DEVICE FOR STOPPING AND CONNECTING TO THE EXTERNAL PIPES OF A TANK OF CRYOGENIC FLUID AND TANK FITTED WITH SUCH A DEVICE

DISPOSITIF D'OBTURATION ET DE RACCORDEMENT A DES CANALISATIONS EXTERNES D'UN RESERVOIR DE FLUIDE CRYOGENIQUE ET RESERVOIR EQUIPE D'UN TEL DISPO SITIF

English Abstract

The invention relates to a sealing and connection device for the external pipes of a cryogenic liquid tank in the form of a single-piece, cast stainless steel sub-assembly (1) comprising a main disk-shaped part (4) which is mounted on a flange (2) of the tank (3). Said sub-assembly defines at least two fluid flow channels (8, 9), which are typically used for filling, airing and extracting gaseous and liquid phases and which are heated by atmospheric heaters (23; 30) in order to supply (31) a controlled gaseous flow. The invention is particularly suitable for cryogenic tanks of medical oxygen for oxygen therapy.

French Abstract

Le dispositif comporte un sous-ensemble monobloc (1) en acier inoxydable
moulé comportant une partie principale en forme de disque (4) montée sur une
bride (2) du réservoir (3) et définissant au moins deux canaux (8, 9) de
passage de fluide, typiquement pour le remplissage, la mise à l'air, et le
soutirage de phases liquides et gazeuses réchauffées par des réchauffeurs
atmosphériques (23 ; 30) pour la fourniture (31) d'un flux gazeux contrôlé.
Application notamment aux réservoirs cryogéniques d'oxygène médical pour
oxygénothérapie.

Claims

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REVENDICATIONS

1. Dispositif d'obturation et de raccordement à des canalisations
externes d'un réservoir (3) de fluide cryogénique, caractérisé en ce qu'il
comporte un sous-ensemble monobloc (1) en acier inoxydable moulé
définissant au moins deux canaux de passage de fluide (8-11).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sous
ensemble moulé (1) définit au moins trois conduits de passage de fluide (8-
11).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé
en ce que le sous-ensemble moulé (1) présente une partie principale
généralement en forme de disque (4) et ayant une face formant un plan de joint
(5).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un
canal (9,10,11) débouche latéralement par rapport à la partie principale (4).

5. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4 , caractérisé
en ce qu'un canal (8) s'étend orthogonalement par rapport à la partie
principale

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le canal
s'étendant orthogonalement (8) est formé en partie par une partie tubulaire en
saillie (7).

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce qu'il comporte un passage traversant (16) de montage d'une traversée (17)
de jauge de niveau (18).

8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que
le sous-ensemble moulé (1) définit un passage central de remplissage (8), un
passage de sortie de liquide (9) et un passage de sortie de gaz (10).

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce que le sous-ensemble (1) est réalisé par moulage à la cire perdue d'un
acier
inoxydable austénitique comprenant au moins 16% de chrome et au moins
10% de nickel ayant, en phase liquide, un taux de ferrite supérieur à 2%, de
préférence n'excédant pas 6%.



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10. Réservoir cryogénique équipé d'un dispositif selon l'une des
revendications précédentes.

11. Réservoir selon la revendication 10 équipé d'un dispositif selon la
revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux réchauffeurs
atmosphériques (23,30) reliés respectivement aux passages de sortie de
liquide (9) et de gaz (10).

12. Réservoir selon la revendication 10 ou la revendication 11,
caractérisé en ce qu'il contient de l'oxygène liquide médical.

Description

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(~etIFRUf I6~39I
Dispositif d'obturation et de raccordement à des canalisations externes d'un
réservoir de fluide cryogénique, et réservoir équipé d'un tel dispositif.
La présente invention concerne les réservoirs de fluide cryogénique et,
s plus particulièrement les dispositifs d'obturation et de raccordement à des
canalisations externes de tels réservoirs.
Les dispositifs connus d'obturation et de raccordement des réservoirs
de fluide cryogénique sont constitués d'un assemblage mécano-soudé d'une
plaque d'obturation et de pièces de raccordement usinées et fixées,
io typiquement par soudage, dans des orifices usinés dans la plaque
d'obturation.
Cette technique est particulièrement onéreuse, du fait du nombre de pièces
différentes à réaliser, stocker et assembler, et au nombre important de rebuts
résultant des problèmes d'usinage et de soudage des matériaux constitutifs,
typiquement des aciers inoxydables austénitiques.
i:i La présente invention a pour objet de proposer une architecture de
dispositif simplifiée permettant de supprimer la plupart de ces problèmes et
de
réduire grandement les coûts de fabrication et d'assemblage.
Pour ce faire, l'invention propose un dispositif comportant un sous
ensemble monobloc en acier inoxydable moulé, réalisé typiquement par
2o moulage à ia cire perdue, définissant au moins deux, typiquement au moins
trois canaux de passage de fluide.
Selon une caractéristique plus particulière de l'_invention, le sous-
ensemble monobloc est réalisé par moulage à partir d'un alliage en acier
inoxydable austénitique comprenant au moins 16%, typiquement entre 16 et
2s 18,5°~ de chrome et au moins 10%, typiquement entre 10 et 13,5% de
nickel,
et ayant, en phase liquide, un taux de ferrite supérieur à 2°!°,
de préférence
n'excédant pas 6%.
La présente invention a également pour objet un réservoir de fluide
cryogénique, notamment d'oxygène liquide pour oxygénothérapie à domicile,
3o équipé d'un tel dispositif et typiquement pourvu de deux réchauffeurs

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atmosphériques reliés à des passages de sorties de liquide et de gaz du
dispositif.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention
ressortiront de la descriptïon suivante d'un mode de réalisation, donné à
titre
s illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins
annexés sur
lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale de la partie
supérieure
d'un réservoir cryogénique d'oxygénothérapie pourvu d'un dispositif selon
l'invention ;
u~ - la figure 2 est une vue en coupe du dispositif de la figure 1 dans un
plan de
coupe orthogonal au plan de coupe de la fïgure 1 ; et
- la figure 3 est une vue de côté du dispositif de la figure 2.
Sur la figure 1 on a représenté un dispositif selon l'invention mis en
place sur une bride de col 2 montée dans le col d'un réservoir cryogénique 3.
is Selon un aspect de l'invention, le dispositif selon l'invention comprend
un sous-ensemble monobloc 1 réalisé en acier inoxydable moulé comprenant
essentiellement une partie principale en forme de disque 4 ayant une surface
inférieure transversale formant plan de joint 5 monté plaqué sur ia bride 2
munie d'un joint annulaire 6. .
2o Le sous-ensemble 1 comporte une cheminée centrale 7 orthogonale au
disque 4, sensiblement coaxiale à ce dernier, et définissant un passage
central 8. Dans la partie principale 4 sont définis, avec des_bossages en
saillie
sur la face opposée au plan de joint 5, un premier canal transversal 9, un
deuxième canal transversal 10 orthogonal au précédent et un troisième canal
2a transversal 11 dans le plan du canal 10 et diamétralement opposé à ce
dernier.
Le canal 10 débouche à la partie inférieure du disque 4 par une cavité 12
tandis que le canal 11 débouche, lui, par une portion de canal 13 formée en
partie dans un épaulement en saillie 14 où débouche également vers le bas le
canal central 8. Le canal 9 débouche similairement vers le bas par une portion
3o de canal formée dans un épaulement en saillie 15.

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Comme on le voit sur la figure 1, à l'opposé du canal 9 est formé un
canal axial 16 traversant le disque 4 recevant une pièce 17 permettant le
raccordement électrique à une jauge capacitive de niveau 18.
Le sous-ensemble monobloc 1 est monté sur la bride 2 par trois vis
angulairement réparties (non représentées) et par une colonne 19 à extrémité
inférieure filetée servant également, via une plaque support 20, à supporter
un
boitier de vanne de contrôle de débit 21, comme on le verra plus loin.
Comme on le voit sur la figure 1, en configuration assemblée, le canal 9
reçoit l'extrémité 22 amont d'un serpentin réchauffeur atmosphérique 23, tel
io que décrit dans la demande de brevet français FR 99 13617, la portion de
canal dans l'épaulement 15 recevant l'extrémité d'un tube plongeur 24
s'étendant jusqu'au voisinage du fond du récïpient intérieur du réservoir 3.
De
façon similaire, un tube plongeur 25 est monté dans l'extrémité inférieure du
canal 8. Ce dernier est prolongé vers le haut par un ëvasement formé dans une
i:p tëte de diamëtre élargi 26 comportant un filetage extérieur 27 et recevant
l'extrémité inférieure d'une borne de remplissage à clapet 28 maintenue en
place sur la cheminée 7 par un écrou 29 coopérant avec le filetage 27.
Au canal transversal 10 est raccordée l'extrémité amont d'un serpentin
réchauffeur atmosphérique 30 dont l'extrémité aval est reliée au boîtier de
2o vanne 21 susmentionné. Le canal 11 est quant à lui relié extérieurement à
une
vanne de mise à l'air (non représentée).
La mise en oeuvre du dispositif décrit est la suivante : le remplissage en
fluide liquéfié, du réservoir 3 s'opère à une basse pression, proche de 3 bar,
via la borne à clapet 28, le cana! 8 et Je tube 25, le volume intérieur du
2s réservoir étant, pendant cette opération, en communication avec
l'atmosphère
ambiante via les canaux 13 et 11 et la vanne de mise à l'air libre en aval de
ce
dernier. Typiquement un tube de trop plein (non représenté) s'étendant dans le
réservoir, est brasé dans le canai 13 pour limiter la hauteur de liquide
entreposé dans le réservoir. En exploitation, le prélèvement du fluide
3~o cryogénique sous forme liquide contenu dans le réservoir, préssurisé par
le
ciel gazeux dans le réservoir, s'effectue par le tube 24, le canal 9 et le

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serpentin 23 avant d'atteindre le boîtier de vanne à contrôle de débit 21
fournissant, par sa sortie 31, un flux gazeux à débit contrôlé vers un
utilisateur.
Le prélèvement de la phase gazeuse dans le réservoir 3 s'effectue par le canal
et le serpentin 30 avant de rejoindre le boîtier de vanne2l, pourvu d' au
s moins une soupape de surpression de sécurité 32.
Comme on le voit sur la figure 1, le canal de sortie de liquide 9 est placé
à l'opposé du passage 16 de montage de la sonde 18 de façon que le
soutirage de liquide s'effectue avec un minimum de transmission de frigories à
la traversée 17 de la sonde 18. De façon similaire, comme on le voit sur la
io figure 2, le canal 11 se prolonge hors du disque 4 par une extension
tubulaire
transversale 33 permettant d'éloigner la vanne de mise à l'air libre du disque
4
et donc d'éviter une mise en froid excessive de cette vanne.
Dans un mode de réalisation préféré, le sous-ensemble 1 est réalisé par
moulage à la cire perdue, ce qui supprime quasiment les reprises d'usinage, à
m partir d'acier inoxydable comprenant au moins 16% de chrome et au moins
10% de nickel, typiquement un lopin en acier inoxydable du type 316L qui,
après coulée, représente un taux de ferrite supérieur à 2%, typiquement entre
2 et 6%, qui est obtenu par un apport de chrome dans le bain de métal en
fusion.