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La présente invention concerne essentiellement un dispo-
sitif pour injecter, sous pression réglable, une quantité détermi-
née d'un fluide cryogénique emmagasiné dans un réservoir de stoc-
kage.
Certaines applications des fluides cryogéniques, en par-
ticulier l'utilisation, en métallurgie, de gaz inertes liquéfiés
pour la protection des bains et jets de métal, la purge des moules
et leur maintien en atmosphère inerte, la fabrication de pièces
formées de plusieurs métaux, la coulée en série de pièces etc....
exigent que ledit fluide soit délivré au poste d'utilisation, situ~
généralement à l'air libre, en une quantité dosée avec préci~ion
pendcmt un intervalle de temps déterminé et de facon automatique.
Le dispositif .selon l'invention permet de délivrer les
fluides cryogéniques dans de telles conditions, et comporte, à cet
effet, une ca~acité de retenue de la phase liquide alimentée par
le réservoir de stockage par l'intermédiaire d'une vanne d'alimen-
tation , un système de commande de la vanne d'alimentation précité~
sensible au niveau du liquide dans la capacité, un organe de dosag~
au moins alimenté en liquide de la capacité de retenue par l'inter-
médiaire d'une vanne de remplissage, ledit organe étant prévu pourrecevoir une quantité déterminée dudit liquide et ~tant muni d'une
vanne d'évacuation, des moyens pour l'évacuation forcée de ladite
quantité dosée de liquide hors dudit organe de dosage, des moyens
distributeurs de liquide reliés à ladite vanne d'évacuation et un
système de commande de remplissage dudit organe de dosage et de sa
vidange, ledit système de commande étant sensible à la position
desdits moyens distributeurs.
On voit que le dispositif selon l'invention permet, grâce
aux divers moyens qui le composent, de réaliser l'injection d'un
volume déterminé de fluide cryogénique, ceci d'une façon séquentiel
le et automatique. On peut, grace à ce dispositif, maintenir de
façon permanente une couche protectrice de gaz inerte
~ . ~
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liquéfié sur un bain de métal en y déversarlt la phase liquide du-
dit ga~ et en réglant la di~tribution de cette phase liquide de
facon à compenser son évaporation. On peut également verser,
dans un moule de volume donné, une quantité de gaz liquéfié né-
cessaire à assurer son inertage, préalablement à la coulée ou
éventuellement simultanément à cette coulée. Le dispositif per-
met enfin de délivrer des quantités constantes de gaz liquéfié
à des intervalles réguliers ce qui est le cas du moulage de piè-
ces de fonderie dans des coquilles métalliques sur carroussel de
coulée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la ca-
pacit~ de retenue précitée comporte un récipient calorifugé muni,
à sa partie supérieure, d'un séparateur de phase relié au réser-
voir par une canalisation d'amenée de fluide cryogénique e-t à
l'atmosphère par un évent, la vanne d'alimentation étant consti-
tuée par une électro-vanne mont~e dans ladite canalisation.
Le récipient permet ainsi l'emmagasinage temporaire,
sous pre9sion atmosphérique, de la phase liquide du fluide cryo-
génique, cette phase étant pratiquement exempte de turbulence.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le
dispositif de commande précité comporte un circuit électrique ou
électronique d'alimentation de l'électro-vanne précitée, ledit
circuit étant muni de sondes de niveau réglable, situées à l'in-
térieur du récipient précité.
Un tel dispositif de commande permet de maintenir le
liquide cryogénique dans le récipient à un niveau choisi.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention,
l'organe de dosage précité comporte au moins un élément tubulaire
vertical immergé, au moins en partie, dans le liquide contenu
dans le récipient, cet élément étant muni d'une tubulure d'admis-
sion débouchant dans la masse dudit liquide et comportant une
vanne de remplissage
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l'élément tubulaire rec,oit ainsi une quantité de liqui-
de cryoyénique qui est fonction du niveau dudit liquide dans le
r~cipient.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description qui va sulvre.
Le dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple
non limitatif, montre, de façon schématique, un mode de réalisa-
tion préférentiel du dispositif selon l'invention.
Selon ce mode de réalisation, le dispositif destiné à
distribuer la phase liquide d'un fluide cryogénique stocké sous
pression dans un réservoir designé par 1, comporte essentielle-
ment une capacité de reten~ 10 de la phase liquide, un système
- de commande 20,de l'alimentation de ladite capacité en phase li-
quide, un organe de dosage 30, des moyens d'évacuation 40 et des
moyens distributeurs 50 de ladite phase liquide et un système de
commande 60 dudit organe de dosage.
La capacité de retenue 10 comporte essentiellement un
récipient 11 dont les parois sont calorifugées et qui est muni,
à sa partie supérieure, d'un séparateur de phase 12 constitué
par une substance divisée telle que de la paille de fer ou de
cuivre. Le séparateur 12 communique, par une canalisation 13
munie d'une électro-vanne 14 fonctionnant par tout ou rien, avec
le réservoir 1 de stockage du fluide cryogénique qui est, par
~; exemple, de l'azote liquéfié. Le fluide cryogénique, amené par
la canalisation 13, se divise, dans le séparateur 12, en une pha-
se liquide qui s'écoule, par l'intermédiaire d'un conduit 15, à
l'intérieur du récipient 11 et en une phase vapeur qui s'évacue
à l'air libre par un évent 16.
e système de cornmande 20 de l'alimentation de la ca-
pacité 10 en fluide cryogénique comporte un circuit électrique
ou électronique de type connu 21 qui fournit un courant électri-
que à l'~lectro-aimant 23 de l'électro vanne 14 en fonction des
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informations qui lui sont fournies par des moyens de détection du
ni.veau du liquide cryogénique dans le récipient 11. Ces moyens
de.détection sont constitués par deux sondes 22a et 22b, qui sont,
par exemple, des sondes à résistance ou à tension de vapeur, logéec
à l'intérieur du récipient à deux hauteurs différentes. Les son-
des 22a et 22b sont en outre prévues de façon à pouvoir atre ré-
glées en hauteur.
L'organe de dosage 30 comporte essentiellement au moins
un élément tubulaire 31, de section circulaire disposé verticale-
ment à l'intérieur du récipient 11 et immergé dans le li~ui.de con-
tenu dans ledit récipient. Cet élément tubulaire 31, de diamètre
D et de longueur L, communique, à sa partie inférieure, avec une
tubulure de remplissage 32 qui débouche dans la phase liquide et
est munie d'une électro-vanne de remplis~age 33. L'élément 31
comporte en outre, à son extrémité inférieure, une électro-vanne
d'évacuation 34 et communique, à sa partie supérieure, avec des
moyens d'évacuation forcée 40.
. Les moyens 40, prévus pour l'évacuation forcée, par la
vanne 34, du liquide contenu dans l'élément tubulaire 31, compor-
te une source 41 de gaz propulseur sous p~ession, constituée de
préférence par un gaz inerte tel que l'azote et qui communique,
par une canalisation 42, avec la partie supérieure de l'élément
tubulaire 31. Sur la canalisation 42 sont montés successivement,
dans le sens d'écoulement du gaz propulseur, un détendeur de
pression 43, une électro-vanne d'injection 44 fonctionnant par
~; tout ou rien et un conduit 45 muni d'une électro-vanne de purge
46 communiquant avec l'atmosphère ambiante.
~ es moyens distributeurs 50 sont constitués par une
pluralité de tubulures calorifugées souples 51 raccordées chacune,
par l'une de leurs extrémités, à l'électro-vanne d'évacuation 34
de l'élément tubulaire 31~ Ces tubulures sont munies chacune, à
leur extrémité libre, d'un organe dispenseur de liquide 53
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constitué, dans le cas représenté, par un bec verseur. Les tubu-
lures 51 sont reliées à un mécanisme de manoeuvre 54. Ce mécanis-
me peut être constitué par exemple, par un vérin mobile verticale-
ment selon deux directions opposées, comme représenté par la flè-
che double F, et muni d'un doigt 55, servant à l'actionnement de
contacts électriques.
Le système 60 prévu pour commander le remplissage et la
vidange forcée de l'élement tubulaire 31, comporte essentielle-
ment un circuit électrique ou électronique de type connu 61 muni
de contacteurs 62a et 62b actionnés par le doigt 55 du mécanisme
de manoeuvre 54. Le système 60 est prévu pour alimenter, selon
que les contacteurs 62a , 62b sont ouverts ou fermés, donc selon
la position du mécanisme 54, des électro-aiments 63, 64, 65 et 66
associés respectivement à l'électro-vanne de remplissage 33, à
l'électro-vanne d'évacuation 34, à l'électro-vanne 44 d'injection
de gaz propulseur dans l'élément tubulaire 31 et à l'électro-vanne
de purge 46 dudit élément tubulaire.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant:
Lorsque l'électro-vanne est ouverte, le fluide cryogéni-
que du réservoir 1 s'écoule,sous forme d'un mélange biphasique,par la canalisation 13, dans le séparateur 12 où les deux phases
sont séparées, la phase gazeuse s'échappant par l'évent 16, tandis
que la phase liquide s'écoule , par le conduit 15, à l'intérieur
du récipient 11. Le niveau H du liquide dans ledit récipient 11
est fonction du réglage de la position des sondes 22a et 22b.
La valeur H est, pour une position donnée des sondes, pratiquement
constante, ses variations ~H, déterminées par la distance vertica-
le qui sépare les deux sondes étant faible (inférieure à 0,2 cm).
Lorsque les électro-vannes de remplissage 33 et de purge
46 sont ouvertes par la fermeture du contacteur 62a et les électro-
vann~s d'évacuation 34 et d'injection 44 fermées par l'ouverture
du contacteur 62b (position haute du mécanisme 54), l'élément
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tubulaire 31 se remplit de liquide cryogénique par le principe
des vases communicants.
Lorsque le contacteur S2a est ouvert et le contacteur
62b fermé (position basse du mécanisme 54), les électro-vannes
33 et 46 sont fermés et les électro-vann~ 3~ et 44 ouvertes. Le
liquide contenu dans l'élément 31 est alors évacué, sous une
pression pouvant être réglée à l'aide du détendeur 43, dans les
tubulures 51 et est injecté, par les becs verseurs 53, dans les
moules ou autres cavités à rendre inerte. Une minuterie faisant
partie du circuit 61 ferme l'électro-vanne 34 lorsque l'injection
est terminée. Le mécanisme 54 revient ensuite en position haute
pour un nouveau cycle de fonctionnement.
Le volume V de liquide admis dans l'élément tubulaire 31,
est fonction de la hauteur H et peut être modifié par le déplace-
ment des sondes 22a et 22b. ~a variation ~H de la hauteur du
liquide cryogenique dans le récipient 11 entraîne une variation
~V égale à D 4x ~H soit une erreur de LH. Cette erreur est
d'autant plus faible que la longueur L de l'élément 31 est plus
grande.
Le dispositif selon l'invention facilite considérablement
les opérations qui nécessitent l'utilisation, à des instants dé-
terminés, de quantités précises de liquide cryogénique, par exem-
ple les coulées de pièces formées de deux ou plusieurs métaux,
l'inertage de moules mont~e sur des carroussels de coulée, la
protection de jets de métal en fusion intermittent etc
Le dispositif n'est nullement limité au mode de réalisa-
- tion décrit et représenté et de nombreuses modifications pour-
raient y être apportées sans pour autant sortir du cadre de
l'invention. C'est ainsi par exemple que les organes de dosage
pourraient être constitués par une série d'éléments prévus pour
etre remplis et vidés successivement de façon à permettre une
distribution de liquide cryogénique à des intervalles pouvant être
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très rapprochés. De même le mécanisme de manoeuvre des moyens
distributeurs pourrait être constitue par un dispositif autre qu'
un vérin, par exemple par un chariot. Il convient également de
remarquer que les électro-vannes 33 et 34 pourraient être placées
à l'extérieur de récipient 11 bien que leur disposition à l'inté-
rieur de ce dernier présente l'avantage d'éliminer la formation
de ponts thermiques.
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