Brevet FR2526916A1 — publié le 19831118

Soupape à blocage thermique - L'invention concerne une soupape à blocage thermique. Dans de nombreux systèmes, il est nécessaire d'utiliser une soupape construite de manière à présenter un blocage thermiquepermettant de réduire au minimum tout risque d'échauffement du fluide traversant le carter de soupape Par exemple, une énergie très importante est nécessaire pour produire de l'hélium liquide et cette énergie risque d'être partiellement dissipée si l'hélium liquéfié s'échataffe en passant à travers une soupape. L'invention a pour but d'apporter une solution au problème posé par la manière d'associer structurel- lement les différents éléments de la soupape pour obtenir un blocage thermique de celle-ci. L'invention a donc pour but de créer une soupape à blocage thermique à la fois simple, bon marché et fiable. A cet effet, l'invention concerne une soupape à blocage thermique, comprenant: un carter de soupape creux muni d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie; un siège de soupape ménagé dans ce carter; un élément de soupape monté dans le carter pour coopérer avec le siège de manière à contr 8 ler le débit de fluide entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie; des moyens comportant une tige couplée à l'élément de soupape pour déplacer celui-ci entre une position d'ouverture et une position de fermeture, soupape caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens prévus sur le carter pour refroidir celui-ci dans toutes les positions de l'élément de soupape et pour refroidir séparément la tige et l'élément de soupape par conduction lorsque l'élément de soupape est en position d'ouverture. L'invention sera décrite en détail avec l'aide des dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue, en coupe verti- cale, de la soupape selon l'invention représentant l'élé- ment de soupape en position de fermeture; la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1, mais représentant l'élément de soupape en position d'ouverture; la figure 3 est une vue de détail, à plus grande échelle, du siège de soupape et de l'élément de soupape; la figure 4 est une vue de détail, à plus grande échelle, d'une partie du dispositif de manoeuvre en position d'ouverture de l'élément de soupape. En se référant aux dessins pour lesquels les mêmes références sont utilisées pour les mêmes éléments, ceux-ci représentent une soupape selon l'invention repérée dans son ensemble par la référence 10. La forme préférée de réalisation décrite ici concerne une soupape pour applications cryogémiques utilisant par exemple de l'hélium liquide, cette soupape étant une soupape à blocage thermique permettant de réduire au minimum l'échauffement du fluide de façon que ce dernier ne soit jamais en présence de la température ambiante La forme préférée de réalisation de soupape décrite ci-après est uniquement destinée à l'utilisation dans un système sous vide. La soupape 10 comprend un carter 12 ayant de préférence la forme d'un tube cylindrique muni, à une extrémité, d'un orifice d'entrée 14 et d'un orifice de sortie 16. L'enveloppe sous vide du carter 12 n'est pas représentée Comme illustré par les figures, l'orifice de sortie 16 forme un angle de 900 par-rapport à l'axe longitudinal de la partie tubulaire du carter 12 La disposition des orifices d'entrée et de sortie peut être modifiée à volonté Un siège de soupape 18 est ménagé dans le carter 12. Un élément de soupape 20 est monté dans le carter, d'une manière décrite plus en détail ci-après, pour pouvoir se rapprocher ou s'écarter du siège 18 dans le but de contr 8 ler le débit du fluide entre l'orifice d'entrée 14 et l'orifice de sortie 16 A l'extrémité du carter 12 opposée à l'orifice d'entrée 14 se trouve un rebord de couvercle 24 formé sur le carter 12 Ce rebord de couvercle 24 est boulonné ou fixé de toute autre manière avec un couvercle 22, au moyen de boulons 26. L'élément de soupape 20 se rapproche ou s'écarte du siège 18 sous l'action d'un ensemble de tige de soupape 27 comprenant une tige 28 traversant le couver- cle 22 et un bouchon cylindrique creux 30 Le bouchon cylindrique 30 est fixé par une extrémité au rebord 24. Une extrémité de la tige 28 est reliée à un organe de manoeuvre tel qu'un moteur 32 pouvant être un moteur hydraulique, un moteur pneumatique, ou tout autre dispo- sitif analogue permettant de faire aller et venir la tige 28 suivant son axe longitudinal. Au voisinage de l'extrémité libre du bouchon 30, le carter 12 est muni, sur son pourtour extérieur, d'un poste thermique se présentant, de préférence, sous la forme d'un anneau de cuivre 34 entouré par une source cryogénique 33 et fixé à celle-ci La source 33 est de préférence une source séparée L'anneau 34 est à la même température ou à une température légère- ment plus élevée que le fluide à contrôler. L'ensemble 27 comprend un premier organe d'espacement 36 percé de trous 37 dans sa paroi d'extré- mité 39 et fixé à une extrémité de la tige 28 la paroi d'extrémité 39 de l'organe d'espacement 36 comporte sur son pourtour extérieur un anneau de blocage thermique 38 Cet anneau 38 est en contact avec la surface péri- phérique intérieure du carter 12 et consiste, de préfé- rence, en un anneau de berylco ou autre matériau conduc- teur analogue L anneau 38 est monté sur l'organe d'es- pacement 36 de manière à venir en face de l'anneau 34 dans la position d'ouverture de l'élément de soupape 20, comme indiqué en figure 4 Pour que l'air contenu dans la chambre 35 ne-soit pas comprimé lorsque l'ensemble 27 poursuit sa course jusqu'à la position indiquée en figure 2, il est prévu un évent convenable dans la chambre 35 par exemple en formant une encoche dans l'an- neau 38. La paroi d'extrémité de l'organe d'espace- ment 36 la plus éloignée de la paroi d'extrémité 39, est reliée, de manière amovible, à la paroi d'extrémité 42 du corps cylindrique 40 par n'importe quel moyen conve- nable, tel qu'une fente à baïonnette ou une fente en T. L'autre extrémité du corps cylindrique 40 est vissé à l'élément de soupape 20, comme indiqué en figure 3. L'élément de soupape 20 peut comporter un joint d'étan- chéité élastique 41 venant en contact avec le siège 18. La paroi d'extrémité 42 du corps cylindrique ne comporte pas de trous correspondant aux troux 37. Sauf pour leanneau d'étanchéité 38, le diamètre extérieur de l'organe d'espacement 36 et du corps cylindrique 40 présente un jeu d'environ 0, 076 à 0,127 mm par rapport à la surface périphérique intérieure du carter 12 de manière à former un piège à gaz. Le carter 12 et le dispositif de soupape 27 sont réalisés en un matériau bon conducteur de la chaleur, de façon que le fluide dont on contrôle le débit ne soit jamais en présence d'une température plus élevée que sa propre température L'anneau 34 peut être relié à une source séparée de fluide cryogémique, tel que de l'azote liquide, de l'hélium gazeux ou autre Dans la position d'ouverture de l'élément de soupape 20, à la fois, le carter 12 et l'ensemble de tige de soupape 27 sont refroidis Dans la position de fermeture de l'élément de soupape 20, seulle carter 12 est refroidi et l'ensemble 27 profite ainsi d'un refroidissement partiel. REVENDICATIONS ) Soupape à blocage thermique, comprenant: un carter ( 12) de soupape creux muni d'un orifice d'entrée ( 14) et d'un orifice de scrtie ( 16); un siège de soupa- pe ( 18) ménagé dans ce carter; un élément de soupape ( 20) monté dans le carter ( 12) pour coopérer avec le siège ( 18) de manière à contrôler le débit de fluide entre l'orifice d'entrée ( 14) et l'orifice de sortie ( 16); des moyens comportant une tige ( 28) couplée à l'élément de soupape ( 20) pour déplacer celui-ci entre une position d'ouverture et une position de fermeture, soupape carac- térisée en ce qu'elle comporte des moyens ( 33, 34, 38) prévus sur le carter pour refroidir celui-ci dans toutes les positions de l'élement de soupape et pour refroidir séparément la tige ( 28) et l'élément de soupape ( 20) par conduction lorsque l'élément de soupape est en position d'ouverture. ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comprennent un anneau ( 34) de matériau bon conducteur de la chaleur fixé au pourtour extérieur du corps de soupape, un anneau ( 38) de matériau bon conducteur de la chaleur venant en contact avec le pouirtour intérieur du carter et se fixant à la tige, ces anneaux venant directement en face l'un de l'autre dans la position d'ouverture de l'élément de soupape. 3 ) Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la tige ( 28) comporte un certain nombre d'éléments cylindriques ( 36, 40) creux alignés et reliés ensemble, ces éléments étant espacés du pourtour intérieur de la partie cylindrique du carter ( 12) pour former un piège à gaz, l'un de ces éléments étant relié à l'élément de soupape ( 20) et l'autre de ces éléments portant le dernier anneau ( 38) mentionné ci- dessus et venant en contact avec le pourtour intérieur du carter f 42). ) Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, destinée à contrôler le débit d'un fluide cryogénique et se montant dans une enceinte sous vide, cette soupape comprenant un carter ( 12) de soupape creux de forme cylindrique sur la plus grande partie de sa longueur, ce carter ( 12) comportant à une extrémité un orifice d'entrée ( 14) et un orifice de sortie ( 16), un siège de soupape ( 18) étant ménagé dans le carter au voisinage de l'orifice d'entrée ( 14) un élément de soupape ( 20) étant monté dans le carter ( 12) pour coopérer avec le siège de soupape ( 18) de manière à contrôler le débit de fluide entre l'orifice d'entrée ( 14) et l'orifice de sortie ( 16), une tige ( 28) en matériau bon conducteur de la chaleur étant couplée à l'élément de soupape ( 20) pour faire aller et venir celui-ci entre une position d'ouverture et une position de fermeture et un moteur ( 32) étant relié à cette tige, soupape caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens ( 33; 34) prévus sur le carter pour refroidir celui-ci dans toutes les positions de l'élément de soupape et pour refroidir séparément la tige ( 48) et l'élément de soupape ( 20) par conduction lorsque l'élément de soupape est en position d' ouverture. ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que la tige ( 28) de soupape comporte une tige reliée à une extrémité d'un organe d'espacement cylindrique, le carter ( 12) comportant à l'une de ses extrémités un rebord de couvercle ( 24) un bouchon cylin- drique, ( 30) étant relié à ce rebord et pénétrant dans le carter, la tige traversant le bouchon ( 30) et la tige de soupape ( 28) comportant un organe d'espacement cylin- drique pouvant se rapprocher ou s'écarter du bouchon. ) Soupape selon l'une quelconque des revendications 4 eût 5, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comprennent un anneau ( 34) de matériau bon conducteur de la chaleur fixé au pourtour extérieur du corps de soupape, et un anneau ( 38) de matériau bon conducteur de la chaleur logé dans le carter et fixé à la tige ( 28) de soupape, ces anneaux venant directement en face l'un de l'autre lorsque l'élément de soupape est en position d'ouverture. ) Soupape selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la tige ( 28) de soupape comporte un corps cylindrique creux ( 40) et un organe d'espacement (f 6) alignés et couplés ensemble, 1 C ces éléments étant espacés du pourtour intérieur de la partie cylindrique du carter, l'organe d'espacement ( 36) étant relié à l'élément de soupape ( 20), un autre élément d'espacement portant le dernier anneau ( 38) mentionné ci- dessus et venant en contact avec le pourtour intérieur du car-ter ( 12). ) Soupape selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comprennent une source ( 33) de fluide cryogémique en échange thermique avec le carter ( 12). -20