Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention concerne un dispositif de
production de liquide cryogénique et plus particulièrement
un dispositif destiné à distribuer un tel liquide à un débit
faible et précis à partir d'un réservoir de liquide cryo-
génique sous pression et jusqu'à un récepteur d'utilisation
qui est à la pression atmosphérique.
On a déjà proposé un dispositif de distribution
de liquide cryogénique comportant un réservoir à niveau
constant à isolation poussée au moyen d'une double paroi
formant un espace interstitiel d'isolation empli de parti-
cules isolantes entre un corps de réservoir interne et
une enveloppe externe, dans lequel débouchent un conduit
d'admission et un conduit de soutirage inférieur, avec un
moyen de réglage à niveau constant agissant sur une
soupape d'admission du conduit d'admission et un moyen
de réglage de débit d'utilisation agissant sur une
soupape de conduit de soutirage, elle-même isolée thermique-
ment de l'extérieur. Dans ce genre de dispositif, la soupape
d'admission joue le rôle de soupape de détente alors qu'un
conduit de d~gazage des vapeurs produites lors de la détente
du liquide cryogénique dirige ces vapeurs vers l'atmosphère
environnante et maintient ainsi la production jusqu'à l'inté-
rieur du réservoir à une valeur constante.
Dans les applications où l'on a besoin de débits
relativement faibles mais variables selon le genre d'appli-
cation désirée, il est essentiel que le dispositif soit
stable, en particulier dans le temps et qu'à une position
donnée de la soupape de soutirage corresponde un débit de
liquide bien déterminé indépendamment des conditions exté-
rieures qui prévalent au moment de l'utilisation tels que
, ~ , ..
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les conditions atmosphériques, d'humidité ambiante ou lerayonnement thermique, également indépendamment des conditions
antérieures à ces utilisations telle que la mise en froid
précédemment réalisée, couche de glace ou de givre sur les
moyens de distribution, etc... Comme, en outre, dans de
nombreuses applications, on a besoin de débits non seulement
faibles, mais également de fonctionnement intermittent, les
causes de perturbation qui ont été rappelées ci-dessus sont
délicates à prendre en compte de manière simple et l'objet
de la présente invention est un dispositif de distribution
de liquide cryogénique du type rappelé ci-dessus qui soit
simple, robuste et fiable et dont les caractéristiques fonc-
tionnelles sont constantes, de façon à permettre la distri-
bution d'un débit de liquide cryogénique de faible valeur,
constant, bien que très souvent intermittent.
Selon l'invention, l'isolation thermique de la
soupape de soutirage est assurée par l'isolation propre
du réservoir en placant cette soupape dans l'espace
d'isolation entre les deux parois du réservoir, les moyens
de commande de ladite soupape de soutirage, du type à tige
de commande, s'étendent dans ledit espace interstitiel
d'isolation et s'engagent dans une traversée étanche de
l'enveloppe externe. Grâce a cette disposition essentielle
selon laquelle la vanne d'isolation thermique est maintenue
dans l'espace d'isolation et à l'état froid, le flux
thermique qui atteint le liquide cryogénique au travers
de la vanne est au maximum de 5 watts (dans le cas par
exemple d'un isolant "perlite" dont la conductibilité thermique
; est de 300 ~W/cm.K). Un tel flux thermique ne permet, par
exemple, l'évaporation que de 115 cm3 d'azote par heure, soit
un débit de 20 l/h dans la vanne, soit du même ordre de
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grandeur qu'un débit très faible de liquide. Au contraire,
dans le cas ou la soupape de soutirage est mise à l'extérieur,
le flux thermique agissant sur le liquide cryogénique présent
au niveau de la vanne atteint facilement 50 à 100 watts selon
les conditions opératoires du moment (coefficient d'échange dans
l'air : 1.500 à 2.000 W~m2 sans condensation d'air). Un
tel flux augmente de fa~on considérable les pertes thermiques
du dispositif de distribution, mais surtout, il provoque
une évaporation intense du liquide dans la vanne qui vient
gêner considérablement la distribution réglée d'un débit
désiré qui peut atteindre, par exemple, 0,3 l/mn.
L'expérience a montré qu'avec la disposition selon
l'invention, on obtient des caractéristiques de réglage de
débit qui sont parfaitement fiables et qui se conservent
de façon tout à fait indépendamment des conditions d'utili-
sation du dispositif.
Les caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre
d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe verticale et
axiale d'un dispositif de dissolution selon l'invention;
- les figures 2 à 5 sont des vues également en coupe
verticale et axiale de quatre détails de la figure 1, à
échelle agrandie,
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 1
d'une variante de réalisation.
En se référant aux figures 1 a 5, un dispositif
de distribution de liquide cryogénique selon l'invention
comporte un réservoir 1 formé d'un corps de réservoir 2
et d'un couvercle 3 quelque peu excentré. Le corps de
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réservoir 1 et le couvercle 3 sont tous deux à isolation
poussée et à cet effet, le corps de réservoir 2 est constitué
à double parois latérales 4 - 5 reliées entre elles par une
plaque annulaire supérieure 6 et par un double fond 7 et 8.
Le couvercle 3 est également constitué à double paroi d'iso-
lation thermique et incorpore un tube de dégazage 12. A cet
effet, ce couvercle 3 comporte une plaque supérieure 13 avec
une large perforation 14 et une perforation excentrée 15, la
perforation axiale 14 servant de passage pour le tube de
dégazage 12, tandis que la perforation excentrée 15 sert
de passage pour le tube d'admission de liquide cryogénique
11. A la plaque supérieure 13 est soudée une jupe annulaire
d'une paroi latérale extérieure 17 se poursuivant en un fond
18. A l'endroit de la perforation excentrée 15 est soudée
l'extrémité d'un tube 23 formant la partie externe du
conduit d'amenée 11 et qui enveloppe un tube central 24
pour le liquide cryogénique, dont une extrémité extérieure
; est équipée d'un raccord 25 et qui se prolonge au travers de
l'épaisseur du couvercle 3 pour déboucher au travers de la
paroi de fond 18 à l'endroit d'un siège 30 de soupape 31, dont
un clapet 32 est porté par une tige de commande verticale 33,
cette tige de commande 33 étant montée sur un bras-support 34
solidaire d'un flotteur 35. Le flotteur 35 est lui-même
monté à coulissement vertical libre sur un axe vertical 36
fixé à une extrémité supérieure à une plaque-support 37,
elle-même solidarisée avec la paroi de fond 18 du couvercle
~. 3. Entre le flotteur 35 et une bague d'appui 38 solidarisée à
l'extrémité basse de l'axe 36 est monté un ressort de
compression 39 compensant au moins partiellement le poids
~u flotteur 35.
K
~'' ;`
ç
~ - 4 -
i~,
12~77~
La plaque de ~ond 8 du réservoir intérieur 9
est pour we d'une perforation 40 sur laquelle est soudé
un tube de soutirage 41 de forme coudée et qui s'étend
horizontalement avec un joint de dilatation 42 jusqu'à
parvenir dans une zone située à l'aplomb d'une partie de
forte distance radiale de l'interparoi 4 - 5 du corps de
réservoir 2. A cet endroit, le tube de soutirage 41
débouche dans un manchon vertical 43 s'étendant sur toute la
hauteur des parois latérales 4 - 5 du corps de réservoir
2 et est fixé à son extrémité supérieure à un orifice
excentré 44 de la plaque supérieure 6. A son extrémité
inférieure, le manchon 43 incorpore un siège 44 d'une soupape
45 qui communique avec un embout de soutirage 46 à un joint
de dilatation 47 s'étendant au travers de l'interparoi de
fond 7 - 8 jusqu'à un raccord extérieur 48. Le siège 44 de
la soupape 45 coopère avec un clapet de soupape 50 monté
par l'intermédiaire d'un ressort 51 en bout d'une tige 52
montée à coulissement axial dans le manchon 43 au travers de
la paroi 6. La tige 52 est soumise vers l'extérieur à
l'action d'un ressort de compression 55 monté entre un épaule-
ment inférieur 56 de la jonction 54 et une colerette supérieure
57. Cette tige de soupape 52 coopère par une molette 58 avec
une came 59 commandée à rotation par un moteur électrique non
~ représenté. Dans la position indiquée à la figure 1, la came
: 59 est en position maximale d'action et la tige 52 en position
la plus basse possible, qui met en contact de fermeture le
~: clapet 50 avec le siège 44, les petites variations dues à la
dilatation étant compensées par le ressort 51.
Ainsi qu'on le voit, la rotation du moteur qui
~: 30 commande la came tourne dans le sens de la flèche F et
; assure alors une montée progressive de la tige de soupape 52,
; - 5 -
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donc une ouverture correspondante de la soupape 45.
En se référant plus particulièrement à la figure 5
on voit que le tube de dégazage 12 est équipé ici, à son
extrémité extérieure recourbée 12a d'une soupape 60 constituée
essentiellement d'un volet 61 monté à rotation autour d'un
axe 62 et soumis à l'action d un contre-poids 63 réglable
en position sur une tige coudée 64, le tout de facon qu'en
l'absence d'une pression supérieure à la pression atmosphérique
dans le conduit de dégagement 12, le volet 61 soit en position
de fermeture.
Au contraire, si une pression se développe à
l'intérieur du conduit de dégazage 12, le volet 61 tend à
s'ouvrir, sous l'effet de cette pression, par rotation autour
de l'axe 6~, et l'instant de cette ouverture peut etre réglé
en rapprochant ou en déplaçant le contre-poids 63 le long de la
tige 64.
La variante de réalisation de la figure 6 se
distingue de la précédente en ce que, pour des raisons
d'encombrement, les moyens d'actionnement de la soupape
de soutirage 45 sont inclinés sur la verticale et s'étendent
non plus au travers de la plaque 6 mais au travers de la paroi
latérale 4. A cet effet, on a dû souder autour d'une ouver-
ture elliptique 70 un manchon 71 avec un fond supérieur 72
servant de support au moyen de commande de soupape 73 à
.tige 74 commandée par came 75 et moteur électrique 76.
;L'invention s'applique à la délivrance de débits
~:relativement faibles de gaz liquéfiés, par exemple d'azote
. ou d'argon pour l'inertage de métaux en fusion, notamment
de jets de coulée.
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