Brevet FR2460441A1 — publié le 19810123

Le présent brevet est relatif à un dispositif cryostatique des- tiné à être embarqué à bord d'un véhicule susceptible de subir des accélérations importantes selon plusieurs directions. De tels dispo- sitifs se composent essentiellement d'un réservoir que l'on emplit d'un liquide cryogénique, air liquide, azote liquide ou autre, préa- lablement au départ du véhicule, tel qu'un avion sans pilote ou dr8ne; ledit réservoir, après avoir subi les accélérations dues au départ et aux modifications de la trajectoire dudit véhicule, doit contenir encore assez de liquide cryogénique pour lui permettre d'ttre opérationnel pendant le temps prévu. Les dispositifs cryostatiques connus se présentent sous la forme d'un réservoir à double paroi avec orifice de remplissage à la partie supérieure. On conçoit aisément que ce dispositif cryostati- que simple placé, tel une bouteille, dans un véhicule se vide par son orifice supérieur si le véhicule est soumis à une accélération verticale importante, dite positive par ce que de m9me sens que la pesanteur. On considère comme importante une accélération supérieure à celle de la pesanteur. Dans un premier temps, pour remédier à cet inconvénient, un tube plongeur, prolongeant l'orifice de remplissage environ jusqu'au milieu du réservoir, a été utilisé pour limiter le volume de liquide cryogénique éjecté par ltorifice de remplissage à chaque accéléra- tion positive verticale importante. Toutefois ce perfectionnement ne donne pas entière satisfaction, l'éjection de liquide cryostati- que étant encore trop importante. Pour pallier cet inconvénient, le dispositif cryostatique selon l'invention, qui est un dispositif cryostatique comportant une paroi interne et une paroi externe réunies en leurs parties supérieures par l'orifice de remplissage, le vide étant fait entre les deux parois, est remarquable en ce que le réservoir de liquide cryogéni- que, qui est délimité par la paroi interne, est divisé par une cloi- son séparative en deux réservoirs, un réservoir primaire et un réser- voir secondaire, en ce que le réservoir secondaire entoure tout ou partie du réservoir primaire, en ce que l'orifice de remplissage aboutit dans le réservoir secondaire et en ce que le réservoir pri- maire et le réservoir secondaire communiquent par un orifice situé dans la cloison séparative à un niveau tel que le volume du réser- voir primaire sis au dessous dudit orifice soit approximativement égal au volume sis au dessus de ce meme orifice dans ce m9me réser- voir. Dans le cas o le réservoir primaire est de forme cylindrique ledit orifice de communication est alors situé approximativement à mi-hauteur dudit réservoir primaire. Toujours selon l'invention le dispositif cryostatique compor- tera avec avantage un ou plusieurs conduits capillaires dans la par- tie supérieure de la partie latérale de la cloison séparative. Lesdits conduits capillaires sont situés approximativement au-dessus de l'ori- fice de communication, par exemple dans le cas d'un réservoir pri- maire cylindrique sur la même génératrice ou sur des génératrices voisines. Ainsi le dispositif cryostatique selon l'invention aura- t-il un moins bon comportement seulement pour les accélérations de même direction que le déplacement du dr6ne mais de sens contraire à ce déplacement; or, dans la pratique ce type d'accélération se rencontre rarement. Toujours selon l'invention l'orifice de communication entre le réservoir primaire et le réservoir secondaire sera avantageusement protégé par un déflecteur sis à l'intérieur dudit réservoir primaire. Le principal avantage du dispositif cryostatique selon l'inven- tion réside dans le fait que-le liquide cryostatique est conservé au maximum dans ledit dispositif cryostatique malgré les accéléra- tions auxquelles il est susceptible d'être soumis suivant différentes directions. Des essais réalisés sur un dispositif cryostatique selon l'invention, embarqué à bord d'un dr6ne ont montré qu'une quantité de liquide cryostatique équivalente à la moitié de la contenance du réservoir primaire était conservée quels que soient le nombre, l'in- tensité et la direction desdites accélérations, étant bien entendu que les accélérations de même direction que le déplacement du drSne et de sens contraire sont statistiquement peu nombreuses au cours d'un vol. Un autre avantage du dispositif cryostatique selon l'invention réside dans le fait que le réservoir secondaire, qui entoure partiel- lement ou presque totalement le réservoir primaire,à un rôle supplé- mentaire de refroidissement des parois du réservoir primaire, ce qui diminue l'évaporation du liquide cryostatique au contact de celles- ci. D'autres caractéristiques et d'autres avantages du dispositif cryostatique selon l'invention apparaîtront au cours de la descrip- tion qui suit, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures données en annexe. Les figures I et 2 représentent deux exemples de réalisation du 3 2460441 dispositif cryostatique selon l'invention. Les figures 3 et 4 représentent chacune une vue en coupe d'un dispositif cryostatique selon l'invention muni de divers perfection- nements. La figure 5 est une coupe orthogonale aux précédentes d'un dispositif cryostatique muni d'un perfectionnement en facilitant la vidange. Sur la figure 1, sont représentées, en 1, la paroi externe du dispositif cryostatique selon l'invention et, en 2, la paroi interne de ce même dispositif. Entre ces deux parois I et2, selon la tech- nique habituelle et connue le vide a été fait en 3. Selon l'invention une cloison séparative 4 partage le réservoir de liquide cryostati- que délimité par la paroi interne 2, en deux réservoirs, le réser- voir primaire 5 et le réservoir secondaire 6. Un orifice 7 percé dans la cloison 4 approximativement à mi-hauteur du réservoir pri- maire 5 fait communiquer ledit réservoir primaire 5 avec le réser- voir secondaire 6 lui-même prolongé par l'orifice de remplissage 8. Le dispositif représenté à titre d'exemple par la figure 1 est de forme cylindrique et la figure I représente une coupe selon deux génératrices diamétralement opposées de ce dispositif. Aucune rela- tion n'est imposée entre la hauteur et le diamètre dudit dispositif cryostatique. Lorsque ledit dispositif cryostatique est embarqué à bord d'un dr8ne, il est placé en position verticale, l'orifice de remplissage 8 étant à sa partie supérieure, et l'orifice de commu- nication 7 étant placé vers l'avant du dr8ne, le sens normal de déplacement dudit dr8ne étant figuré par la flèche 9. L'orifice de communication 7 doit rester petit par rapport à la hauteur du réser- voir primaire 5, cet orifice de communication 7 est de section cir- culaire ou ovale. Le diamètre de l'orifice de remplissage 8 a été ici limité pour réduire les pertes par conduction. Sa position exacte peut être choisie en fonction des caractéristiques des accélérations subies en utilisation et éventuellement de la résistance des matériaux utilisés. Bien entendu, ledit dispositif cryostatique selon l'invention peut comporter tous les aménagements nécessaires à son utilisation et bien connus par ailleurs. Ainsi, sur la paroi interne 2 et dans fixés l'enceinte sous vide 3 peuvent être -'divers éléments 10 devant être refroidis et dans la paroi externe 1 peuvent être inclus une zone Il transparente à certains rayonnements et un élément 12 étanche au vide et porteur de passages électriques 13. A titre d'exemple, les parois 1 et 2 et la cloison 4 peuvent, être réalisées en verrerie, mais il est évident qu'une réalisation métallique, par exemple alliage cuivreux ou acier inoxydable, ne sort pas du cadre de la présente invention. Dans le cas d'une réalisation en verrerie on fera utilement,selon la technique connue,une métalli- sation des parois pour diminuer les pertes thermiques par rayonne- ment. La figure 2 est également une vue en coupe d'un dispositif cryostatique selon l'invention. Dans ledit dispositif cryostatique représenté sur cette figure 2, pour des raisons de commodité de réa- lisation technologique la paroi interne 2 présente un décrochement à la base duquel vient se fixer la cloison 4. Sur toutes les figures annexées à la présente description les mêmes éléments des différentes réalisations du dispositif selon l'invention sont repérés par les mêmes numéros. La figure 3 met en évidence quelques perfectionnements du dispo- sitif cryostatique selon l'invention. Suivant les cas, lesdits per- fectionnements peuvent être utilisés indépendamment les uns des autres ou simultanément. Le premier desdits perfectionnements consiste en un ou plusieurs conduits capillaires 16 reliant le réservoir primaire 5 au réservoir secondaire 6, lesdits trous capillaires 16 étant situés dans la partie supérieure de la cloison séparative 4.Lesdits trous capillaires 16 ont pour but de faciliter le remplissage du réservoir primaire 5, ils permettent notamment de procéder à un remplissage presque total du réservoir primaire 5, tandis qu'en leur absence,le niveau de remplissage est limité au droit de l'orifice de communica- tion 7. Un second perfectionnement du dispositif cryostatique selon l'invention réside dans la fixation d'un déflecteur 17 à proximité de l'orifice de communication 7.Ce déflecteur est situé à l'intérieur du réservoir primaire 5 et en dessous de l'orifice de communication 7. Lorsque le liquide cryogénique contenu dans la partie basse du réser- voir primaire 5 est projeté sous l'influence d'une accélération vers la partie haute de ce même réservoir, la présence du déflecteur 17 diminue fortement la quantité de liquide cryogénique éjectée par l'orifice 7. On peut mettre également un second déflecteur 18 sisega- lement à l'intérieur du réservoir primaire 5, mais en-dessus de l'orifice de communication 7. Un troisième perfectionnement du dispositif cryostatique selon l'invention consiste en un prolongement 19, à l'intérieur du réser- voir secondaire 6, de l'orifice de remplissage 8. Ce prolongement 19 à pour but de retenir au maximum le liquide cryogénique qui se trouve dans le réservoir secondaire 6, à l'intérieur du dispositif cryosta- tique selon l'invention. La figure 4 met en évidence deux autres perfectionnements pou- vant être apportés au dispositif cryostatique selon l'invention. Tout d'abord pour faciliter l'opération de vidange du dispositif cryostatique une certaine pente peut 9tre donnée aux parois du ré- servoir primaire en 20 et 21 pour faciliter l'écoulement volontaire du liquide cryostatique ou d'un liquide de condensation indésirable. La figure 5 est une coupe suivant A A du dispositif cryostatique représenté sur la figure 4, cette figure 5 explicite la forme des pentes 20 et 21. Il est à noter qu'il est inutile d'apporter à un même dispositif cryostatique le perfectionnement concernant les pentes 20 et 21 et le perfectionnement concernant le prolongement 19 de l'orifice de remplissage 8. La figure 4 met en évidence un autre perfectionnement possible du dispositif cryostatique selon l'invention. Ce perfectionnement réside dans le fait que la partie supérieure de la cloison sépara- tive 4 présente une légère concavité 22 orientée de telle sorte qu'elle forme une cuvette sous l'orifice de remplissage 8, de telle sorte que, dès le début du remplissage, une certaine quantité de liquide cryogénique s'amasse dans ladite cuvette et améliore les conditions de mise en froid du dispositif cryostatique selon ltin- vention. Il est rappelé que 4ams les dispositifs cryostatiques, décrits ci-dessus et représentés par les dessins, ne sont donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, l'utilisation de volumes cylindriques n'a rien d'impératif et, en fonction de diverses exigences on peut fort bien utiliser des volumes de sections carrées, rectangulaires, ovales ou autres. L'utilisation principale du dispositif cryostatique selon l'in- vention est évidemment la conservation de liquide cryogénique à bord de véhicules soumis à de fortes accélérations. Il est évident que ledit dispositif cryostatique peut également être adapté au transport d'un liquide quelconque à bord d'un véhicule soumis à de fortes accélérations. Dans ce dernier cas la paroi exter- ne 1 dudit dispositif peut être supprimée. 6 2460441 REVENDICATIONS 1 - Dispositif cryostatique comportant une paroi interne et une paroi externe réunies en leurs parties supérieures par l'orifice de remplissage, le vide étant fait entre les deux parois, caractérisé en ce que le réservoir de liquide cryogénique, qui est délimité par la paroi interne, est divisé par une cloison séparative en deux ré- servoirs, un réservoir primaire et un réservoir secondaire, en ce que le réservoir secondaire entoure tout en partie du réservoir pri- maire, en ce que l'orifice de remplissage aboutit dans le réservoir secondaire et en ce que le réservoir primaire et le réservoir secon- daire communiquent par un orifice situé dans la cloison séparative à un niveau tel que le volume du réservoir primaire sis au dessous dudit orifice soit approximativement égal au volume sis au dessus de ce m9me orifice dans ce mAme réservoir. 2 - Dispositif cryostatique selon la revendication 1 comportant un ou plusieurs conduits capillaires dans la partie supérieure-de la partie latérale de la cloison séparative, approximativement au droit de l'orifice de communication entre les réservoirs primaire et se- condaire. 3 - Dispositif cryostatique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'orifice de communication entre le réservoir primaire et le réservoir secondaire est protégé par un déflecteur sis à l'intérieur dudit réservoir primaire. 4 - Dispositif cryostatique selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel l'orifice de remplissage se prolonge à l'intérieur du réservoir secondaire. - Dispositif cryostatique selon la revendication 1 dans lequel la partie supérieure de la cloison séparative présente une concavité formant cuvette en dessous de l'orifice de remplissage. 6 - Dispositif cryostatique selon la revendication 1, dans lequel les parois du réservoir primaire forment des pentes dirigées vers l'orifice de communication entre les réservoirs primaire et secon- daire.