Brevet FR2092906A1 — publié le 19720128

La présente invention concerne un dispositif cryogénique du genre comportant une enceinte froide allongée selon une direction longitudinale, disposée à l'intérieur et à distance d'une enceinte chaude, l'espace compris entre l'enceinte froide et l'enceinte chaude servant d'espace d'isolation thermique. Dans toute la présente description, entend par enceinte froide, une enceinte aux parois métalliques ou mauvaises conductrices de la chaleur, dont au moins la dimension longitudinale est susceptible de varier thermiquement. Cette enceinte contient généralement un fluide cryogénique (azote liquide, hélium liquide, gaz naturel liquéfié par■ exemple). Elle est placée à l'intérieur d'une autre enceinte, ayant la même forme que l'enceinte froide, aux parois plus chaudes que celles de l'enceinte froide, appelée ci-après enceinte chaude, l'espace compris entre les deux enceintes étant rempli par un isolant thermique (sous forme de poudre par exemple) et mis sous vide. De tels dispositifs cryogéniques sont utilisés dans le cas de lignes de transfert d'un liquide cryogénique de grande longueur, mais plus particulièrement pour le transport d'énergie électrique à basse température, l'enceinte froide contenant dans ce cas un câble électrique en contact thermique avec le fluide cryogénique, qui la parcourt. Les dispositifs cryogéniques utilisés pour cette dernière application sont généralement constitués par une pluralité d'enceintes placées les unes dans les autres, la première enceinte intérieure contenant le câble électrique étant une enceinte froide, la dernière e.nceinte extérieure étant une enceinte chaude, chaoue enceinte intermédiaire jouant le rôle d'enceinte chaude pour l'enceinte contenue et le rôle d'enceinte froide pour l'enceinte dans laquelle elle est contenue. Dans le cas d'enceintes placées les unes dans les autres, on a proposé de supporter chaque enceinte froide à l'intérieur de chaque enceinte chaude par au r.oins un berceau à câble disposé transversalement par rapport à la direction longitudinale de l'enceinte froide. .Ces câbles peuvent être fixés en leurs extrémités en des points hauts de l'enceinte chaude. Les supports de l'enceinte froide étant soumis à des efforts de traction et non de conpressio-, ce mode de supportage donne relativement satisfaction. Cependant, il comporte certains inconvénients importants . Dans le cas de dispositifs cryogéniques, du genre comportant une pluralité d'enceintes supportées les unes dans les autres à l'aide d'un berceau à câble, les enceintes froides sont de plus en plus lourdes, 70 24202 2 2092906 de l'intérieur vers l'extérieur du dispositif cryogénique. Gomme les états de surface obtenus industriellement sont assez bruts et comportent de nombreuses aspérités dues en particulier aux cordons de soudure, une enceinte froide présente un coefficient de friction important sur chaque 5 câble du berceau la supportant. Lorsque cette enceinte froide se contracte par refroidissement, elle entraîne dans son déplacement les arceaux de support des différents câbles qui prennent alors une position faisant un angle avec la verticale. Toute contraction thermique de l'enceinte froide entraîne donc généralement une élévation de cette enceinte. 10 L'enceinte froide étant toujours liée plus ou moins rigide- un ment en/ou plusieurs endroits à des pièces fixes de support ou de raccordement, il en résulte des efforts de flexion importants pour celle-ci, au niveau de ces différentes jonctions, ainsi qu'une certaine fatigue des matériaux. Ces efforts de flexion sont préjudiciables au fonctionne-15 ment des dispositifs cryogéniques envisagés. D'une part, dans le cas d'une enceinte froide sous vide, ils peuvent entraîner une rupture du vide. D'autre part, dans le cas d'une enceinte froide parcourue par un fluide cryogénique, il y a risque de fuite. En outre, ces efforts de flexion ne sont pas compatibles avec une isolation thermique du type 20 poudre, à cause du tassement de la poudre au-dessus de l'enceinte froide. La présente invention se propose de remédier à tous ces inconvénients. La présente invention concerne un dispositif cryogénique du genre comportant une enceinte froide allongée, selon une direction lon-25 gitudinale, disposée à l'intérieur et à distance d'une enceinte chaude, l'espace compris entre l'enceinte froide et l'enceinte chaude servant d'espace d'isolation thermique, ladite enceinte froide étant supportée à l'intérieur de l'enceinte chaude par au moins un berceau à câble disposé transversalement par rapport à la direction longitudinale. Confor-JO mènent à 1'invention, le berceau à câble comprend des moyens de roulement disposés autour d'un câble, avec lesquels l'enceinte froide est en contact. Préférentiellenent, les moyens de roulement sont constitués par un ou plusieurs corps de roulement ayant une forme de révolution 35 autour de l'axe d'un perçage dans lequel est engagé un câble du berceau. Avantageusement, les corps de roulement sont séparés les uns des autres par des entretoises engagées autour du câblef ladite entretoise ayant une dimension radiale depuis ledit câble au plus égale à la dimension radiale depuis ledit câble des dits corps de roulement, et *f0 présentant un faible coefficient de frottement par rapport aux deux corps 70 24202 2092906 de roulement. La présente invention cor.cerne cgaler.ert un arof'-l' La présente invention permet donc esser.tiells-ient de supprimer le frottement câble-enceinte froide et de le remplacer par le frottement câble-corps de roulement, qui est pratiquement n '-gligeable par rapport au premier et peut être amélioré par un traitement de surface ou le choix de matériaux appropriés. . Lors d'une mise en froid, l'enceinte froide "se contracte thermiquement, et ceci sans entraîner de déplacement appéciable des câbles par rapport à la verticale, et d'effort de flexion ou fatigue important de l'enceinte froide. Dans le cas d'une pluralité d'enceintes contenues les unes dans les autres, les enceintes glissent les unes par rapport aux autres lors de la mise en froid, sans conséquence préjudiciable pour l'ensemble du dispositif cryogénique. La présente invention procure er. outre un certain nombre d'avantages supplémentaires. Les câbles de support peuvent être dimensionr.és en fonction uniquement du poids qu'ils supportent et non en tenant- compte., également des efforts ;!e traction supplémentaires exerqés lors de la mise en froid du dispositif cryogénique. Leur section est donc plus faible. . Les pertes thormioues par contact entre l'enceinte froide et les câbles sont diminuées par le fait _que les câbles" de supportage sont de faible section et que le contact s'effectue généralement par points (dans le cas par exemple de corps de roulement constitués par des billes). Le mode de supportage adopté par la présente invention est parfaitement.compatible- avec une isolation thermique du type poudre ; les câbles ét^nt fixés, seule 2'enceinte froide est mobile selon sa .direction longitudinale. Les dispositifs cryogéniques conformes à l'invention sont particulièrement simples à construire et à mettre en oeuvre. Il est décrit ci-après, un mode BAD 70 24202 if 2092906 ' - la figure 1 représente une vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 2 d'un dispositif cryogénique conforme à la présente invention ; - la figure 2 représente une vue partiellement en coupe 5 selon la ligne A-A de la figure 1 d'une partie de ce dispositif cryogénique ; - la figure 3 représente une vue agrandie en coupe d'une partie de la figure 1. Un dispositif cryogénique conforme à l'invention est 10 symétrique par rapport à un plan vertical et allongé selon une direction essentiellement horizontale. Il comporte une enceinte métallique extérieure ou chaude 1 de section transversale en ïï allongée selon la direction horizontale, à l'intérieur et à distance de laquelle est placée une enceinte métallique intérieure ou froide 2 ayant la forme d'un tube 15 cylindrique allongé selon la direction horizontale. L'enceinte chaude 1 est fermée par un couvercle 3 appliqué et fixé de façon étanche sur des brides if de ladite enceinte. L'espace compris entre l'enceinte chaude 1 et l'enceinte froide 2 est rempli par un isolant thermique 5 sous forme de poudre. 20 L'enceinte froide 2 est supportée à l'intérieur de l'encein te chaude 1 par un berceau de câbles identiques au câble représenté en 6 et accrochés au moyen de mousquetons 7 à dès anneaux 8 soudés en des points hauts de l'enceinte chaude 1. Chaque câble 6 est recouvert par une gaine 19 de polytétrafluoroêthylène. 25 Dans la partie inférieure de chaque câble if, des billes métalliques 9> percées d'un trou diamétral légèrement évasé en ses deux extrémités, sont engagées autour du câble 6. L'enceinte froide 2 repose directement sur ces billes 9- Des rondelles entretoises 10, engagées également autour du câble 6, séparent les billes 9 les unes des J/0 autres. Ces rondelles 10 faites d'un matériau ayant un faible coefficient de friction sur les billes 9> ont une dimension radiale au plus égale à la dimension radiale des billes 9- Elles ne sont donc pas en général en contact avec l'enceinte froide 2. Les billes 9 et les rondelles 10 sont disposées côte-à-côte selon une rangée, chaque bille 9 étant en 35 contact avec deux rondelles 10. Des butées 11 disposées à chaque extré-"-'.itô de la rangée bloquent les billes 9 se" on la direction longitudinale du câble 6. Des haubans 12 et 13 sont fixés entre un point bas de chaque câble 6 et. des anneaux *\k et 15 soudés en un point bas de l'enceinte kO chaude 1, auxquels ils sont accrochés au moyen de mousquetons 16 et 17. 5 70 24202 2092906 ' Les haubans 12 et 13 ainsi que le câble 6 sont réglables en longueur au moyen des dispositifs de réglage représentés en 18. Ceci permet en particulier de faire porter tous les câbles 6 malgré un éventuel "faux rond" de l'enceinte froide 2. 5 A titre d'exemple, les câbles 6 sont constitués par des brins d'acier inoxydable, les billes 9 Par du bronze, les rondelles 10 par du polytétrafluoroéthylène. Quant aux enceintes chaude 1 et froide 2, elles sont généralement réalisées en acier inoxydable. Le dispositif cryogénique décrit peut avoir deux "utilisa-10 tions voisines. Comme ligne de transfert d'un fluide cryogénique, l'enceinte froide 2 est généralement parcourue par ce fluide cryogénique (hélium liquide, azote liquide par exemple). Comme cryoliaison électrique, l'enceinte froide 2 incorpore en outre un câble électrique en contact thermique direct ou indirect avec le fluide cryogénique qui la 15 parcourt. Lors des mises en froid ou réchauffage successifs, l'enceinte froide 2 se rétracte ou se dilate selon sa direction longitudinale. Ces déplacements par rapport à l'enceinte chaude 1 sont assurés par la rotation des billes 9» autour des câbles de support 6, maintenus en 20 position verticale par les haubans 12 et 1J. Pendant ces déplacements, les billes peuvent rouler facilement les unes par rapport aux autres, grâce aux rondelles 10, en polytétrafluoroéthylène. Elles roulent également très facilement autour du câble 6, entouré par une gaine 19 de polytétrafluoroéthylène. Elles ne 25 peuvent pas remonter le long du câble 6 sous l'effet du poids de 1.'en-cdnte froide 2, grâce aux butées 11 disposées à chaque extrémité de la rangée de billes 9» Beaucoup de modifications peuvent être apportées au dispositif cryogénique qui vient d'être décrit, sans pour autant sortir du 30 cadre de la présente invention. En particulier, l'enceinte froide peut contenir une troisième enceinte supportée de la même façon que l'enceinte froide 2 à l'intérieur de l'enceinte chaude 1, et ainsi de suite. Les corps de roulement peuvent être constitués par des 35 rouleaux cylindriques ou tout autre corps ayant une forme de révolution. ho 1» ■.»., 70 24202 6 2092906 Les dispositifs cryogéniques conformes à la présente invention peuvent être utilisés pour des lignes de transfert d'un fluide cryogénique, pour des câbles de transport d'énergie électrique à basse température. Ils peuvent être employés également à titre de réservoir pour un fluide cryogénique. 70 24202 7 2092906 5_E_V_E_N_D_X_C_A_T_X_0_n_S 1. Dispositif cryogénique du genre comportant vir.c enceinte froide allongée selon une direction longitudinale, disposée à l'intérieur et à distance d'une enceinte chaude, l'espace compris entre l'enceinte froide et l'enceinte chaude servant d'espace d'isolation thermique, ladite enceinte froide étant supportée à l'intérieur de l'enceinte chaude par au moins un berceau à câble disposé transversalement par rapport à la direction longitudinale, caractérisé en ce que le berceau à câble comprend des moyens de roulement disposés autour d'un câble, avec lesquels l'enceinte froide est en contact. 2. Dispositif cryogénique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de roulement comprennent au moins un corps de roulement ayant une forme de révolution autour de l'axe d'un perçage dans lequel est engagé le câble du ber-ceau. 3» Dispositif cryogénique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les corps de roulement comprennent une pluralité de sphères. 4. Dispositif cryogénique selon l'une quelconque des revendications 2 et J-, caractérisé en ce qu'au moins deux corps de roulement sont séparés l'un de l'autre par au soins une entretoise engagée autour du câble, ladite entretoise ayant une dimension radiale depuis ledit câble au plus égale à la dimension radiale depuis ledit câble des dits corps de roulement, et présentant un faible coefficient de frottement par rapport aux deux corps de roulement. 5. Dispositif cryogénique selon l'une quelconque des revendications 2 à if, caractérisé en ce qu'i comprend des moyens' de blocage des corps de roulement selon la direction longitudinale du câble. S. Dispositif cryogénique selon la revendication 5» caractérisé en ce que les corps de roulement sont en contact les uns avec les autres ou avec les dites entretoises selon une rangée et que les moyens de blocage sont cors bitués par deux butées disposées de part et d'autre de ladite rangée. 7- Dispositif cryogénique selon l'une quelconque des revendications 1 à -j, cara"t'ri~-' -?r_ ce que le câble est recouvert d'une enveloppe présentant un. fa.:Me coefficient de friction avec les moyens de roulement. \ Dispositif cryogénique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des haubaps d'immobilisation d'un câble. 2092906 9« Dispositif cryogénique selon l'une quelconque des reven dications 1 à S, caractérisé en ce que l'enceinte froide incorpore des moyens d'écoulement d'un fluide cryogénique. 10. Dispositif cryogénique selon la revendication 9, carae 5 têrisé en ce que l'enceinte froide incorpore un câble électrique en communication thermique avec les dits moyens d'écoulement. 11. Procédé de supportage d'une enceinte froide allongée selon une direction longitudinale, à l'intérieur d'une enceinte chaude, caractérisé en ce qu'on assure tout déplacement de l'enceinte froide 10 par rapport à l'enceinte chaude par la rotation d'au moins un ou plusieurs corps de roulement disposés autour d'un ou plusieurs câbles de support, avec lesquels l'enceinte froide est en contact. 70 24202