Brevet FR2447877A1 — publié le 19800829

La présente Invention ~oncerne une installat-on ae survewllance destInée notamment à un milieu liquide à très basse température dans une installation de transport, un réservoir, un récipient ou analogues De telles installations de surveillance servent par exemple à contrôler le niveau d'un liquide contenu dans un récipient On contact de multiples applications dans lesquelles il est important de surveiller le niveau du liquide ou le contenu instantané du récipient Les systèmes de mesure utilisés pour déterminer le contenu du récipient reposent en général sur la proportionnalité entre la hauteur du liquide et la pression statique du liquide dans le réservoir. De cette façon, on contrtle en continu les produits liquides dans les condenseurs et dans les colonnes, par exemple dans les installations de dezomposition de l'air et on maintient des produits entre des limites déterminées. Pour le stockage de liquide dans des réservoirs de grandes dimensions ainsi que lors de leur condItionnement dans des récipients de plus petite dimensions, on indique également en permanence le niveau des produits Comme on ne peut pas exclure une défaillance du dispositif utilisé pour mesurer en continu le contenu du récipient, on utilise des instruments de surveillance qui indiquent le dépassement vers le haut ou vers le bas d'une valeur limite prédéterminée Parmi le grand nombre de dispositifs connus qui permettent de surveiller le niveau d'un liquide, on connaît par exemple des commutateurs à flotteurs, simples, qui sont portés par la surface du liquide et lorsque celui-ci atteint un certain niveau dans le réservoir ou analogue, ces commutateurs. créent un signal de façon capacitive inductive ou de toute autre façono Abstraction faite des incidents qui ne sont pas à exclure par suite d'accidents mécaniques d'encrassage etc, et auxquels il est très difficile de remédier à l'in térieur d'un récipient sous vide, fermé, le problème principal de tels appareils de surveillance réside dans la transmission du signal d'information à travers l'isolation ou pour faire sortir ce signal de l en e sous vide du récipient La présente invention a pour but de parrnLr de l'état de la technique et'de:: créer une instaJlation de surveillance qui fonctionne de façon sire avec des moyens réduits au minimums qui ntentrttne pas de problème d(étanchéité lors de son montage dans un récipient isolé, sous vide ou analogue A cet effet, l'invention concerne une installation caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur de température et qui déclenche une commutation lorsqu'il entre en contact avec le milieu Selon l'invention, l'installation comporte un bottier cylindrique à isolation thermique, à l'intérieur duquel se trouvent à la fois le capteur de température et un capteur de chaleur I1 est particulièrement avantageux que le bottier soit en matière ceramique avec une paroi frontaie ouverte, et les perçages radiaux dans le bottier dans le botter au niveau de la jonction entre le capteur de température et le générateur de chaleur Suivant une autre caractéristique de l'invention, le capteur de température de l'installation est relié a un dispositif de commutation. Le dispositif de commutation déclenche selon l'invantion un contact de commutation lorsque le capteur de température est soumis à l'action du fluide a' tres basse température et le contact coupe par nxemple une pompe puisque le fluide introduit dans le réservoir se trouve à son niveau. Dans une application préférentielle de l'installation de surveillance selon l'invention, celle-ci est'prévue dans un récipient et dans ce cas le dispositif de commutation associé au capteur de température est relié à une pompe d'alimentation Lorsque le liquide atteint son niveau dans le récipient, il arrive en contact avec le capteur de température, qui s' est réchauffé, et refroidit le capteur Cette chute de température provoque la coupure de la pompe d'alimentation par l'intermédiaire du dispositif de commutation comme cela a été indiqué ci dessus On atteint ainsi le niveau souhaité du fluide dans le réservoir L'installation de surveillance selon l'invention permet de résoudre de façon avantageuse l'un des pr;;neFax problèmes qui se posent pour le transport de fluide cryogène dans les conduites, à savoir la réduction du débit du liquide par suIte des pertes de charge qui provoquent la création d'un système à deux phases par vaporisation du liquide cryogène Pour pouvoir résoudre ce problème, l'installation de surveillance selon l'invention est montée dans un cylindre associé à une conduite d'alimentation et dont l'extrémité opposée à celle correspondant à la conduite comporte une branche de dérivation pour une conduite auxiliaire munie d'une vanne d'arrêtO Dans ce mode de réalisation particulier de l'inven- tion, le dispositif de commutation associé à l'installation de surveillance est relié à la vanne d'arrbt. Ce montage avantageux permet un dégazage sûr du milieu cryogène qui s'écoule dans la conduite. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide de divers modes de réalisation préférentiels représentés dans les dessins annexés dans lesquels - la figure l est un schéma du montage de l'installation de surveillance dans un réservoir. - la figure 2 est une vue à échelle agrandie du détail A de la figure t. - la figure 3 est un schéma du montage de l'installation de surveillance dans une conduite de transport. - la figure 4 est une vue à écheile agrandie de l'installation de surveillance de la figure 3. L'installation de surveillance 10 selon l'invention est représentée aux figures 1 et 2 dans sa première application Selon les figures, l'installation est montée dans un réservoir ou récipient 12 servant à stocker un milieu liqu.éfié 14, à très basse température. L'alimentation et l'évacuation du milieu 14 dans le réservoir 12 se fait par les conduites 16, 18. L'isntallation de surveillance 10 traverse l'enceinte sous vide 12c formée entre le réservoir intérieur 12a et le réservoir extérieur 12b (figure 2). Pour cela, on a soudé des ajutages 20, 22 dans la paroi du récipient intérieur 12a et du récipient extérieur 12b; les ajutages 20, 22 sont reliés l'un à l'autre par un tube à ondulation 22 qui assure l'étanchéité au gaz. Les ondulations étroites du tube à parois minces réduisent un minimum un éventuel passage de la chaleur à partir de 1 'environnement L'ajutage intérieur 20 (figure 2! sert à recevoir l'installation de surveillance proprement dite. L'ajutage 20 sert à recevoir et à fixer un bottier 26 en matière céramique, de forme cylindrique, et dont les deux cotés frontaux sont ouverts La zone cylindrique Supérieure du bottier 26 sert à recevoir un générateur de chaleur 28 par exemple un cartouche chauffante qui est reliée a une source de courant 32 par une conduite dzalimentat-on 30 Le bottier 26 peut être également réalisé en matière synthétique. Le générateur de chaleur 28 est entouré par un corps métallique 36 en un matériau bon conducteur de la chaleur; comme par exemple du cuivre ou de l'aluminium. On assure ainsi que la puissance calorifique fournie par le générateur de chaleur 28 soit transmise de façon constante et sans obstacle au corps métallique 34. Ce corps métallique 34 (figure 2) est entouré par un bottier 26 en matière céramique. Ce bottier sert à isoler le corps 34 de façon que la chaleur créée par le générateur de chaleur 28 soit pratiquement fournie exclusivement à une pointe prévue à l'extrémité inférieure du corps 34. Cette pointe sert à recevoir un capteur de température 36 qui est relié au dispositif de commutation 40 par une ligne de commande 38. Des perçages radiaux 42 sont prévus dans le bottier en céramique 26 au niveau de la zone de jonction entre le capteur de température 36 et du générateur de chaleur 28; la fonction des perçages 42 sera décrite ultérieurement. Une pompe d'alimentation 44 montée dans la conduite d'alimentation 16 assure le pompage d'un limieu liquéfié 14, à très basse température vers le réservoir 12. Au dessus du niveau du liquide se trouve le gaz qui se forme par vaporisation du liquide. En mtme temps; la source de courant 32 est reliée à l'inEtalJation de surveillance 10, c'est à-dire que le générateur de chaleur 28 dégage de la chaleur qui passe par la paroi du zorps métallIque 34 pour arriver ä sa pointe non isolée et passer dans le capteur de temperatur- 34 qui s'y trouve Le bolier cylindrique 26 interdit une onvexXon libre du gaz et assure une montée en température du corps métallique 34. Lorsque pendant le remplissage du récipient 12, le niveau du liquide monte et atteint par exemple le repère indiqué à la figure 1 par un triangle, le corps métallique 34 arrive en contact avec le liquide à très basse température 14 si bien que la chaleur latente fournie au corps métallique par le générateur de chaleur 28 est transmise immédiatement au lIquide à très basse température. Le refroidissement brutal du corps métallique par le liquide à très basse température entrave une chute immédiate de la tempéra ture, ce qui est indiqué par le capteur de température 36. Comme lors de la montée du liquide â l'intérieur du récipient; le niveau du liquide arrive également dans le volume intérieur du boîtier cylindrique 26, le gaz qui s'y trouve est expulsé vers le côté à travers les perçages radiaux 42. L abaissement de la température, détecté par le capteur de température 36, doit astre affiché par un moyen optique etXou acoustique, ce qui permet au personnel de service de prendre les mesures appropriées. Dans l'exemple de réalisation, le capteur de température 36 actionne le dispositif de commutation 40 par l'intermédiaire de la ligne de commande 38; un dispositif de commutation 40 coupe la pompe d alimentation 44 par la ligne de commande 46. On interrompt ainsi l'alimentation en liquide cryogène t4 et la niveau du liquide dans le récipient 12 reste constant comme cela est souhaité. Lorsque le niveau du liquide s'abaisse, par exemple par suite d'une extraction de liquide cryogène, le dispositif de surveillance 11,tnmergé jusqu'alors dans le bain de liquide, est de nouveau libre, si bien que le générateur de chaleur 28 peut de nouveau chauffer le corps métallique 34 à la température réglée quiy pour une détection correspondante du capteur de température 36peut de nouveau brancher la pompe d'alimentation 44 par l'intermédiaire du dispositif de commutation 40 (le cas échéant avec une temporisation prédéterminée, pour pomper de nouveau du liquide dans le récipient). Les quantités de chaleur fournies par le générateur de chaleur 28 sont très faIbles et par suite negligeables (par exemple 2-5 watts), si bien que la température indiquée par le capteur de température 36, immergé, correspond pratiquement a la température d'ébullition du liquide. Les figures 3 4 montrent un second exemple dDapplication de l'installation de surveillance 10 selon l'invention. Comme indiqué dans ces figures, la conduite d'alimentation 48 qui sert à transporter un milieu liquéfié dans la direction de la flèche, contrent un "cylindre" 50. Par suite de la réduction du débit du liquide résultant des pertes de charge, on arrive a un système a deux phases (phase gazeuse/phase liquide) par vaporisation du liquide. La quantité de gaz qui se forme dans la conduite 48 lors du passage du liquide arrive sous l'effet de sa plus faible densité, dans le cylindre 50 relié a la partie haute de la conduite. Ce cylindre de mesure 50 comporte une installation de surveillance 10 (voir figure 4) dont la structure et le fonctitnnement à cet endroit ne nécessitent pas de nouvelles exploitations. L'installation de surveillance 10 est portée par un ajutage fileté 54 par l'intermédiaire d'un tube de fixation 52; à l'intriéur du tube 52 se trouve la conduite d'alimentation électrique 30 et la ligne de commande 38. L'ajutage fileté 54 est lui même vissé de façon étanche au gaz dans une branche de dérivation 56 a l'extrémité supérieure du cylindre 50. La branche de dérivation 56 présente un diamètre tel qu'il subsiste un intervalle annulaire 58 entre sa paroi et le tube de fixation 52; cet intervalle annulaire 58 relie l'intérieur du cylindre à une conduite auxiliaire 60 (figure 3f, Une vanne d'arrêt 62 est prévue entre la conduite de dérivation 56 et la conduite auxiliaire 60. La vanne 62 est reliée par sa ligne de commande 46 au dispositif de commutation 40. La conduite auxiliaire 60 arrive par exemple a un réservoir non représenté ou llon pompe le liquide. Comme indiqué, les quantités de gaz formées pendant le passage du liquide dans la conduite 46 arrivent dans le cylindre 50. Aussi longtemps que l'installation de surveillance 10 à l'intérieur du cylindre 50 est entourée par du gaz, la température affichée par le capteur de tempéra tre 36 est supérieure a la température du gaz. Dans ces con ditns, la vanne d'arrêt 62 reste ouverte car la valeur de consigne réglée dans le dispositif de commutation 40 (dans ce cas il sagit aun régulateur de température) correspond à la 1remtérature i ébullition du liquide.Lorsque la section d'ouverture de la vanne d'arrêt 62 permet un débit de gaz supérieur à la fraction de gaz de l'écoulement à deux phases, le liquide arrive dans le cylindre 50 et son niveau augmente. Cette augmentation du niveau du liquide et le contact qui en résulte entre le liquide et l'installation de surveillance provoque l'abaissement de la température du corps métallique 34 jusqu'à la température d'ébullition du milieu Cette chute de température est transmise par le capteur de température 36 au dispositif de commutation (régulateur de la température) qui ferme la vanne d'arrêt 62. Ainsi, le gaz ne peut plus revenir dans le réservoir par la conduite auxiliaire 62 Cette nouvelle accumulation de gaz dans le cylindre 50 repousse le liquide vers le bas dans la conduite 48 Cela dégage l'installation de surveillance 10 du contact avec le milieu à très basse température entratnant une montée de la température du corps métallique 34 au-delà de la température d'ébullition; cette montée en température ne se fait pas immédiatement7 mais avec un certain retard qui dépend de la puissance calorifique du générateur de chaleur 28 et de la masse du corps métallique 34 Cette élévation de la température ouvre de nouveau la vanne d'arrêt 62 par l'intermédiaire du dispositif de commutation 40 et ie gaz accumulé peut de nouveau s'échapper par la conduite auxiliaire 60 Cette évacuation de ga? de conduite 88 sous pression peut ainsi se faire sans aucun autre moyen, en réglant la grandeur de consigne du régulateur de température (dispositif de commutation 40) à une pression correspondant à la température d'ébullition REVENDICATIONS t,o) Installation pour surveiller notamment un milieu liquide à très basse température dans une conduite d'alimentation d'un réservoir, dflun récipient ou analogue, installation 10 caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur de température 36 qui déclenche une commutation lorsqu'il arrive au contact avec le milieu 140 20) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un bottier cylindrique 26, à isolation thermique, et qui continent a la fois le capteur de température 36 ainsi qu'un générateur de chaleur 28. 30) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le bottier 26 est en matière ceramique et sa face avant est ouverte, et au niveau de la jonction entre le capteur de température 36 et le générateur de chaleur 28 le bottier 26 comporte des perçages radeaux 42 4 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le capteur de température 36 et le générateur de chaleur 28 sont entourés d'un corps métallique 34 non conducteur de chaleur. 50) Installation selon l'une quelconque des revendications t o 4, caractérisée en ce que capteur de température 36 est relié à un dispositif de commutation 40. 60) Installation selon l'une quelconque des revendications t à 5, caractérisée en ce qu'elle est montée dans un récipient 12 et le dispositif de commutation 40 associé au capteur de température 36 est relié à une pompe d'alimentation 44 70) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est montée dans un cylindre 50 associé à une conduite d'alimentation 4 l'extrémité du cylindre 50 opposée à celle correspondant à la conduite d'alimentation 48 comportant une dérivation56 pour une conduite auxiliaire 60 munie d'une vanne d'arrtt 62. 80) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un dispositif de commutation 40 qui lui est assocué est relié par la vanne d'arrat 620