Brevet FR2271475A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne une électrovanne à action directe, à commande par solénolde, specialement destinée à des circuits de distributiog de fluides cryogéniques tels que des gaz liquéfiés. De telles électrovannes comportent généralement un corps muni de canalisations de circulation du fluide et portant le siège du clapet de fermeture. La chambre du clapet est géneralement fermes par un tube servant intérieurement ds guide au noyau magnétique mobile du clapet, et servant extèrieurement de centrage à la bobine d'excitation. Le circuit magnétique est complète par un noyau fixe formant le fond du tube, par le capot de la bobine, et par des bagues de liaison. Dans le cas d'une électrovanne à ouverture sous tension, en 1 'absence de courant d'alimentation de la bobine, le noyau inagnetique nobile portant le clapet est maintenu écarte du noyau fixe par un ressort qui amène le clapet au contact du siège ; lorsque la bobine est excitée, l'effort d'attraction entre le noyau fixe et le noyau mobile soulève le clapet du siège, contre le ressort de rappel. Une telle disposition convient bien pour les utilisations normales de la vanne, avec des fluide ordinaires. Par contre elle présente des inconvénients pour des applications cryogéniques. En effet, lorsque la bobine est ali entée elle constitue une source de chaleur dont une partie se dissipe par rayonnement et convection extèrieurs, mais dont une autre partie se transmet au fluide et peut en provoquer la vaporisation partielle. Il y a d'abord vaporisation au fond du tube guide qui, mess en position de fermeture de la vanne, est baigne par le fluide Cette zone est au coeur de la bobine et reste chaude après que la vanne a fonctionne plusieurs fois. Le matelas gazeux qui se forme ainsi dans le tubE peut gêner le fonctionnement normal ultèrieur du clapet mobile ; en outre, en raison du faible volume libre à l'intèrieur du tube, le matelas gazeux n'a pas le temps de se résorber lors de l'ouverture suivante de la vanne, et le gaz peut etre entraîné par le liquide dans les canalisations et entraîner des perturbations en aval. D'autre part, lorsque la vanne est fermée après plusieurs manoeuvres, la chaleur du coeur de la bobine se transmet aussi par le noyau mobile jusqu'au voisinage du siège du clapet. Ceci peut entraîner un échauffement et une vaporisation du fluide même du cté aval du clapet, et ici encore, lors de l'ouverture ultèrieure du clapet, des bulles gazeuses peuvent etre entraînées par le courant liquide et perturber la circulation en aval. La présente invention remédie à ces inconvenients en réduisant consi dérablexent les risques de vaporisation du fluide cryogénique, et surtout en duisant les risques de voir le courant liquide entraîner des parties gazeuses du fluide. L'invention s'applique à une electrovanne à commande par solénolde, pour interroopre ou autoriser le passage d'un fluide cryogénique, constituée par: - un corps comportant le siège d'un clapet et les orifices d'entrée et de sortie du fluide, communiquant chacun avec un c8té du siège du clapet, - un tube guide amagnétique, coaxial au siège du clapet, fixé de façon étanche au corps, muni à son extrémité opposée au corps d'un noyau fixe en métal magné tique, et entouré par le solénolde de commande, - un clapet mobile porté par un noyau coulissant dans le tube guide entre une posi tion de collage au noyau fixe lorsque le solénoïde est alimenté et une position écartée par un ressort de rappel lorsque l'alimentation du solénoide est coupée, Selon l'invention, le tube guide est de longueur nettement supérieure à celle du solénoïde de commande, celui-ci n'entourant qu'une partie du tube, opposée au corps, et le noyau coulissant est en trois parties - une partie formant le noyau magnétique proprement dit, disposée dans la z8ne entourée par le solénoide et constituant ainsi la partie mobile du circuit ma gnétique, - une partie portant le clapet proprement dit, disposée dans la zOne proche du siège, et sur laquelle agit le ressort de rappel, - un organe de liaison entre les deux parties précédentes, susceptibles de trans mettre au moins des efforts de traction L'invention va maintenant Entre décrite avec plus de détails en se référant à un ode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté par le dessin annexé qui donne une coupe axiale d'une électrovanne à ouverture sous tension réalisée selon l'invention, et destinée à des circuits de circulation de gaz liquéfiés. L'électrovanne est constituée par un corps 1 à deux orifices filetés 2 et 3 pour raccordement avec tuyauteries d'amenée et de sortie du fluide. Les deux orifices communiquent avec une chambre centrale 4 dans laquelle est formé le siège 5 du clapet. La chambre 4 est fermée par un tube guide en laiton 7 dont la partie inférieure est vissée dans le corps 1 avec un joint d'étanchéité 8. A sa partie supèrieure le tube 7 est fermé par une messe polaire 9. Le clapet mobile est constitué par une pastille souple 11 encastrée dans un premier noyau 12 coulissant dans le tube 7. Le noyau 12 est relié par un barreau rigide 13 en matériau mauvais conducteur de la chaleur, à un deuxième noyau 14. Au repos, le ressort 17 maintient le clapet en appui sur le siège 5, et la communication est interrompue entre les orifices 2 et 3 ; en meme temps un entrefer apparat entre le noyau 14 et la masse polaire fixe 9. La bobine d'excitation 18 entoure la partie supèrieure du tube 7 et la masse polaire 9. Le circuit magnétique de la bobine est ainsi constitué par le noyau mobile 14, la masse polaire 9, une rondelle 20, le capot 21 et la rondelle 22 qui supporte l'ensemble en prenant appui sur un épaulement du tube 7. L'écrou 23 maintien le capot en place. Lorsque la bobine est alimentée, l'induction dans l'entrefer provoque l'attraction du noyau mobile 4 vers la messe polaire 9, ce qui soulève le clapet 11 de son siège, contre le ressort 17, et entre l'ouverture de la vanne. Dans la vanne ainsi constituée, l'échauffement de la bobine peut provoquer, cuire dans les wodèles connus, une vaporisation du gaz liqucfié, dans la zone de l'entrefer entre les nasses 9 et 14, située au coeur de la bobine et cè la dissipation de la chaleur peut difficilement se faire par rayonnement extèrieur. Mais la distance entre le matelas ainsi constitué et le siège 5 du clapet fait que, à 11 ouverture suivante, le gaz peut difficilement Stre entraîné jusqu'au clapet. En outre, le volume intérieur du tube guide rempli par le fluide est augmenté par rapport aux modèles usuels, aussi bien par l'allongement du tube que par l'espace périphérique libre autour du barreau de liaison 13 de plus petit diamètre que les noyaux 12 et 14 qu'il réunit 5 il en résulte que si le gaz du haut du tube tend è s'écouler vers le siège, il ne peut l'atteindre qu'après avoir traversé une zone froide et une masse liquide qui le fait se résorber. On notera enfin que le barreau 13 empoche la transmission de la chaleur du coeur de la bobine vers le clapet, et interdit donc toute vaporisation secondaire au niveau du clapet. La transmission de la chaleur de la bobine vers le clapet ne peut se faire que par le tube 13 qui présente une surface externe suffisabte pour limiter ce transfert ; de toutes façons, la faible chaleur transmise est alors transis à la lasse du corps, si bien que le réchauffement du fluide est pratiquerent nul. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation qui a été décrit à titrs d'exemple, mais elle couvre aussi les réalisations qui n'en différeraient que par des variantes d'exécution ou l'utilisation de moyens équivalents. C'est ainsi qu' elle s'applique aussi à une électrovanne à fermeture sous tension. Egalement la liaison entre les noyaux 14 et 12 n'est pas nécessairsment rigide pourvu qu'elle puisse transmettre les efforts de traction engendrés par le ressort lors de la fermeture et par l'attraction magnétique lors ds l'ouver- ture ; le tube guide devrait alors comporter une butée pour limiter la course du noyau 14. Enfin le tube T pourrait aussi titre constitué en plusieurs parties, et wSze présenter des ailettes ou nervures sxtèrieures pour activer les échanges thermiques avec l'ambiance. REVENDICATIONS 1'- Elsotrovanne à commande par solénoïde pour intertsnpre ou autoriser le passage d'un fluide cryogénique, constituée par : - un corps comportant le siège d'un clapet et les orifices d'entrée et de sortie du fluide, communiquant chacun avec un côté du siège du clapet, - un tube guide amagnétique, coaxial au siège du clapet, fixé de façon étanche au corps, muni à son extrémité opposée eu corps d'un noyau fixe en métal magnétique, et entouré par le solénoïde de commande, - un clapet mobile porté par un noyau coulissant dans. le tube guide entre une po sition de collage au.noyau fixe lorsque le solénoïde est alimenté et une position écartée par un ressort de rappel lorsque l'alimentation du solénoïde est coupée, caractérisés par le fait que le tube guide est de longueur nettement supèrieure b celle du solEnoVde de conaande, celui-ci n'entourant qu'une partie du tube, opposée au corps, et par le fait que le noyau coulissant est en trois parties - une partie formant le noyau magnétique proprement dit, disposée dans la zOne entourée par le solénoïde et constituant ainsi la partie mobile du circuit magné- tique, - une partie portant le clapet proprement dit, disposée dans la zOne proche du siège, et sur laquelle agit le ressort de rappel, - un organe de liaison entre les deux parties précédentes, susceptibles de trans mettre au "oins des efforts de traction. 2 - Electrovanne selon revendication 1, caractérisée par le fait que l'organe de liaison est une tige rigide en matSriau mauvais conducteur de la chaleur.