Brevet FR2130315A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne les groupes mobiles d'alimentation en gaz à grand débit. Il existe de nombreuses applications -qui exigent une source de gaz mobile capable de distribuer un gaz à un grand 5 débit volumétrique. Par exemple, l'organisme de réglementation aérienne FAA exige que les pneumatiques des avions ne soient pas gonflés à plus de 2 kg/cm^ environ avant d'être montés sur les trains d'atterrissage. Les pressions de service sont fréquem-10 ment supérieures à 14 kg/cm • On est donc conduit à fixer aux trains d'atterrissage un pneumatique monté sur sa jante, puis de le gonfler à sa pression de service normaleo II va de soi que le volume de gaz nécessaire pour gonfler les pneumatiques à la pression de service est très grand. On peut citer comme 15 autre exemple les avions de très grande capacité qui perdent 2 environ 0,3 à 0,35 kg/cm de pression à chaque atterrissage par suite des forces créées au cours des atterrissages. Les pneumatiques doivent être rapidement regonflés après chaque atterrissage et, ici également, le volume total de gaz néces-20 saire peut être considérable. Les pneumatiques des engins de terrassement lourds subissent également une perte de pression pendant leur utilisation et ils constituent encore un autre exemple d'une application qui exige une source mobile de gaz de gonflage. 25 Pour de nombreuses applications, il est important que le gaz soit débité à des températures proches de la température ambiante. Ceci était possible pour les débits de gaz relativement faibles mais, jusqu'à présent, il n'a encore été proposé aucun dispositif capable de débiter un gaz à un grand 30 débit sans que la distribution du gaz ne soit accompagnée d*un refroidissement consécutif du flux de gaz ou, dans le cas d'un gaz engendré par vaporisation d'un fluide à basse température, sans nécessiter un moyen propre à réchauffer le flux de gaz pour lui donner la température de distributionnvoulueo 35 L'invention a pour objet un groupe mobile capable, par vaporisation d'un fluide à basse température, de définir une alimentation en gaz à débit élevé et à haute pression dans 72 09154 2 2130315 diverses conditions ambiantes. Le groupe comprend un chariot mobile contenant des moyens capables de produire une alimentation de gaz engendrée par vaporisation d'un fluide à basse température et des moyens 5 pour distribuer le gaz ainsi formé, ces moyens de distribution comprenant un serpentin de transmission primaire de la chaleur qui est fixé à une partie protectrice du chariot qui est bonne conductrice de la chaleur de manière à pouvoir échanger de la chaleur avec cette dernière. En utilisant cette 10 partie du chariot à laquelle le serpentin de transmission primaire de la chaleur est fixé comme source secondaire de chaleur pour le gaz, on peut distribuer le gaz avec un grand débit volumétrique à la température ambiante ou à une température proche de la température ambiante. 15 Dans la forme de construction préférée, le serpentin est fixé à une partie intérieure d'un coffre de commande monté sur le chariot et il est relié à une série de tuyaux montés sur tourets enrouleurs et équipés de clapets de distribution adaptés pour se raccorder à des valves de remplissage ou de 20 gonflage qui font partie du ou des réceptacles qu'il s'agit d'alimenter en gaz. Du fait que plusieurs tuyaux sont réunis à la source de gaz par l'intermédiaire du serpentin de transmission primaire de la chaleur, on peut alimenter plusieurs réceptacles 25 tels que des pneumatiques sans avoir à modifier la position du chariot. La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés surtout à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces 30 dessins : - la figure 1 est une vue de côté d'un groupe mobile d'alimentation en gaz à grand débit suivant l'invention ; - la figure 2 est une vue avant du groupe mobile représenté sur la figure 1 ; 35 - la figure 3 est un schéma de la forme préférée du réseau destiné à fournir un grand débit de gaz en partant d'une source à basse température ; 72 09154 3 2130315 - la figure 4 représente une variante de source de chaleur destinée à être utilisée dans le groupe d'alimentation suivant 11 invention. L'invention a pour objet un groupe mobile d'alimen-5 tation en gaz capable de produire une source de gaz engendré par la volatilisation d'un fluide à basse température et qui peut être distribué à un grand débit volumétrique dans diverses conditions ambiantes. Ce groupe comprend, d'une façon générale, un chariot 10 mobile sur lequel sont montés, d'une part, des moyens adaptés pour recevoir un récipient de fluide à basse température et qui sont munis d'un moyen intérieur ou incorporé pour vaporiser le fluide et, d'autre part, un circuit permettant de distribuer le gaz engendré par la vaporisation du fluide, ce cir-15 cuit comprenant, comme partie intégrante, un serpentin de transmission primaire de chaleur fixé à une partie conductrice du chariot, en bonne position pour la transmission de la chaleur entre ces deux éléments. La partie du chariot à laquelle le serpentin de transmission primaire de la chaleur est fixé 20 joue le rôle de source de chaleur secondaire pour le gaz qui traverse le serpentin primaire. Etant donné que le groupe de distribution du gaz suivant l'invention est particulièrement utile pour le gonflage sur place des pneumatiques des roues d'avion et autres appli-25 cations équivalentes, on le décrira dans sa forme prévue pour cette application. Les figures 1 et 2, représentent un chariot 10 qui peut être monté sur roues, ou sur patins, et qui porte un récipient 12 destiné à recevoir un fluide à bas point d'ébullition, 30 amené à basse température, par exemple de l'azote liquide. Ce récipient est en général muni d'un raccord à clapet 14 pour le remplissage en fluide liquéfié, d'une jauge 16 de niveau de liquide, et d'une soupape de sûreté appropriée 20. Pour porter la sécurité au maximum, le récipient 12 est entouré d'un écran 35 22 qui peut être formé d'une tôle de métal pleine ou perforée ou d'une grille de métal déployé ou équivalent. Ainsi qu'on l'a souligné plus particulièrement, le 72 09154 4 2130315 récipient 12 est muni d'un dispositif intérieur destiné à vaporiser un fluide à basse température contenu dans ce récipient, et d'une vanne 24 pour la distribution du gaz engendré par la vaporisation du fluide» Le gaz passe par le tuyau 5 flexible 26, qui peut également être muni d'un écran protecteur pour aboutir à un circuit de distribution contenu dans un boîtier ou coffre 30 monté sur le chariot, et dont on décrira les détails ci-après en regard des figures 3 et 4. Le coffre 30 contient le circuit de distribution 10 du gaz mais il porte en outre, sur l'une de ses faces visibles, des organes appropriés pour commander et surveiller la distribution du gaz. Dans le groupe représenté, on commande la distribution du gaz en ouvrant des clapets à billes 32 qui alimentent 15 plusieurs tuyaux de pression 34, montés sur des tourets enrouleurs à ressort 36. A l'extrémité de chaque tuyau est prévu un clapet de distribution approprié 38 adapté pour s'accoupler à la valve d'entrée du dispositif destiné à recevoir le gaz. Dans le cas du gonflage des pneumatiques d'un avion, cette 20 valve peut être une valve de pneumatique. Toutefois, elle peut également être constituée par la valve d'alimentation d'un circuit hydraulique, d'une conduite de soufflage ou équivalent. La pression du gaz qui est transmise, aux tuyaux 34 est réglée par des régulateurs 40 à grand débit et basse pres-25 sion, qui sont montés en amont de vannes 32, la pression de sortie étant indiquée par des manomètres 44, Le groupe comprend également des soupapes de décharge 46 permettant de vidanger l'installation en cas de surpression ou dans les cas de vidange volontaire. La pression de sortie 30 qui est transmise aux vannes 32 d'alimentation est également indiquée sur un manomètre 48 monté sur le panneau de commande. La figure 3 représente le schéma d'une forme préférée de chariot de service portant un groupe mobile de distribution de gaz suivant l'invention. Dans ce groupe, le gaz dégagé par 35 vaporisation d'un fluide à basse température contenu dans le récipient 12 traverse la vanne 24 à une pression réglée initialement pour parvenir à l'installation de distribution contenue 72 09154 5 2130315 dans le coffre 30 monté sur le chariot et qui est représenté sur les figures 1 et 2. Etant donné que le gaz est engendré par vaporisation d'un fluide à "basse température, il quitte le dispositif de 5 vaporisation à une température très inférieure à la température ambiante. Si, par exemple, il s'agit de gonfler un pneumatique à la température ambiante ou à une température proche de cette température ambiante, le réchauffement du gaz à la température ambiante produira un fort accroissement de la pres-10 sion du pneumatique. En outre, le pneumatique risquerait d'être -endommagé par le contact du gaz à une température extrêmement basse. Dans les réalisations des figures 3 et 4, le groupe comprend un serpentin 50 formant un échangeur de chaleur pri-15 maire, qui est fixé en position relative propre pour l'échange de la chaleur, à au moins un panneau intérieur du coffre 30. Ce serpentin a pour fonction de faire en sorte que le gaz sera distribué à une température égale à la température ambiante ou proche de cette température. 20 Une première extrémité 52 du serpentin échangeur primaire est couplée à un tuyau 26 tandis que son extrémité opposée est couplée au collecteur 54 qui alimente les divers tuyaux 34 montés sur les tourets 36 contenus dans le coffre 30. 25 le serpentin primaire 50 est, de préférence, fait d'un métal à haute résistance mécanique et haute conductibilité thermique, tel que l'aluminium, le cuivre, l'acier inoxydable ou équivalent, et il est fixé au panneau 48 par brasage, soudage à la soudure tendre, soudage par fusion ou par un pro-30 cédé analogue, de manière à établir une bonne transmission de chaleur par conduction entre lui-même et le panneau 48. Le panneau 48 joue le rôle de source secondaire de chaleur pour le courant de gaz qui traverse ce serpentin et il permet de distribuer ce gaz à un débit élevé et à une température qui 35 s'approche de la température ambiante. Le dispositif" de transmission de la chaleur composé du serpentin 50 et du panneau 48 ainsi que du corps du coffre 72 09154 6 2130315 30 assure la transmission de la chaleur au gaz par conduction. Le coffre 30 peut, en outre, être ouvert à son extrémité supérieure et à sa "base pour faire circuler de l'air à travers ce coffre afin de fournir au serpentin un apport supplémentaire 5 de chaleur par convection. Dans les cas qui imposent les spécifications de température les plus sévères, il peut être avantageux d'interposer le serpentin §0 en sandwich entre deux surfaces conductrices, ce qui fournit un apport supplémentaire de chaleur par 10 conduction et par convection. Ce cas est représenté sur la figure 4. Une plaque 54, qui porte des nervures saillantes 56 coïncidant avec les parties verticales du serpentin 50 est également fixée à ce serpentin. Les nervures délimitent des 15 ouvertures à la partie supérieure et à la base de cet ensemble stratifié. En supplément de la transmission de chaleur à travers la plaque 54 et les nervures 56, on détermine également une transmission de chaleur supplémentaire par convection, par écoulement de l'air ambiant de haut en bas dans l'ensemble 20 stratifié en pratiquant des ouvertures appropriées dans le coffre 50o Dans une forme de construction, un tube d'aluminium propre à la transmission de chaleur, qui possède un diamètre extérieur de 19,05 mm et une épaisseur de la paroi de 0,71 mm 25 est fixé à un panneau en aluminium possédant une surface d'en-viron 0,93 m . Avec cette construction et en partant d'une installation classique de vaporisation d'azote liquide par convection, on peut débiter jusqu'à 56,6 s? d'azote à l'heure, (mesuré dans les conditions normales) à un ensemble de tuyaux 30 montés sur tourets enrouleurs, à une pression réglée comprise entre environ 1,4 et environ 14 kg/cm , et à des températures qui ne diffèrent pas de la température ambiante de plus de 11°C. Le fonctionnement du groupe d'alimentation suivant 35 l'invention sera décrit avec plus de détails en regard de la figure 3» Un récipient cryogénique 12 contient une bouteille 72 09154 7 2130315 intérieure, par exemple un vase de Dewar 58, qui est remplie suivant le "besoin à travers la vanne de liquide 14, munie d'un raccord adapté pour recevoir un liquide à basse température tel que l'azote liquéfié, d'un réservoir approprié» La bouteil-5 le 58 est en outre équipée d'une jauge 16 de niveau de liquide, d'un manomètre 62, d'une soupape de sûreté 20, et d'un disque d'éclatement 64 pour la sécuritéo Le liquide sort à la base de la bouteille 58 et se vaporise dans le serpentin 66 qui entoure cette bouteille. En 10 même temps, la pression atteint la valeur de la pression de service qui est réglée par la vanne 68 de pression de service et le régulateur 70. Au moment où le fluide sortant de la bouteille 58 atteint la vanne 24, le liquide est entièrement vaporisé et le 15 flux'de sortie est constitué par un fluide vaporisé à l'état gazeux. Le gaz qui traverse la vanne 24 est transmis par une conduite flexible 26 au serpentin échangeur de chaleur primaire 50, dans lequel il reçoit la chaleur fournie par la masse du serpentin 50 et la masse de la plaque 48 et, éventuellement 20 de la chaleur apportée par convection. Dans cette opération, la température du fluide vaporisé est portée à un niveau proche de la tengpérature ambiante. Le gaz traverse ensuite le clapet anti-retour 72 qui empêche le gaz de refluer en direction du collecteur 54. Ce collecteur 25 distribue le gaz à des clapets à billes 74 qui, lorsqu'ils sont ouverts, laissent le gaz parvenir à des régulateurs de débit à grande capacité 40, des clapets à bille 32 et des vannes de vidange 46, ou traverser ces appareils. Lorsque les clapets à bille 32 sont ouverts, le gaz 30 est transmis à travers des conduites 36, à des tuyaux 34 montés sur des tourets enrouleurs 36 et à des raccords appropriés 38. Chaque conduite est munie d'un manomètre 44 et la pression intérieure du collecteur 54 est indiquée séparément par un manomètre 48. Ce manomètre donne une indication continue de la 35 pression disponible, ce qui indique également l'état de la réserve de gaz liquéfié contenu dans la bouteille 58. Pour porter au maximum le débit admissible de cette 72 09154 8 2130315 installation de distribution, les tubes, tuyaux, valves, soupapes, clapets et régulateurs sont choisis de manière à limiter au minimum les obstacles à l'écoulement du gaz, ceci afin d'éviter la formation d'étranglements ou équivalents qui lami-5 neraient le flux de gaz, et provoqueraient, de ce fait, un refroidissement du gaz pendant l'écoulement. Bien que l'installation de distribution de gaz suivant l'invention ait été décrite principalement dans sa forme appliquée à la formation d'une source d'azote, elle est 10 adaptée pour distribuer n'importe quel liquide à basse température vaporisable, tel que l'argon liquide, l'oxygène liquide ou équivalent, 1*adaptation de l'installation à un nouveau liquide pouvant éventuellement exiger une modification des dimensions du récipient cryogénique et des accessoires. 72 09154 9 2130315 KEVEMŒCAglONS 1) Groupe mobile formant source autonome de gaz à grand débit et forte pression, caractérisé en ce qu'il comprend un chariot mobile qui porte : 5 a) - des moyens producteurs de gaz qui engendrent une alimentation de gaz à une pression élevée et à une température inférieure à la température ambiante ; cette source de gaz étant engendrée par vaporisation d'un fluide à basse température ; 10 b) - un dispositif de chauffage du gaz communiquant avec les moyens producteurs de gaz, ce dispositif comprenant un serpentin de transmission primaire de la chaleur fixé de façon à pouvoir échanger de la chaleur avec une surface de transmission secondaire de la chaleur, laquelle enferme au 15 moins une partie du serpentin ; et c) - un circuit de distribution du gaz communiquant avec la sortie du dispositif de chauffage et adapté pour être raccordé à un récipient destiné à recevoir les gaz sous pression. 20 2) Groupe mobile suivant la revendication 1, carac térisé en ce que le fluide à basse température est l'azote liquide. 3) Groupe mobile suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage du gaz est contenu 25 dans un coffre de commande monté sur le chariot, le serpentin de transmission primaire de la chaleur de ce dispositif de chauffage étant fixé à au moins une surface interne du coffre. 4) Groupe mobile suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit coffre est ouvert à son extrémité supé- 30 . rieure et à son extrémité inférieure pour permettre à l'air ambiant de circuler par convection à travers ce coffre. 5) Groupe mobile suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le serpentin de transmission primaire de la chaleur est fixé en outre à une deuxième surface conductrice 35 de la chaleur, nervurée, parallèle à la surface interne du coffre à laquelle le serpentin est fixé, les nervures de la 72 09154 10 2130315 deuxième surface de transmission de la chaleur étant parallèles et fixées à la surface du serpentin qui est à l'opposé de la surface interne du coffre à laquelle le serpentin est fixé, pour établir une transmission de chaleur par conduction 5 et par convection au serpentin primaire. 6) Groupe mobile suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de distribution du gaz comprend une série de tuyaux de pression qui sont montés sur des tourets à ressort et réunis par un collecteur à la sortie du serpentin, 10 ces tuyaux étant adaptés pour se raccorder à un récipient à mettre sous pression. 7) Groupe mobile formant source autonome de gaz à grand débit et à forte pression, caractérisé en ce qu'il comprend un chariot mobile qui porte 15 a) - des moyens producteurs de gaz qui engendrent une alimentation de gaz à une pression élevée et une température inférieure à la température ambiante, cette alimentation de gaz étant engendrée par vaporisation d'un fluide cryogénique } 20 b) - un serpentin de transmission primaire de la cha leur qui communique avec la sortie des moyens producteurs de gaz, et qui est fixé à au moins une surface interne d'un coffre monté sur le chariot de manière à pouvoir échanger de la chaleur avec ce dernier ; et 25 c) - un circuit de distribution du gaz comprenant un collecteur qui communique avec la sortie du serpentin, la sortie du collecteur communiquant à son tour avec des tuyaux montés sur des tourets enrouleurs à ressort et adaptés pour être raccordés à un récipient qu'il s'agit de mettre sous pres-30 sion. 8) Groupe mobile suivant la revendication 7» caractérisé en ce que le fluide à basse température est l'azote liquide• 9) Groupe mobile suivant la revendication 8, caracté-35 risé en ce que le coffre est ouvert à son extrémité supérieure et à son extrémité inférieure pour permettre à l'air ambiant de circuler à travers ce coffre. 72 09154 n 2130315 10) Groupe mobile suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le serpentin est fixé en outre, à une deuxième surface conductrice de la chaleur, nervurée, parallèle à la surface interne du coffre à laquelle le serpentin est fixé, les nervures de la deuxième surface étant parallèles et fixées à la paroi du serpentin qui est à l'opposé de ladite surface interne du coffre.