means an element which may be in a gaseous, liquid or supercritical being.
On entend par « fluide cryogénique » un fluide se trouvant à une température inférieure à 120 K.“Cryogenic fluid” means a fluid at a temperature below 120 K.
Ce fluide se trouve au moins partiellement à l’état liquide à l’intérieur de l’unité de stockage.This fluid is at least partially in the liquid state inside the storage unit.
Le fluide est typiquement de l’hydrogène, de préférence de l’hydrogène gazeux. En variante, le fluide est de l’hélium, de l’azote, un gaz naturel tel que le méthane CH4 ou tout autre fluide adapté.The fluid is typically hydrogen, preferably hydrogen gas. As a variant, the fluid is helium, nitrogen, a natural gas such as methane CH4 or any other suitable fluid.
L’ensemble 1 est également prévu pour réchauffer le fluide cryogénique, avant transfert vers un utilisateur final tel qu’une pile à combustible.Set 1 is also provided for heating the cryogenic fluid, before transfer to an end user such as a fuel cell.
Quand le fluide cryogénique est de l’hydrogène, l’ensemble 1 est typiquement destiné à être embarqué à bord d’un véhicule.When the cryogenic fluid is hydrogen, the set 1 is typically intended to be carried on board a vehicle.
Comme indiqué plus haut, ce véhicule est par exemple un véhicule automobile, un train ou un bateau. Le véhicule automobile est par exemple une voiture, un camion, un bus, ou tout autre véhicule adapté.As indicated above, this vehicle is for example a motor vehicle, a train or a boat. The motor vehicle is for example a car, a truck, a bus, or any other suitable vehicle.
L’ensemble 1 alimente alors une pile à combustible non représentée, de manière à produire de l’électricité alimentant un moteur électrique à propulsion du véhicule.Set 1 then supplies a fuel cell, not shown, so as to produce electricity supplying an electric motor propelling the vehicle.
L’ensemble 1, comme visible sur la
L’unité de stockage 3 comporte un réservoir interne 7 délimitant intérieurement un volume 9 de réception de fluide cryogénique.The storage unit 3 comprises an internal reservoir 7 internally delimiting a volume 9 for receiving cryogenic fluid.
Typiquement, l’unité de stockage 3 comporte encore un réservoir externe 11 dans lequel est logé le réservoir interne 7.Typically, the storage unit 3 also includes an external tank 11 in which the internal tank 7 is housed.
Un espace intermédiaire sous vide 13 sépare le réservoir interne 7 du réservoir externe 11. L’espace intermédiaire 13 est maintenu sous un vide poussé, typiquement de l’ordre 10-5millibars.An intermediate vacuum space 13 separates the internal reservoir 7 from the external reservoir 11. The intermediate space 13 is maintained under a high vacuum, typically of the order of 10 -5 millibars.
Les transferts thermiques par convection sont ainsi limités entre le réservoir externe 11 et le réservoir interne 7.Heat transfers by convection are thus limited between the external tank 11 and the internal tank 7.
Quand le fluide cryogénique est de l’hydrogène, il est stocké à l’état liquide dans le réservoir interne 7, à une température proche de 20 K quand la pression est égale à un bar.When the cryogenic fluid is hydrogen, it is stored in the liquid state in the internal reservoir 7, at a temperature close to 20 K when the pressure is equal to one bar.
Le réservoir externe 11 est sans contact direct avec le réservoir interne 9, de manière à limiter les transferts thermiques par conduction entre le réservoir externe 11 et le réservoir interne 7.The external tank 11 is without direct contact with the internal tank 9, so as to limit heat transfer by conduction between the external tank 11 and the internal tank 7.
L’unité de stockage 3 comporte encore une isolation thermique 15, interposée entre le réservoir interne 7 et le réservoir externe 11.The storage unit 3 further comprises a thermal insulation 15, interposed between the internal tank 7 and the external tank 11.
L’isolation thermique 15 est placée dans l’espace intermédiaire 13. Elle est agencée contre le réservoir interne 7.The thermal insulation 15 is placed in the intermediate space 13. It is arranged against the internal tank 7.
L’isolation thermique 15 est placée contre une surface externe du réservoir interne 7.Thermal insulation 15 is placed against an outer surface of inner tank 7.
L’isolation thermique 15 comporte typiquement une pluralité de fines feuilles métalliques superposées les unes sur les autres, et des couches de fibres intercalées entre les feuilles métalliques. Cette isolation thermique 15 enveloppe complètement le réservoir interne 3.The thermal insulation 15 typically comprises a plurality of thin metal sheets superimposed on each other, and layers of fibers interposed between the metal sheets. This thermal insulation 15 completely envelops the internal tank 3.
En variante, l’isolation thermique 15 de tout autre type.Alternatively, thermal insulation 15 of any other type.
L’échangeur de chaleur 5 est prévu pour réchauffer le fluide cryogénique stocké dans l’unité de stockage 3, jusqu’à une température le rendant utilisable pour l’utilisateur final.The heat exchanger 5 is provided to heat the cryogenic fluid stored in the storage unit 3, up to a temperature making it usable for the end user.
Quand l’ensemble 1 est destiné à alimenter une pile à combustible, l’échangeur de chaleur 5 est prévu pour réchauffer l’hydrogène liquide depuis la température de 20 K à la température minimum de 233 K.When assembly 1 is intended to power a fuel cell, heat exchanger 5 is provided to heat the liquid hydrogen from the temperature of 20 K to the minimum temperature of 233 K.
À cette fin, l’échangeur de chaleur 5 comporte un premier côté 17 de circulation du fluide cryogénique, et un second côté 19 de circulation d’un fluide caloporteur.To this end, the heat exchanger 5 comprises a first side 17 for the circulation of the cryogenic fluid, and a second side 19 for the circulation of a heat transfer fluid.
Le premier côté 17 présente une entrée de fluide cryogénique 21 raccordée fluidiquement au réservoir interne 7 par un passage d’alimentation en fluide cryogénique 23.The first side 17 has a cryogenic fluid inlet 21 fluidly connected to the internal tank 7 by a cryogenic fluid supply passage 23.
Le premier côté 17 comporte encore une sortie de fluide cryogénique 25, raccordée fluidiquement à l’utilisateur final.The first side 17 further comprises a cryogenic fluid outlet 25, fluidly connected to the end user.
Le fluide caloporteur est tout type adapté. Le fluide caloporteur est typiquement de l’eau, comportant de préférence un antigel.The heat transfer fluid is any suitable type. The heat transfer fluid is typically water, preferably including an antifreeze.
Le second côté 19 de l’échangeur de chaleur 5 est intégré dans un circuit de fluide caloporteur non représenté.The second side 19 of the heat exchanger 5 is integrated into a heat transfer fluid circuit, not shown.
Le second côté 19 présente une entrée de fluide caloporteur 27 et une sortie de fluide caloporteur 29 (
Le circuit de fluide caloporteur est configuré pour fournir à l’échangeur de chaleur 5 une quantité d’énergie thermique adéquate pour le réchauffement du fluide cryogénique.The heat transfer fluid circuit is configured to supply the heat exchanger 5 with an adequate quantity of thermal energy for heating the cryogenic fluid.
Dans le cas où le fluide cryogénique est de l’hydrogène et l’utilisateur final une pile à combustible, le fluide caloporteur est réchauffé par l’énergie thermique dégagée par la pile à combustible en fonctionnement.In the case where the cryogenic fluid is hydrogen and the end user a fuel cell, the heat transfer fluid is heated by the thermal energy released by the fuel cell in operation.
La pile à combustible comporte en effet un circuit de refroidissement, avec une entrée de refroidissement et une sortie de refroidissement. Le circuit de fluide caloporteur comporte alors un vase d’expansion, dont l’entrée est raccordée à la sortie de refroidissement de la pile à combustible.The fuel cell in fact comprises a cooling circuit, with a cooling inlet and a cooling outlet. The heat transfer fluid circuit then includes an expansion vessel, the inlet of which is connected to the fuel cell cooling outlet.
Le circuit de fluide caloporteur comporte encore un organe de circulation de fluide caloporteur, typiquement une pompe, ayant une aspiration raccordée à la sortie du vase d’expansion. Le refoulement de l’organe de circulation est raccordé à l’entrée de fluide caloporteur 27 de l’échangeur de chaleur 5.The heat transfer fluid circuit further comprises a heat transfer fluid circulation device, typically a pump, having a suction connected to the outlet of the expansion vessel. The delivery of the circulation device is connected to the heat transfer fluid inlet 27 of the heat exchanger 5.
La sortie de fluide caloporteur 29 est raccordée à l’entrée de refroidissement de la pile à combustible.The coolant outlet 29 is connected to the fuel cell cooling inlet.
Typiquement, l’échangeur de chaleur 5 est du type à tubes et calandre.Typically, the heat exchanger 5 is of the shell and tube type.
Le second côté 19 de l’échangeur de chaleur 5 comporte une enveloppe 31, dans laquelle circule le fluide caloporteur.The second side 19 of the heat exchanger 5 comprises a casing 31, in which the heat transfer fluid circulates.
L’entrée 27 et la sortie 29 de fluide caloporteur débouchent à l’intérieur de l’enveloppe 31.The inlet 27 and the outlet 29 of the heat transfer fluid open inside the casing 31.
Le premier côté 17 de l’échangeur de chaleur 5 comporte une pluralité de tubes 33 de circulation de fluide cryogénique, logés dans l’enveloppe 31.The first side 17 of the heat exchanger 5 comprises a plurality of cryogenic fluid circulation tubes 33, housed in the casing 31.
L’entrée de fluide cryogénique 21 constitue un collecteur distribuant le fluide cryogénique dans les différents tubes 33.The cryogenic fluid inlet 21 constitutes a manifold distributing the cryogenic fluid in the various tubes 33.
Les tubes 33 par ailleurs débouchent dans un collecteur de sortie non représenté, raccordé fluidiquement à la sortie de fluide cryogénique 25.The tubes 33 also open into an outlet manifold, not shown, fluidly connected to the cryogenic fluid outlet 25.
La sortie de fluide cryogénique 25 est raccordée fluidiquement à l’utilisateur final, par exemple à la pile à combustible.The cryogenic fluid outlet 25 is fluidically connected to the end user, for example to the fuel cell.
Comme visible sur les figures 1 et 2, l’unité de stockage de fluide cryogénique 3 comporte une bride de stockage 35, fixée au réservoir externe 11.As visible in Figures 1 and 2, the cryogenic fluid storage unit 3 comprises a storage flange 35, fixed to the external tank 11.
L’échangeur de chaleur 5 est situé à l’extérieur du réservoir externe 11. Il comporte une bride d’échangeur de chaleur 37, fixée à la bride de stockage 35.The heat exchanger 5 is located outside the outer tank 11. It has a heat exchanger flange 37, attached to the storage flange 35.
Ainsi, l’échangeur de chaleur 5 est fixé au réservoir externe 11 par l’intermédiaire des brides d’échangeur de chaleur 37 et de stockage 35.Thus, the heat exchanger 5 is fixed to the external tank 11 via the heat exchanger 37 and storage 35 flanges.
La bride de stockage 35 présente une ouverture centrale de stockage 39.The storage flange 35 has a central storage opening 39.
La bride d’échangeur de chaleur 37 présente une ouverture centrale d’échangeur de chaleur 41, placée en coïncidence avec l’ouverture centrale de stockage 39.The heat exchanger flange 37 has a central heat exchanger opening 41, placed in coincidence with the central storage opening 39.
Dans l’exemple représenté, l’enveloppe 31 de l’échangeur de chaleur 5 comprend une plaque trouée 43, engagée dans l’ouverture d’échangeur de chaleur 41. La plaque trouée 43 présente un fond troué 45, entouré par un bord tombé 47. Le bord tombé 47 est plaqué contre le bord de l’ouverture d’échangeur de chaleur 41, et rigidement fixé à ce bord de manière étanche. Les extrémités amont des tubes de circulation de fluide cryogénique 33 sont engagées et rigidement fixées chacune dans un trou du fond troué 45.In the example shown, the envelope 31 of the heat exchanger 5 comprises a perforated plate 43, engaged in the heat exchanger opening 41. The perforated plate 43 has a perforated bottom 45, surrounded by a flanged 47. The dropped edge 47 is pressed against the edge of the heat exchanger opening 41, and rigidly fixed to this edge in a sealed manner. The upstream ends of the cryogenic fluid circulation tubes 33 are engaged and each rigidly fixed in a hole in the perforated bottom 45.
L’ouverture d’échangeur de chaleur 41 constitue dans l’exemple représenté l’entrée de fluide cryogénique 21. L’ouverture de stockage 39 et l’ouverture d’échangeur de chaleur 41 constituent ensemble un collecteur d’entrée, distribuant le fluide cryogénique dans les tubes 33, à travers la plaque trouée 43.The heat exchanger opening 41 constitutes in the example shown the cryogenic fluid inlet 21. The storage opening 39 and the heat exchanger opening 41 together constitute an inlet manifold, distributing the cryogenic fluid cryogenic in the tubes 33, through the perforated plate 43.
Le passage d’alimentation en fluide cryogénique 23 comporte une coupelle 49, rapportée sur la bride de stockage 35.The cryogenic fluid supply passage 23 comprises a cup 49, attached to the storage flange 35.
La coupelle 49 présente un fond 51 entouré d’un bord périphérique 53, le bord périphérique 53 étant prolongé par une collerette sortante 55 rigidement fixée de manière étanche contre la bride de stockage 35.The cup 49 has a bottom 51 surrounded by a peripheral edge 53, the peripheral edge 53 being extended by an outgoing collar 55 rigidly fixed in a sealed manner against the storage flange 35.
La coupelle 49 est concave vers la bride de stockage 35, et délimite avec celle-ci un volume interne 57.The cup 49 is concave towards the storage flange 35, and delimits with the latter an internal volume 57.
Le passage d’alimentation 23 comporte encore un conduit 59, raccordé à la coupelle 49.The supply passage 23 further comprises a conduit 59, connected to the cup 49.
Le conduit 59 présente une extrémité amont 61 débouchant directement dans le volume de réception 9 de fluide cryogénique. Il présente également une extrémité aval 63 débouchant dans le volume interne 57 de la coupelle 49.The conduit 59 has an upstream end 61 opening directly into the reception volume 9 of cryogenic fluid. It also has a downstream end 63 opening into the internal volume 57 of the cup 49.
L’ensemble 1 comporte encore une vanne cryogénique 65, obturant ou dégageant sélectivement un orifice d’obturation 67 intercalé le long du passage d’alimentation 23.Assembly 1 further includes a cryogenic valve 65, selectively closing or releasing a closing orifice 67 interposed along the supply passage 23.
La vanne cryogénique 65 va ainsi respectivement interdire ou autoriser une circulation de fluide cryogénique le long du passage d’alimentation 23.The cryogenic valve 65 will thus respectively prohibit or authorize circulation of cryogenic fluid along the supply passage 23.
Selon l’invention, la vanne cryogénique 65 est réchauffée par le fluide caloporteur.According to the invention, the cryogenic valve 65 is heated by the heat transfer fluid.
Avantageusement, la vanne cryogénique 65 comporte un actionneur 69, un organe d’obturation 71, et une chaine cinématique 73 par l’intermédiaire de laquelle l’actionneur 69 déplace l’organe d’obturation 71 entre une position d’obturation de l’orifice d’obturation 67 et une position de dégagement de l’orifice d’obturation 67.Advantageously, the cryogenic valve 65 comprises an actuator 69, a shutter member 71, and a kinematic chain 73 by means of which the actuator 69 moves the shutter member 71 between a shutter position of the shutter orifice 67 and a release position of the shutter orifice 67.
La chaine cinématique 73 comporte une tige 75 mobile traversant l’enveloppe 31 de l’échangeur de chaleur 5.The kinematic chain 73 comprises a movable rod 75 passing through the casing 31 of the heat exchanger 5.
Comme visible notamment sur la
Dans l’exemple représenté, le puits 77 est rectiligne et s’étend selon un axe C sensiblement perpendiculaire à la bride d’échangeur de chaleur 37. Son extrémité 79 est rigidement fixée dans un orifice de la plaque trouée 43. L’extrémité 79 débouche dans le volume constitué par les ouvertures de stockage 39 et d’échangeur de chaleur 41.In the example shown, the well 77 is straight and extends along an axis C substantially perpendicular to the heat exchanger flange 37. Its end 79 is rigidly fixed in an orifice of the perforated plate 43. The end 79 opens into the volume formed by the storage 39 and heat exchanger 41 openings.
L’extrémité 81 est rigidement fixée à une bride de puits 83, elle-même rapportée sur une surface externe de l’enveloppe 31. La bride de puits 83 et l’extrémité 81 sont situées hors de l’enveloppe 31. Le puits 77 est situé à l’intérieur de l’enveloppe 31 sur toute sa longueur, à l’exception de son extrémité 81.The end 81 is rigidly fixed to a well flange 83, itself attached to an outer surface of the casing 31. The well flange 83 and the end 81 are located outside the casing 31. The well 77 is located inside the casing 31 over its entire length, with the exception of its end 81.
Le volume intérieur du puits 77 n’est pas en communication fluidiquement avec l’intérieur de l’enveloppe 31.The interior volume of well 77 is not in fluid communication with the interior of casing 31.
La tige 75 fait saillie hors du puits 77 à ses deux extrémités opposées. Elle est montée coulissante suivant l’axe C par rapport au puits 77. Un dispositif d’étanchéité 85 garantit une étanchéité glissante entre la surface externe de la tige 75 et la surface interne du puits 77.Stem 75 protrudes from well 77 at its two opposite ends. It is mounted to slide along the axis C relative to the well 77. A sealing device 85 guarantees a sliding seal between the external surface of the rod 75 and the internal surface of the well 77.
Le puits 77 est en contact direct avec le fluide caloporteur circulant à l’intérieur de l’enveloppe 31.Well 77 is in direct contact with the heat transfer fluid circulating inside casing 31.
L’actionneur 69 est de tout type adapté. Par exemple, l’actionneur 69 est un moteur électrique.Actuator 69 is of any suitable type. For example, actuator 69 is an electric motor.
L’actionneur 69 entraîne la tige 75 en translation selon l’axe C par tout moyen adapté. La chaîne cinématique 73 comporte dans ce but par exemple un dispositif vis-écrou raccordant l’axe de sortie de l’actionneur 69 à une extrémité proximale 86 de la tige 75.Actuator 69 drives rod 75 in translation along axis C by any suitable means. The kinematic chain 73 comprises for this purpose, for example, a screw-nut device connecting the output shaft of the actuator 69 to a proximal end 86 of the rod 75.
Selon un premier mode de réalisation, représenté sur les figures 1 et 2, l’orifice d’obturation 67 est ménagé dans la bride de stockage 35.According to a first embodiment, shown in Figures 1 and 2, the closure orifice 67 is formed in the storage flange 35.
Pour ce faire, la bride de stockage 35 comporte une cloison 87, fermant l’ouverture de stockage 39. L’orifice d’obturation 67 est ménagé dans la cloison 87.To do this, the storage flange 35 comprises a partition 87, closing the storage opening 39. The closing orifice 67 is formed in the partition 87.
La cloison 87 présente une faible épaisseur au regard de l’épaisseur de la bride de stockage 35. Elle s’étend sur toute la surface de l’ouverture de stockage 39.The partition 87 has a small thickness compared to the thickness of the storage flange 35. It extends over the entire surface of the storage opening 39.
Dans l’exemple représenté, elle ferme l’ouverture de stockage 39 vers la coupelle 49. En d’autres termes, la cloison 87 s’étend au niveau de la surface de la bride de stockage 35 tournée vers la coupelle 49.In the example shown, it closes the storage opening 39 towards the cup 49. In other words, the partition 87 extends at the level of the surface of the storage flange 35 facing the cup 49.
L’orifice d’obturation 67 est ménagé dans le prolongement de la tige 75 suivant l’axe C.The closing orifice 67 is made in the extension of the rod 75 along the axis C.
Le bord de l’orifice d’obturation 67 est avantageusement en portion de tore. En alternative, le bord de l’orifice d’obturation 67 est en portion de sphère.The edge of the closing orifice 67 is advantageously in the portion of a torus. Alternatively, the edge of the closing orifice 67 is in the form of a portion of a sphere.
Il est obtenu par usinage, ou frappe, ou forgeage, ou tout autre moyen.It is obtained by machining, or stamping, or forging, or any other means.
La portion de tore ou de sphère est concave vers l’échangeur de chaleur 5 et convexe vers la coupelle 49.The torus or sphere portion is concave towards the heat exchanger 5 and convex towards the cup 49.
L’organe d’obturation 71 est directement fixé à une extrémité distale 88 de la tige 75.The obturation member 71 is directly attached to a distal end 88 of the rod 75.
Il présente, vers l’orifice d’obturation 67, une surface 89 de forme tronconique. Cette surface 89 est en appui linéique contre le bord de l’orifice d’obturation 67.It presents, towards the closing orifice 67, a surface 89 of frustoconical shape. This surface 89 bears linearly against the edge of the closure orifice 67.
On entend par là que le bord de l’orifice d’obturation 67 en portion de tore et la surface 89 sont en contact sur un cercle (la portion commune entre l’orifice d’obturation 67 et la surface 89 est définie par un cercle, appelé appui linéique).This means that the edge of the closure orifice 67 in a torus portion and the surface 89 are in contact on a circle (the common portion between the closure orifice 67 and the surface 89 is defined by a circle , called line support).
En variante, le bord de l’orifice d’obturation 67 a une forme tronconique, et la surface 89 a la forme d’une portion de tore ou de sphère.As a variant, the edge of the closing orifice 67 has a frustoconical shape, and the surface 89 has the shape of a portion of a torus or of a sphere.
Selon d’autres variantes, le bord de l’orifice d’obturation 67 et la surface 89 ont tous deux des formes en portion de tore ou de sphère.According to other variants, the edge of the closing orifice 67 and the surface 89 both have shapes in the form of a torus or of a sphere.
Les angles de cônes sont typiquement compris entre 20° et 80°.The taper angles are typically between 20° and 80°.
Les portions de tore ou de sphère ont typiquement un rayon compris entre 2 et 10 millimètres.The torus or sphere portions typically have a radius of between 2 and 10 millimeters.
La surface 89 est typiquement revêtue d’une couche de plastique telle que du PTFE, du CPTFE, ou du PEEK, capable de travailler à une température de 20 K.Surface 89 is typically coated with a layer of plastic such as PTFE, CPTFE, or PEEK, capable of working at a temperature of 20 K.
Avantageusement, l’un de l’extrémité distale 88 de la tige 75 et de l’organe d’obturation 71 présente un logement en creux 90, l’autre de l’extrémité distale 88 de la tige 75 et de l’organe d’obturation 71 présentant un élément d’accrochage 91 engagé avec un jeu dans le logement en creux 90.Advantageously, one of the distal end 88 of the rod 75 and of the closure member 71 has a recessed housing 90, the other of the distal end 88 of the rod 75 and of the sealing member closure 71 having a hooking element 91 engaged with a clearance in the recessed housing 90.
Dans l’exemple représenté, le logement en creux 90 est ménagé dans l’organe d’obturation 71. L’élément d’accrochage 91 est ménagé à l’extrémité distale 88 de la tige 75.In the example shown, the recessed housing 90 is made in the closure member 71. The attachment element 91 is made at the distal end 88 of the rod 75.
Les formes respectives du logement en creux 90 et de l’organe d’accrochage 91 sont choisies pour que la tige 75 déplace axialement l’organe d’obturation 71, mais que l’organe d’obturation 71 puisse s’autocentrer dans l’orifice d’obturation 67.The respective shapes of the recessed housing 90 and of the attachment member 91 are chosen so that the rod 75 moves the shutter member 71 axially, but the shutter member 71 can center itself in the blanking hole 67.
En d’autres termes, l’organe d’obturation 71 est susceptible de pivoter légèrement par rapport à la tige 75 sous l’effet du contact avec le bord périphérique de l’orifice d’obturation 67, de manière à être centré vis-à-vis de l’orifice d’obturation 67.In other words, the closure member 71 is capable of pivoting slightly relative to the rod 75 under the effect of contact with the peripheral edge of the closure orifice 67, so as to be centered vis- opposite the closing orifice 67.
Le fonctionnement de la vanne cryogénique 65 va maintenant être brièvement décrit.The operation of the cryogenic valve 65 will now be briefly described.
Dans la position représentée sur les figures 1 et 2, la vanne cryogénique 65 obture l’orifice d’obturation 67.In the position shown in Figures 1 and 2, the cryogenic valve 65 closes the closing orifice 67.
La circulation de fluide cryogénique depuis le volume de réception 9 jusqu’à l’échangeur de chaleur 5 est interdite.The circulation of cryogenic fluid from the receiving volume 9 to the heat exchanger 5 is prohibited.
L’organe d’obturation 71 ferme l’orifice d’obturation 67. Sa surface 89 est plaquée contre le bord de l’orifice d’obturation 67.The shutter member 71 closes the shutter orifice 67. Its surface 89 is pressed against the edge of the shutter orifice 67.
La tige 75 traverse le puits 77 sur toute sa longueur. Le puits 77 est en contact direct avec le fluide caloporteur, et transmet une partie de l’énergie calorifique du fluide caloporteur circulant dans l’échangeur de chaleur 5 à la tige 75. La tige 75 est donc maintenue constamment à une température modérée.The rod 75 passes through the well 77 over its entire length. The well 77 is in direct contact with the heat transfer fluid, and transmits part of the heat energy of the heat transfer fluid circulating in the heat exchanger 5 to the rod 75. The rod 75 is therefore constantly maintained at a moderate temperature.
Notamment, la partie de la tige 75, qui est en contact avec l’atmosphère externe, à savoir l’extrémité proximale 86 de la tige 75, est constamment à une température supérieure à - 196° C. L’air, en contact avec la tige 75, ne peut donc pas être liquéfié.In particular, the part of the rod 75, which is in contact with the external atmosphere, namely the proximal end 86 of the rod 75, is constantly at a temperature above -196° C. The air, in contact with the stem 75, therefore cannot be liquefied.
Pour faire circuler le fluide cryogénique dans l’échangeur de chaleur 5, par exemple pour alimenter une pile à combustible, l’actionneur 69 déplace la tige 75 par rapport au puits 77.To circulate the cryogenic fluid in the heat exchanger 5, for example to supply a fuel cell, the actuator 69 moves the rod 75 relative to the well 77.
L’actionneur 69 fait coulisser axialement la tige 75 par rapport au puits 77, dans le sens d’un écartement de l’organe d’obturation 71 par rapport à l’orifice d’obturation 67.The actuator 69 causes the rod 75 to slide axially with respect to the well 77, in the direction of a spacing of the closure member 71 with respect to the closure orifice 67.
L’organe d’obturation 71 se soulève, dégageant ainsi l’orifice d’obturation 67. Le fluide cryogénique peut s’écouler à partir du volume de réception 9, le long du passage d’alimentation 23, jusque dans le volume interne 57 de la coupelle 49. À partir de ce volume interne 57, le fluide cryogénique s’écoule à travers l’orifice d’obturation 67, jusque dans les ouvertures de stockage 39 et d’échangeur de chaleur 41. À partir de là, il est distribué dans les tubes 33.The shutter member 71 rises, thus releasing the shutter orifice 67. The cryogenic fluid can flow from the receiving volume 9, along the supply passage 23, into the internal volume 57 of the cup 49. From this internal volume 57, the cryogenic fluid flows through the closure orifice 67, into the storage 39 and heat exchanger 41 openings. is distributed in tubes 33.
Le fluide cryogénique est réchauffé à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5, par contact thermique avec le fluide caloporteur circulant du second côté 19 de l’échangeur de chaleur 5.The cryogenic fluid is heated inside the heat exchanger 5, by thermal contact with the heat transfer fluid circulating on the second side 19 of the heat exchanger 5.
Le fluide cryogénique circule le long des tubes 33 jusqu’à la sortie de fluide 25.The cryogenic fluid circulates along the tubes 33 to the fluid outlet 25.
Le fluide caloporteur circule à l’intérieur du second côté 19 de l’échangeur de chaleur 5, depuis l’entrée de fluide caloporteur 27 jusqu’à la sortie de fluide caloporteur 29.The heat transfer fluid circulates inside the second side 19 of the heat exchanger 5, from the heat transfer fluid inlet 27 to the heat transfer fluid outlet 29.
L’étanchéité glissante 85 empêche le fluide cryogénique de remonter entre la tige 75 et le puits 77.The sliding seal 85 prevents the cryogenic fluid from rising between the stem 75 and the well 77.
Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé, en référence à la
Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.The identical elements or providing the same functions will be designated by the same references in the two embodiments.
Dans le second mode de réalisation, l’orifice d’obturation 67 est déporté le long du passage d’alimentation 23, à distance de la bride de stockage 35.In the second embodiment, the closure orifice 67 is offset along the supply passage 23, at a distance from the storage flange 35.
La bride de stockage 35 ne comporte pas la cloison 87. Ainsi, l’ouverture de stockage 39 communique directement avec le volume interne 57 de la coupelle 49.The storage flange 35 does not include the partition 87. Thus, the storage opening 39 communicates directly with the internal volume 57 of the cup 49.
Plus précisément, l’orifice d’obturation 67 est ménagé dans le conduit 59.More specifically, the closing orifice 67 is provided in the duct 59.
À cet effet, le passage d’alimentation 23 comporte un tronçon amont 93 et un tronçon aval 95 prolongeant le tronçon amont 93. Le tronçon amont 93 présente une section de passage relativement plus petite, et le tronçon aval 95 une section de passage relativement plus grande que celle du tronçon amont 93.To this end, the supply passage 23 comprises an upstream section 93 and a downstream section 95 extending the upstream section 93. The upstream section 93 has a relatively smaller passage section, and the downstream section 95 a relatively smaller passage section. larger than that of the upstream section 93.
L’orifice d’obturation 67 est formé à la jonction entre les tronçons amont et aval 93, 95. Ceux-ci sont raccordés par un épaulement 97, contre lequel l’organe d’obturation 71 vient en appui en position d’obturation de l’orifice d’obturation 67.The closure orifice 67 is formed at the junction between the upstream and downstream sections 93, 95. These are connected by a shoulder 97, against which the closure member 71 comes to bear in the closure position of the closing orifice 67.
Le tronçon aval 95 est directement raccordé à la coupelle 49.The downstream section 95 is directly connected to the cup 49.
Le tronçon aval 95 présente une section de passage sensiblement constante depuis l’orifice d’obturation 67 jusqu’à la coupelle 49. Il est rectiligne.The downstream section 95 has a substantially constant passage section from the closure orifice 67 to the cup 49. It is straight.
La chaine cinématique 73 comporte une biellette 99, raccordant la tige 75 à l’organe d’obturation 71.The kinematic chain 73 comprises a connecting rod 99, connecting the rod 75 to the shutter member 71.
Plus précisément, la chaine cinématique 73 comporte un levier pivotant 101, le levier 101 ayant un premier bras 103 coopérant avec la tige 75 et un second bras 105 coopérant avec la biellette 99.More specifically, the kinematic chain 73 comprises a pivoting lever 101, the lever 101 having a first arm 103 cooperating with the rod 75 and a second arm 105 cooperating with the link 99.
Il est pivotant par rapport à la bride de stockage 35.It is pivotable relative to the storage flange 35.
Le levier 101 est porté par la coupelle 49. Il est monté pivotant sur un support 106 solidaire du fond 51 de la coupelle 49.The lever 101 is carried by the cup 49. It is pivotally mounted on a support 106 integral with the bottom 51 of the cup 49.
Le premier bras 103 est monté par une liaison pivot ou rotule à l’extrémité distale 88 de la tige 75. Le second bras 105 est monté par une liaison pivot ou rotule à une extrémité 107 de la biellette 99. Une extrémité 108 de la biellette 99, opposée à l’extrémité 107, est montée par une liaison pivot ou rotule sur l’organe d’obturation 71.The first arm 103 is mounted by a pivot or ball joint at the distal end 88 of the rod 75. The second arm 105 is mounted by a pivot or ball joint at one end 107 of the link 99. One end 108 of the link 99, opposite the end 107, is mounted by a pivot or ball joint on the closure member 71.
Un organe élastique 109 rappelle l’organe d’obturation 71 en position d’obturation. Dans l’exemple représenté, l’organe élastique 109 est un ressort en spirale.An elastic member 109 recalls the shutter member 71 in the closed position. In the example shown, the elastic member 109 is a spiral spring.
Le fonctionnement de la vanne cryogénique 65 selon le second mode de réalisation va maintenant être brièvement décrit.The operation of the cryogenic valve 65 according to the second embodiment will now be briefly described.
Sur la
L’écoulement de fluide cryogénique à partir du volume de réception 9 le long du passage d’alimentation 23 jusqu’à l’échangeur de chaleur 5 est bloqué.The flow of cryogenic fluid from receiving volume 9 along supply passage 23 to heat exchanger 5 is blocked.
Pour faire passer l’organe d’obturation 71 à sa position de dégagement, l’actionneur 69 déplace la tige 75 axialement vers la coupelle 49. La tige 75 appuie sur le premier bras 103, ce qui tend à faire pivoter le levier 101 par rapport à la bride de stockage 35 et à la coupelle 49. Le pivotement du levier 101 entraine la biellette 99 vers l’intérieur de la coupelle 49.To move the shutter member 71 to its release position, the actuator 69 moves the rod 75 axially towards the cup 49. The rod 75 presses on the first arm 103, which tends to cause the lever 101 to pivot by relative to the storage flange 35 and to the cup 49. The pivoting of the lever 101 drives the rod 99 towards the inside of the cup 49.
Ce mouvement tend à soulever l’organe d’obturation 71, et à le faire passer à sa position de dégagement, à l’encontre de la force de rappel de l’organe élastique 109.This movement tends to lift the closure member 71, and to move it to its disengaged position, against the restoring force of the elastic member 109.
Le fluide cryogénique peut alors circuler le long du passage d’alimentation 23 jusque dans le volume interne 57 de la coupelle 49, puis de là dans les ouvertures de stockage 39 et d’échangeur de chaleur 41 et dans le premier côté 17 de l’échangeur de chaleur 5.The cryogenic fluid can then flow along the supply passage 23 into the internal volume 57 of the cup 49, then from there into the storage 39 and heat exchanger 41 openings and into the first side 17 of the heat exchanger 5.
Un troisième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la
Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.The identical elements or providing the same functions will be designated by the same references in the two embodiments.
Dans le troisième mode de réalisation, le tronçon amont 93 du passage d’alimentation 23 présente une section plus grande que le tronçon aval 95 du passage d’alimentation 23.In the third embodiment, the upstream section 93 of the supply passage 23 has a larger section than the downstream section 95 of the supply passage 23.
Par ailleurs, le tronçon aval 95 présente une forme complexe, non rectiligne.Furthermore, the downstream section 95 has a complex, non-rectilinear shape.
Le tronçon amont 93 présente une portion principale 110 de relativement plus grande section, et une portion terminale 111 de relativement plus petite section raccordant la portion principale 110 au tronçon aval 95. L’orifice d’obturation 67 est défini par la jonction entre la portion principale 110 et la portion terminale 111. Cette jonction forme un épaulement 112, contre lequel l’organe d’obturation 71 vient en appui en position d’obturation.The upstream section 93 has a main portion 110 of relatively larger section, and an end portion 111 of relatively smaller section connecting the main portion 110 to the downstream section 95. The closure orifice 67 is defined by the junction between the portion main 110 and the end portion 111. This junction forms a shoulder 112, against which the closure member 71 comes to bear in the closed position.
La biellette 99 est remplacée par un fil 113 dont une extrémité est fixée au second bras 105, et l’autre extrémité à l’organe d’obturation 71.The link 99 is replaced by a wire 113, one end of which is fixed to the second arm 105, and the other end to the shutter member 71.
La portion terminale 111 présente une section de passage plus grande que celle du tronçon aval 95. Un autre épaulement 114 raccorde donc la portion terminale 111 au tronçon aval 95.The terminal portion 111 has a larger passage section than that of the downstream section 95. Another shoulder 114 therefore connects the terminal portion 111 to the downstream section 95.
L’organe élastique 109 est un ressort hélicoïdal, en appui d’un côté sur l’épaulement 114 et de l’autre côté sur l’organe d’obturation 71.The elastic member 109 is a helical spring, resting on one side on the shoulder 114 and on the other side on the closure member 71.
Le fonctionnement de la vanne cryogénique 65 va brièvement être décrit.The operation of the cryogenic valve 65 will be briefly described.
Sur la
L’organe d’obturation 71 est sollicité dans sa position de dégagement par l’organe élastique 109.The closure member 71 is urged into its release position by the elastic member 109.
Pour faire passer l’organe d’obturation 75 dans sa position d’obturation, l’actionneur 69 déplace la tige 75 en translation par rapport au puits 77. Il déplace la tige 75 vers le fond 51 de la coupelle 49. L’extrémité distale 88 de la tige 75 appuie sur le premier bras 103 du levier 101. Ceci a pour effet de faire pivoter le levier 101. Le second bras 105, du fait de ce mouvement de pivotement, tire sur le fil 113, et déplace celui-ci vers l’intérieur de la coupelle 49. Ce déplacement entraine l’organe d’obturation 71 jusqu’à sa position d’obturation. Ce mouvement est effectué à l’encontre de la force de rappel de l’organe élastique 109.To move the closure member 75 into its closure position, the actuator 69 moves the rod 75 in translation relative to the well 77. It moves the rod 75 towards the bottom 51 of the cup 49. The end distal end 88 of rod 75 presses on first arm 103 of lever 101. This has the effect of causing lever 101 to pivot. ci towards the inside of the cup 49. This movement causes the shutter member 71 to its closed position. This movement is performed against the restoring force of the elastic member 109.
L’écoulement du fluide cryogénique le long du passage d’alimentation 23 est alors interrompu.The flow of cryogenic fluid along the supply passage 23 is then interrupted.
Un quatrième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la
Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.The identical elements or providing the same function in the two embodiments will be designated by the same references.
Dans le quatrième mode de réalisation, le fil 113 est directement raccordé à l’extrémité distale 88 de la tige 75. Le levier 101 est supprimé.In the fourth embodiment, the wire 113 is directly connected to the distal end 88 of the rod 75. The lever 101 is eliminated.
En revanche, le puits 77 comporte un prolongement 115, au-delà de la plaque trouée 43.On the other hand, the well 77 has an extension 115, beyond the perforated plate 43.
Le prolongement 115 est logé pour partie dans l’ouverture de stockage 39 et pour partie dans le volume interne 57 de la coupelle 49.The extension 115 is housed partly in the storage opening 39 and partly in the internal volume 57 of the cup 49.
Le prolongement 115 est coudé, il comporte une première partie 117, s’étendant axialement selon l’axe C au-delà de la plaque trouée 43, dans l’ouverture de stockage 39. La première partie 117 est prolongée par un coude 119, celui-ci étant encore prolongé par une partie terminale 121. La partie terminale 121 s’étend suivant une direction sensiblement perpendiculaire à la première partie 117. La partie terminale 121 pointe vers un orifice 123, par lequel le tronçon aval 95 débouche dans le volume interne 57 de la coupelle 49.The extension 115 is bent, it comprises a first part 117, extending axially along the axis C beyond the perforated plate 43, in the storage opening 39. The first part 117 is extended by an elbow 119, the latter being further extended by an end part 121. The end part 121 extends in a direction substantially perpendicular to the first part 117. The end part 121 points towards an orifice 123, through which the downstream section 95 opens into the volume internal 57 of the cup 49.
Le prolongement 115 guide ainsi le fil 113 dans son déplacement sous l’effet du coulissement de la tige 75 à l’intérieur du puits 77.The extension 115 thus guides the wire 113 in its movement under the effect of the sliding of the rod 75 inside the well 77.
Le fonctionnement de la vanne cryogénique 65 est semblable à celui du troisième mode de réalisation, à la différence près que le mouvement de la tige 75 est transmis à l’organe d’obturation 71 directement par le fil 113.The operation of the cryogenic valve 65 is similar to that of the third embodiment, with the difference that the movement of the rod 75 is transmitted to the shutter member 71 directly by the wire 113.
Il est à noter que, quel que soit le mode de réalisation envisagé, la partie aval de chaine cinématique 73, c’est-à-dire la partie raccordant la tige 75 à l’organe d’obturation 71, est entièrement logée dans le passage d’alimentation 23. Ainsi, aucun des organes de cette partie aval n’est situé dans l’espace intermédiaire 13, maintenu sous un vide poussé.It should be noted that, whatever the embodiment envisaged, the downstream part of the kinematic chain 73, that is to say the part connecting the rod 75 to the closure member 71, is entirely housed in the supply passage 23. Thus, none of the organs of this downstream part is located in the intermediate space 13, maintained under a high vacuum.
Selon une variante de réalisation représentée sur les figures 3 à 5 mais applicable à tous les modes de réalisation, un conduit 125 de circulation du fluide caloporteur est ménagé dans les brides de stockage et d’échangeur de chaleur 35, 37. Ceci permet de réchauffer les brides, notamment la bride de stockage qui est en contact direct avec le fluide cryogénique. Ce conduit est par exemple constitué de deux gorges 127, 129 creusées dans les faces des brides de stockage et d’échangeur de chaleur 35, 37 en contact l’une avec l’autre.According to a variant embodiment represented in FIGS. 3 to 5 but applicable to all the embodiments, a conduit 125 for the circulation of the coolant fluid is provided in the storage and heat exchanger flanges 35, 37. This makes it possible to heat the flanges, in particular the storage flange which is in direct contact with the cryogenic fluid. This duct is for example made up of two grooves 127, 129 dug in the faces of the storage and heat exchanger flanges 35, 37 in contact with each other.
Le conduit de circulation du fluide caloporteur 125 est alimenté par une dérivation du circuit de fluide caloporteur.The heat transfer fluid circulation duct 125 is supplied by a bypass of the heat transfer fluid circuit.
Un cinquième mode de la réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la
Dans le cinquième mode de réalisation, le réservoir externe 11 présente une zone en creux 131. Un capot 133 est rapporté de manière étanche sur le bord périphérique de la zone en creux 131, le capot 133 et la zone en creux 131 constituant ensemble l’enveloppe 31 de l’échangeur de chaleur 5.In the fifth embodiment, the outer reservoir 11 has a recessed area 131. A cover 133 is attached in a sealed manner to the peripheral edge of the recessed area 131, the cover 133 and the recessed area 131 together constituting the shell 31 of heat exchanger 5.
Le capot 133 est démontable.The cover 133 is removable.
L’échangeur de chaleur 5 comporte par ailleurs un bol amont 135, placé à l’intérieur de l’enveloppe 31, et constituant le collecteur d’entrée distribuant le fluide cryogénique dans les tubes 33. Le bol amont 135 est fermé par un couvercle 137.The heat exchanger 5 also comprises an upstream bowl 135, placed inside the casing 31, and constituting the inlet manifold distributing the cryogenic fluid in the tubes 33. The upstream bowl 135 is closed by a cover 137.
L’échangeur de chaleur 5 comporte encore un bol aval 139, constituant un collecteur de sortie pour le fluide cryogénique. Le bol aval 139 est fermé par une zone du capot 133 dans laquelle est ménagée la sortie de fluide caloporteur 29.The heat exchanger 5 also includes a downstream bowl 139, constituting an outlet manifold for the cryogenic fluid. The downstream bowl 139 is closed by a zone of the cover 133 in which the heat transfer fluid outlet 29 is arranged.
Les extrémités amont des tubes 33 de circulation du fluide cryogénique débouchent à l’intérieur du bol amont 135. Elles sont par exemple rigidement fixées dans des orifices ménagés dans le bol amont 135.The upstream ends of the cryogenic fluid circulation tubes 33 open inside the upstream bowl 135. They are for example rigidly fixed in orifices made in the upstream bowl 135.
Les extrémités aval des tubes 33 de circulation du fluide cryogénique débouchent dans le bol aval 139. Par exemple, elles sont rigidement fixées dans des orifices ménagés dans le bol aval 139.The downstream ends of the cryogenic fluid circulation tubes 33 open into the downstream bowl 139. For example, they are rigidly fixed in orifices provided in the downstream bowl 139.
Le fond du bol amont 135 est posé sur le réservoir externe 11, et plus précisément sur le fond de la zone en creux 131.The bottom of the upstream bowl 135 is placed on the outer reservoir 11, and more precisely on the bottom of the recessed zone 131.
Des orifices respectifs sont ménagés dans le fond du bol amont 135 et dans le réservoir externe 11, et sont placés en coïncidence. Ces orifices constituent l’entrée de fluide cryogénique 21. L’extrémité du passage d’alimentation en fluide cryogénique 23 est engagée à travers ces orifices.Respective orifices are made in the bottom of the upstream bowl 135 and in the outer tank 11, and are placed in coincidence. These orifices constitute the cryogenic fluid inlet 21. The end of the cryogenic fluid supply passage 23 is engaged through these orifices.
La vanne cryogénique 65 comporte un siège 141, posé sur le fond 140 du bol amont.The cryogenic valve 65 comprises a seat 141, placed on the bottom 140 of the upstream bowl.
Dans l’exemple représenté, ce siège 141 se présente sous la forme d’une plaque circulaire.In the example shown, this seat 141 is in the form of a circular plate.
Des vis 143 solidarisent le siège 141 et le fond 140 au réservoir externe 11.Screws 143 secure the seat 141 and the bottom 140 to the external tank 11.
L’orifice d’obturation 67 est ménagé dans le siège 141, et est placé en coïncidence avec l’entrée de fluide cryogénique 21.The closing orifice 67 is provided in the seat 141, and is placed in coincidence with the cryogenic fluid inlet 21.
Dans ce cinquième mode de réalisation, l’échangeur de chaleur 5 ne comporte pas de puits 77.In this fifth embodiment, the heat exchanger 5 does not include a well 77.
La tige 75 traverse le capot 133, et traverse également le couvercle 137.Rod 75 crosses cover 133, and also crosses cover 137.
L’organe d’obturation 71 est fixé à l’extrémité distale 88 de la tige 75, cette extrémité distale 88 et l’organe d’obturation 71 étant logés à l’intérieur du bol amont 135.The obturation member 71 is fixed to the distal end 88 of the rod 75, this distal end 88 and the obturation member 71 being housed inside the upstream bowl 135.
L’extrémité proximale 86 de la tige 75 est située en dehors de l’enveloppe 31 de l’échangeur de chaleur 5.The proximal end 86 of the rod 75 is located outside the casing 31 of the heat exchanger 5.
Un levier 145 est rigidement fixé à l’extrémité proximale 86 de la tige 75, ce levier 145 étant déplacé par l’actionneur 69 par l’intermédiaire d’une came 147.A lever 145 is rigidly fixed to the proximal end 86 of the rod 75, this lever 145 being moved by the actuator 69 via a cam 147.
Des moyens d’étanchéité glissante (non représentés) assurent une étanchéité vis-à-vis du fluide cryogénique et du fluide caloporteur au niveau du passage de la tige 75 à travers le capot 133 et à travers le couvercle 137.Sliding sealing means (not shown) provide sealing vis-à-vis the cryogenic fluid and the heat transfer fluid at the level of the passage of the rod 75 through the cover 133 and through the lid 137.
Le bol amont 135, le bol aval 139 et les tubes 33 sont immergés dans le fluide caloporteur.The upstream bowl 135, the downstream bowl 139 and the tubes 33 are immersed in the heat transfer fluid.
Notamment, une couche de fluide caloporteur sépare le couvercle 137 du capot 133.In particular, a layer of heat transfer fluid separates cover 137 from cowl 133.
Une partie intermédiaire de la tige 75 est directement en contact avec le fluide caloporteur circulant à l’intérieur de l’enveloppe 31.An intermediate part of the rod 75 is directly in contact with the heat transfer fluid circulating inside the casing 31.
L’échangeur de chaleur 5 comporte encore des résistances électriques 147, agencées de manière à chauffer en cas de besoin le couvercle 137 et/ou les tubes 33.The heat exchanger 5 also includes electrical resistors 147, arranged so as to heat the cover 137 and/or the tubes 33 if necessary.
Avec un tel agencement, le capot 133 n’est jamais en contact direct avec le fluide cryogénique à très basse température, de telle sorte que le risque de liquéfaction de l’air au contact du capot 133 est nul.With such an arrangement, the cover 133 is never in direct contact with the cryogenic fluid at very low temperature, so that the risk of liquefaction of the air in contact with the cover 133 is zero.
Un sixième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la
Dans le sixième mode de réalisation, le bol amont 135 n’est pas intégré à l’intérieur de l’enveloppe 31 de l’échangeur de chaleur 5.In the sixth embodiment, the upstream bowl 135 is not integrated inside the casing 31 of the heat exchanger 5.
Au contraire, le bol amont 135 est logé dans l’espace intermédiaire 13, c’est à dire entre le réservoir interne 3 et le réservoir externe 11.On the contrary, the upstream bowl 135 is housed in the intermediate space 13, that is to say between the internal tank 3 and the external tank 11.
L’échangeur de chaleur 5 est agencé comme sur les figures 1 à 5, ou comme sur la
Le bol amont 135 dans ce cas présente une collerette sortante 149 rapportée de manière étanche sur la surface interne du réservoir externe 11. Un bol de fluide caloporteur 151 est rapporté sur la surface externe du réservoir externe 11. Le volume interne du bol de fluide caloporteur 151 est séparé du volume interne du bol amont 135 par une zone 153 du réservoir externe 11.The upstream bowl 135 in this case has an outgoing flange 149 attached in a sealed manner to the internal surface of the external reservoir 11. A bowl of heat-transfer fluid 151 is attached to the external surface of the external reservoir 11. The internal volume of the heat-transfer fluid bowl 151 is separated from the internal volume of the upstream bowl 135 by a zone 153 of the external tank 11.
Le bol de fluide caloporteur 151 présente une entrée de fluide caloporteur 155 et une sortie de fluide caloporteur 157, typiquement raccordé en dérivation sur le circuit de fluide caloporteur non représenté.The bowl of heat transfer fluid 151 has a heat transfer fluid inlet 155 and a heat transfer fluid outlet 157, typically connected in parallel to the heat transfer fluid circuit, not shown.
La tige 75 traverse la zone 153 et traverse également un fond supérieur 159 du bol de fluide caloporteur 151.The rod 75 crosses the zone 153 and also crosses an upper bottom 159 of the heat transfer fluid bowl 151.
Le volume interne du bol amont 135 communique avec un conduit d’évacuation de fluide cryogénique 161. Dans l’exemple représenté, une extrémité du conduit 161 d’évacuation de fluide cryogénique est rigidement fixée dans un orifice 163 ménagé dans la zone 153. Le conduit 161 d’évacuation de fluide cryogénique traverse le volume interne du bol de fluide caloporteur 151 et passe à travers le fond supérieur 159. Il est ensuite raccordé à l’entrée de fluide cryogénique 21 de l’échangeur de chaleur 5.The internal volume of the upstream bowl 135 communicates with a cryogenic fluid evacuation conduit 161. In the example shown, one end of the cryogenic fluid evacuation conduit 161 is rigidly fixed in an orifice 163 provided in the zone 153. The conduit 161 for discharging cryogenic fluid passes through the internal volume of bowl of heat transfer fluid 151 and passes through upper bottom 159. It is then connected to cryogenic fluid inlet 21 of heat exchanger 5.
La tige 75 présente une partie centrale 165 s’étendant à l’intérieur du bol de fluide caloporteur 151, et une partie d’extrémité distale 167 s‘étendant à l’intérieur du bol amont 135 et portant l’organe d’obturation 71.The rod 75 has a central part 165 extending inside the heat transfer fluid bowl 151, and a distal end part 167 extending inside the upstream bowl 135 and carrying the closure member 71 .
Avantageusement, au moins la partie centrale 165 et la partie d’extrémité distale 167 de la tige 75 sont en un métal ou en un alliage présentant une forte conductivité thermique. Par exemple, ces parties de la tige 75 sont en cuivre, en aluminium, en un alliage de cuivre ou d’aluminium, ou en tout autre métal ou alliage ayant une conductivité supérieure à 180 W/m.K.Advantageously, at least the central part 165 and the distal end part 167 of the rod 75 are made of a metal or an alloy having a high thermal conductivity. For example, these parts of the rod 75 are made of copper, aluminum, a copper or aluminum alloy, or any other metal or alloy having a conductivity greater than 180 W/m.K.
La partie d’extrémité distale 167 de la tige 75 est revêtue d’une couche d’un matériau isolant 169. De préférence, l’organe d’obturation 71 est lui aussi recouvert de la couche de matériau isolant 169. Ce matériau isolant présente une conductivité thermique faible, très inférieure à 180 W/m.K.The distal end portion 167 of the rod 75 is coated with a layer of an insulating material 169. Preferably, the closure member 71 is also covered with the layer of insulating material 169. This insulating material has low thermal conductivity, much lower than 180 W/m.K.
Par exemple, ce matériau isolant est une matière plastique, déposée sur le métal ou l’alliage précité, et adapté pour travailler à des températures cryogéniques proche de 20 K.For example, this insulating material is a plastic material, deposited on the aforementioned metal or alloy, and suitable for working at cryogenic temperatures close to 20 K.
La fonction de la couche de matériau isolant 169 est d’isoler la partie d’extrémité distale 167 de la tige 75, qui est en contact avec le fluide cryogénique.The function of the layer of insulating material 169 is to insulate the distal end portion 167 of the stem 75, which is in contact with the cryogenic fluid.
Ainsi, la tige 75 est conçue pour prélever autant d’énergie thermique que possible à l’intérieur du bol de fluide caloporteur 151, et pour la conduire vers l’organe d’obturation 71, qui est en contact avec le siège 141 de la vanne cryogénique 65 quand la vanne cryogénique 65 est en position d’obturation.Thus, the rod 75 is designed to take as much thermal energy as possible inside the bowl of heat transfer fluid 151, and to conduct it towards the closure member 71, which is in contact with the seat 141 of the cryogenic valve 65 when the cryogenic valve 65 is in the closed position.
Ceci permet de réchauffer la zone de la couche de matériau isolant169 qui est plaquée contre le siège 141 de la vanne cryogénique 65, ce qui rend cette couche de matériau isolant plus déformable. La couche de matériau isolant 169 procure ainsi une étanchéité plus élevée, ou permet d’atteindre le même niveau d’étanchéité mais avec une pression plus faible appliquée par l’actionneur 69.This makes it possible to heat the zone of the layer of insulating material 169 which is pressed against the seat 141 of the cryogenic valve 65, which makes this layer of insulating material more deformable. The layer of insulating material 169 thus provides a higher seal, or makes it possible to achieve the same level of seal but with a lower pressure applied by the actuator 69.
Selon la variante de réalisation représentée sur la
En variante, la couche de matériau isolant 169 n’est pas en contact avec les moyens d’étanchéité glissante. Dans ce cas, la couche de matériau isolant 169 n’est pas choisie de manière à présenter une haute résistance à l’usure au frottement. Elle est choisi uniquement sur la base de ses qualités d’isolation thermique.Alternatively, the layer of insulating material 169 is not in contact with the sliding sealing means. In this case, the layer of insulating material 169 is not chosen so as to have a high resistance to frictional wear. It is chosen solely on the basis of its thermal insulation qualities.
L’ensemble 1 qui vient d’être décrit présente de multiples avantages.Set 1 which has just been described has multiple advantages.
Du fait que la chaine cinématique comporte une tige mobile traversant l’enveloppe de l’échangeur de chaleur, ladite tige mobile est réchauffée directement par le fluide caloporteur circulant dans l’enveloppe de l’échangeur de chaleur. Le chauffage de la vanne cryogénique est alors effectué de manière très simple. La vanne cryogénique est extrêmement compacte.Because the kinematic chain comprises a movable rod passing through the casing of the heat exchanger, said movable rod is heated directly by the heat transfer fluid circulating in the casing of the heat exchanger. The heating of the cryogenic valve is then carried out in a very simple manner. The cryogenic valve is extremely compact.
Du fait que l’échangeur de chaleur comporte un puits traversant l’enveloppe, la tige étant engagée dans ce puits et se déplaçant à l’intérieur de ce puits, l’agencement de la tige à travers l’enveloppe de l’échangeur est réalisé de manière très simple. Il n’est pas nécessaire de prévoir des dispositifs d’étanchéité complexes pour le passage de la tige à travers l’enveloppe de l’échangeur. L’étanchéité est réalisée entre les extrémités du puits et l’enveloppe de l’échangeur de chaleur, qui sont des pièces statiques.Because the heat exchanger comprises a well passing through the casing, the rod being engaged in this well and moving inside this well, the arrangement of the rod through the casing of the exchanger is done very simply. It is not necessary to provide complex sealing devices for the passage of the rod through the shell of the exchanger. The seal is made between the ends of the shaft and the heat exchanger casing, which are static parts.
Du fait que la partie avale de la chaine cinématique est entièrement logée dans le passage d’alimentation, aucune partie de la vanne cryogénique n’est en contact avec la zone sous vide poussé du stockage. Ceci est favorable pour des raisons d’étanchéité, pour l’assemblage de la vanne cryogénique, et pour favoriser les échanges thermiques.Because the downstream part of the kinematic chain is entirely housed in the supply passage, no part of the cryogenic valve is in contact with the high vacuum zone of the repository. This is favorable for sealing reasons, for the assembly of the cryogenic valve, and to promote heat exchange.
Du fait de la conception de la vanne cryogénique, aucun élément en contact avec l’air ambiant n’est susceptible d’être à une température inférieure à - 196 °C. Tous les éléments en contact avec le gaz cryogénique à très basse température sont isolés de l’air extérieur par des organes réchauffés par le fluide caloporteur (bride d’échangeur, tige de la chaine cinématique, enveloppe de l’échangeur de chaleur).Due to the design of the cryogenic valve, no element in contact with the ambient air is likely to be at a temperature lower than -196°C. All the elements in contact with the cryogenic gas at very low temperature are isolated from the outside air by components heated by the heat transfer fluid (exchanger flange, driveline rod, heat exchanger casing).
Ménager l’orifice d’obturation dans la bride de stockage permet d’obtenir une conception particulièrement simple et compacte.Providing the blanking hole in the storage flange makes it possible to obtain a particularly simple and compact design.
Déporter l’orifice d’obturation le long du passage d’alimentation loin de la bride de stockage permet de garantir que les brides seront maintenues à plus faible température quand la vanne cryogénique est fermée.Offsetting the blanking port along the supply passage away from the storage flange ensures that the flanges will be maintained at a lower temperature when the cryogenic valve is closed.
Dans ce cas, entrainer l’organe d’obturation via un fil ou une biellette est particulièrement commode et adapté, compte tenu de la géométrie de l’échangeur de chaleur et des températures de travail.In this case, driving the shutter member via a wire or a connecting rod is particularly convenient and suitable, given the geometry of the heat exchanger and the working temperatures.
L’utilisation d’un levier permet un renvoi du mouvement à 90° de manière commode et compacte.The use of a lever allows a return of the movement to 90° in a convenient and compact way.
L’utilisation d’une coupelle fixée à la bride de stockage permet de loger de manière commode une partie de la chaine cinématique, et de l’isoler de l’espace maintenu sous un vide poussé.The use of a cup fixed to the storage flange makes it possible to conveniently accommodate part of the kinematic chain, and to isolate it from the space maintained under a high vacuum.
L’ensemble 1 peut présenter de multiples variantes.Set 1 can have multiple variations.
L’échangeur de chaleur n’est pas nécessairement un échangeur à tubes et calandre, et peut être de tout autre type adapté.The heat exchanger is not necessarily a shell and tube exchanger, and may be of any other suitable type.
La vanne cryogénique n’est pas nécessairement réchauffée en prévoyant que la tige mobile de la chaine cinématique traverse l’enveloppe de l’échangeur. La tige mobile pourrait être placée en dehors de l’échangeur de chaleur, et refroidie par une circulation de fluide caloporteur dans une double enveloppe dédiée à la tige.The cryogenic valve is not necessarily heated by providing that the movable rod of the kinematic chain crosses the envelope of the exchanger. The mobile rod could be placed outside the heat exchanger, and cooled by a circulation of heat transfer fluid in a double envelope dedicated to the rod.
La vanne cryogénique pourrait comporter un organe d’entrainement autre qu’une tige, refroidie par passage à travers l’échangeur de chaleur, ou par une double enveloppe de circulation du fluide caloporteur. Cet organe d’entraînement est par exemple un levier pivotant.The cryogenic valve could comprise a drive member other than a rod, cooled by passage through the heat exchanger, or by a double jacket for the circulation of the coolant fluid. This drive member is for example a pivoting lever.
La tige pourrait ne pas être logée dans un puits traversant l’enveloppe de l’échangeur de chaleur. En variante, la tige est directement en contact avec le fluide caloporteur à l’intérieur de l’enveloppe. Elle traverse l’enveloppe de l’échangeur de chaleur à ses deux extrémités, une étanchéité glissante avec l’enveloppe de l’échangeur de chaleur étant prévue aux deux extrémités.The rod may not be housed in a well passing through the heat exchanger shell. Alternatively, the rod is directly in contact with the heat transfer fluid inside the casing. It passes through the heat exchanger shell at both ends, a sliding seal with the heat exchanger shell being provided at both ends.
Claims (10)
- une unité de stockage (3) de fluide cryogénique, avec un réservoir interne (7) délimitant intérieurement un volume (9) de réception de fluide cryogénique ;
- un échangeur de chaleur (5), avec un premier côté (17) de circulation du fluide cryogénique et un second côté (19) de circulation d’un fluide caloporteur, le premier côté (17) ayant une entrée (21) de fluide cryogénique raccordée fluidiquement au réservoir interne (7) par un passage (23) d’alimentation en fluide cryogénique ;
- une vanne cryogénique (65), obturant ou dégageant sélectivement un orifice d’obturation (67) intercalé le long du passage d’alimentation (23) de manière à respectivement interdire ou autoriser une circulation de fluide cryogénique le long du passage d’alimentation (23) ;
la vanne cryogénique (65) étant réchauffée par le fluide caloporteur.Set (1) including:
- a cryogenic fluid storage unit (3), with an internal reservoir (7) internally delimiting a volume (9) for receiving cryogenic fluid;
- a heat exchanger (5), with a first side (17) for circulating the cryogenic fluid and a second side (19) for circulating a heat transfer fluid, the first side (17) having a fluid inlet (21) cryogenic fluidically connected to the internal tank (7) by a cryogenic fluid supply passage (23);
- a cryogenic valve (65), blocking or releasing selectively a blocking orifice (67) inserted along the supply passage (23) so as to respectively prohibit or authorize circulation of cryogenic fluid along the supply passage (23);
the cryogenic valve (65) being heated by the heat transfer fluid.
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