Brevet FR2290368A1 — publié le 19760604

L'invention est relative aux dispositifs de stockage et de distribution de substances, notamment sous forme de vapeur, qui peuvent être sensibles à l'action de l'air, plus particulièrement en ce qui concerne leur oxydation. L'invention concerne plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi ces dispositifs,ceux pour le stockage et la distribution de métaux alcalins, notamment sous forme de vapeur, tels que du sodium, du potassium, du lithium ou du césium. Actuellement, les métaux alcalins sont, le plus souvent, stockés, pour les quantités importantes, dans des réservoirs cylindriques en acier inoxydable ou en verre, comportant, d'une part, un orifice de distribution auquel est raccordée une canalisation munie'd'une vanne et, d'autre part, un orifice d'amenée d'un gaz inerte, par exemple de l'argon. Le transfert d'une partie du métal peut, par exemple, être assuré par chauffage ou par la poussée du gaz. Le stockage de métaux alcalins en quantités plus faibles tà partir de quelques grammes) se fait en ampoules de verre. L'utilisation du métal s'effectue en brisant l'ampoule dont tout le contenu doit être utilisé. On conçoit que ces dispositifs de stockage et la façon de les utiliser présentaient de nombreux inconvénients. Un des buts de la présente invention est d'obtenir un dispositif de stockage et de distribution qui permet de doser facilement la quantité de substance distribuée, notamment sous forme de vapeur, que l'utilisateur désire. Un autre but encore de l'invention est d'obtenir un dispositif de stockage et de distribution qui soit rechargeable une fois vide. Le dispositif de stockage et de distribution selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte - un réservoir étanche abritant la substance sous sa forme solide, - une ouverture ménagée dans ce réservoir, - un obturateur destiné à coopérer avec la susdite ouverture de façon étanche, - des moyens de commande de cet obturateur, - et des moyens de chauffage de la substance abritée dans le réservoir pour la porter à une température telle que la pression de vapeur qui en résulte engendre un écoulement de ladite substance, notamment sous forme de vapeur, à travers la susdite ouverture lorsque celle-ci est ouverte. Suivant une disposition avantageuse de l'invention, des moyens de réglage sont prévus pour faire varier l'intensité des susdits moyens de chauffage. Suivant une autre disposition avantageuse de l'invention, des moyens de remplissage indépendants de l'ouverture du ré servöir sont prévus sur ledit réservoir. - Au point de vue constructif, les moyens de commande de l'obturateur sont de préférence constitués par un vérin alimenté par un fluide sous pression, les éléments mobiles dudit vérin (piston et tige) étant reliés aux parties fixes du dispositif par des parois déformables assurant une étanchéité absolue. L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'être question ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des modes de réalisation préférés de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif, La fig. 1 de ces dessins est une coupe schématique montrant -un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La fig. 2 est une coupe plus détaillée montrant un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Se proposant de réaliser un dispositif de stockage et de distribution de vapeur de sodium, on peut avantageusement s'y prendre comme suit ou de façon analogue On fait comporter à ce dispositif, comme montré de façon schématique sur la fig. 1 et, avec plus de détails, sur la fig. 2, - un réservoir étanche 1 abritant le sodium sous sa forme solide, - une ouverture 2 ménagée dans ce réservoir 1 dans une zone baignée par la vapeur de sodium, c'est-à-dire dans la paroi supérieure la du réservoir étanche 1 dans la configuration a adoptée sur les fig. 1 et 2, - un obturateur 3 destiné à coopérer avec la susdite ouverture 2 de façon étanche, - des moyens de commande de cet obturateur 3, moyens de commande désignés d'une façon générale par le chiffre de référence 4, - et des moyens de chauffage, désignés d'une façon générale par le chiffre de référence 5, et destinés à chauffer le sodium contenu dans le réservoir étanche 1 pour le porter à une température telle que la pression de la vapeur de sodium qui en résulte engendre un écoulement de vapeur de sodium à travers l'ouverture 2 lorsque celle-ci est ouverte. En ce qui concerne les moyens de chauffage 5, ils peuvent avantageusement être constitués par une résistance électrique 6 alimentée par une source de courant 7. De préférence, des moyens de réglage 8 sont prévus pour faire varier l'intensité des moyens de chauffage 5, lesdits moyens de réglage 8 pouvant être asservis à une sonde de température 9 disposée au sein du sodium sous sa forme liquide. Le réservoir étanche 1 peut être muni de moyens de remplissage désignés, d'une façon générale, par le chiffre de référence 10 qui sont indépendants de l'ouverture 2 du réservoir et qui sont également indépendants de toute autre ouverture que pourrait comporter le réservoir, par exemple pour le passage de moyens de commande de l'obturateur ; ces moyens de remplissage 10 peuvent avantageusement être constitués par un queusot 11. En ce qui concerne l'obturateur 3, il est de préférence du type sans joint, c'est-à-dire que l'étanchéité se fait métal contre métal, ltobturateur 3 comportant une arête annulaire 12 qui vient en appui sur un siège annulaire 13 entourant l'ouver- ture 2, les matériaux constitutifs de l'arête annulaire 12 et du siège annulaire 13 étant tels que ladite arête provoque une empreinte sur ledit siège lorsqu'elle est sollicitée vers lui, le contact entre cette arête et ce siège étant alors suffisamment intime pour assurer une étanchéité. Quant aux moyens de commande 4 de l'obturateur 3, ils peuvent être constitués par un vérin dont la chambre 14 est alimentée par un fluide sous pression tel que de l'air comprimé. Les éléments mobiles de ce vérin, ctest-à-dire son piston 15 et sa tige 16, sont avantageusement reliés aux parties fixes du dispositif, c'est-à-dire au corps de vérin 17 et au réservoir étanche 1, respectivement par des parois déformables 18 et 19 qui sont, de préférence, constituées toutes les deux par des soufflets métalliques. Un tel vérin est alors agencé de sorte que le piston 15 entoure le corps de vérin 17, ledit piston étant relié à la tige 16 par des doigts radiaux 20 passant par des passages 21 ménagés dans le corps de vérin 17. Ce vérin est à simple effet et son rappel est provoqué par des moyens de rappel élastique tels qu'un ressort 22 maintenant l'obturateur 3 en position fermée. Lorsque de l'air comprimé est admis dans ia chambre 14 du vérin, le piston 15 se déplace dans le sens indiqué par la flèche F (fig. 1 et 2) et l'obturateur 3 se soulève et découvre l'ouverture 2 ; par contre, åès que la pression d'air comprimé est supprimée, le ressort 22 provoque le retour de l'obturateur 3 dans sa position fermée. En se référant plus particulièrement au mode de réalisation illustré sur la fig. 2, on va maintenant décrire plus en détail la construction d t un dispositif conforme à l'invention. Le réservoir étanche 1 présente une forme cylindrique et l'ouverture 2 est ménagée au centre de sa face plane supérieure sa face plane inférieure comporte une ouverture 23 coaxiale à l'ouverture 2 et qui permet le passage des moyens de commande 4 de l'obturateur 3. Le siège annulaire 13 entourant l'ouverture 2 est pincé entre deux arêtes annulaires, l'une faisant partie de la paroi du réservoir 1, alors que l'autre est usinée sur une bride 24 vissée sur ladite paroi de manière à assurer une étanchéité. Les moyens de commande 4 sont fixés sur le réservoir 1 par l'intermédiaire, - d'une part, d'un joint métallique 25 pincé entre deux arêtes annulaires, l'une faisant partie de la paroi du réservoir 1 alors que l'autre est usinée sur une pièce 26 formant guide pour la tige 16 du vérin des moyens de commande 4, - d'autre part, d'un soufflet métallique constituant la paroi déformable 19, soufflet métallique qui est soudé, d'un côté, à l'obturateur 3 et, de l'autre côté, à la susdite pièce formant guide 26. La fixation des moyens de commande 4 sur le réservoir étanche 1 comprend des rondelles isolantes 27 de manière à isoler thermiquement les susdits moyens de commande lorsque le réservoir étanche est chauffé ; de telles rondelles isolantes 27 permettent également une bonne homogénéité de la température du réservoir 1 et, de plus, elles réduisent les pertes par conduction. Dans le même but, la tige de vérin 16 comprend une partie haute 16a et une partie basse 16b séparées par une pièce isolante 28 qui peut comporter des logements radiaux 29 dans lesquels s'engageant les doigts radiaux 20 assurant la liaison entre le piston de vérin 15 et la susdite tige de vérin 16. La partie basse 16b de la tige de vérin 16 se prolonge par un poussoir 30 autour duquel elle coulisse : ce poussoir 30 comporte, à son extrémité inférieure, une tête 31 qui prend appui sur le fond d'un capuchon 32 vissé sur le corps de vérin 17. Ce corps de vérin 17 comporte, autour de son extrémité inférieure, un fourreau 17a qui est emmanché et qui coulisse sur ledit corps de vérin 17, le soufflet métallique constituant la paroi déformable 18 venant se souder sur le susdit fourreau 17a. Le piston de vérin 15 comporte alors une partie haute 15a au niveau de laquelle s'effectue la liaison avec la tige de vérin 16, et une partie basse 15b au niveau de laquelle vient se souder le soufflet métallique constituant la paroi déformable 18. Ces deux parties haute 15a et basse 15b peuvent être vissées l'une sur l'autre. En ce qui concerne le ressort 22, il peut être avantageusement constitué par un empilement de rondelles élastiques. Le capuchon 32 comporte, en son centre, un trou fileté 33 dans lequel, une fois que la partie basse 15b du piston de vérin 15 est dévissée et dégagée en entraînant avec elle le soufflet 18 et ie fourreau 17a, on peut engager une vis qui prend appui sur la tête 31 du poussoir 30 et permet d'exercer sur l'obturateur 3 une force de manière à provoquer une empreinte sur le siège 13 ; cette action sur la vis peut être faite à l'aide d'une clé dynamométrique afin d'appliquer une contrainte calibrée et, de ce fait, obtenir l'empreinte désirée pour assurer l'étanchéité. Grâce à cette possibilité de constituer une empreinte préalable de l'arête annulaire 12 de l'obturateur 3 sur son siège annulaire 13, on peut réduire l'effort demandé au ressort 22 et, de ce fait, réduire la force d'ouverture, donc la force développée par les moyens de commande 4.On obtient alors un dispositif plus compact et moins encombrant. Au point de vue constructif, il convient de signaler que les parties constituantes du dispositif sont en acier inoxydable, les joints métalliques et le siège annulaire en cuivre, et les pièces isolantes en alumine. Le dispositif conforme à l'invention permet donc à l'utilisateur de doser facilement la quantité de vapeur de sodium qu'il désire. Le débit de vapeur de sodium peut être réglé constructivement en modifiant la section de passage de l'ouverture de sortie ou bien en agissant sur les moyens de chauffage pour obtenir une température plus ou moins élevée. Il serait encore possible de régler le débit de vapeur par un agencement spécial des moyens de commande qui permettrait une levée réglable de l'obturateur, donc une section réglable pour l'ouverture de sortie. Une fois le réservoir vide, il est possible de procéder à son remplissage, ou bien par les moyens de remplissage spécialement prévus, ou bien par l'ouverture de sortie, ou bien encore par l'ouverture prévue pour le passage des moyens de commande de l'obturateur. La constitution du dispositif et sa construction permettent son fonctionnement jusqu'à des températures de 450"C et dans une gamme de pressions couvrant depuis les très basses pressions (inférieures à 10 6mu de mercure) jusqu t à la pression atmosphérique. Il est possible d'utiliser des métaux alcalins relativement impurs et de procéder à un chauffage préalable de ces métaux dans le réservoir du dispositif, ltobturateur étant en position d'ouverture : on provoque alors une évaporation des impuretés jusqu'à obtenir un produit dont la pureté est satisfaisante pour l'utilisation désirée. Cet avantage est particulièrement intéressant dans le cas du potassium qui se trouve dans le commerce à très bas prix sous forme relativement impure. Il est aussi possible d'utiliser les métaux alcalins sous forme d'hydrures, ce qui permet leur manipulation et leur stockage à la pression atmosphérique. Au moment de l'utilisation, un chauffage préalable, à une température voisine de 250"C, permet d'obtenir le métal en libérant l'hydrogène. Comme applications particulières d'un dispositif conforme à l'invention on peut citer le remplissage des tubes à décharge en vapeur de métaux alcalins. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de stockage et de distribution de substances, notamment sous forme de vapeur, sensibles à l'action de l'air, caractérisé par le fait qu'il comporte - un réservoir étanche (1) abritant la substance sous sa forme solide, - une ouverture (2) ménagée dans ce réservoir (1), - un obturateur (3) destiné à coopérer avec la susdite ouverture (2) de façon étanche, - des moyens de commande (4) de cet obturateur (3), - et des moyens de chauffage (5) de la substance abritée dans le réservoir (1) pour la porter à une température telle que la pression de vapeur qui en résulte engendre un écoulement de ladite substance, notamment sous forme de vapeur, à tra vers la susdite ouverture (2) lorsque celle-ci est ouverte. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage (5) comportent une résistance électrique (6) alimentée par une source de courant (7). 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que des moyens de réglage (8) sont prévus pour faire varier l'intensité des moyens de chauffage (5). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que des moyens de remplissage indépendants (10) sont prévus sur le réservoir (1). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de commande (4) de l'obturateur (3) sont constitués par un vérin alimenté par un fluide sous pression, les éléments mobiles (15, 16) dudit vérin étant reliés aux parties fixes du dispositif (1, 17) par des parois déformables (18, 19) assurant une étanchéité absolue. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le vérin est à simple effet, des moyens de rappel élastique (22) maintenant l'obturateur (3) en position fermée. 7.- Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes au stockage et à la distribution de métaux alcalins