Brevet FR2545579A1 — publié le 19841109

" Ensemble tubulaire sous vide composé de deux ou plusieurs tuyaux concentriques pour gaz ou liquides à l'état de refroidissement profond " La présente invention concerne un en- semble tubulaire composé de deux ou plusieurs tuyaux concentriques, dont au moins deux tuyaux voisins enfer- ment un espace annulaire dans lequel règne le vide, ensemble destiné au transfert ou à la réception de liquides ou gaz à refroidissement profond, par exemple des câbles supra-conducteurs, ou des conduites de li- quide ou de gaz. Pour l'isolation d'installations de techniques du froid ou de récipients contenant des fluides de refroidissement ou des conducteurs ou câbles, un vide poussé s'est montré le plus efficace, par liaison avec des éléments de maintien d'espacement en forme de serpentins, de disques, ou également des super- isolations connues De tels matériaux de séparation veillent à ce qu'une très faible quantité de chaleur possible ou de froid puisse être transmise de l'intérieur vers l'extérieur. L'inconvénient de ces constitutions communes réside cependant en ce que, après la-mise sous vide et l'obturation de l'espace vide contenant les éléments de maintien d'espacement, les matériaux uti- lisés, suivant leur nature, dégagent encore des gaz. Dans cette dégradation du vide et ainsi un amoindrisse- ment de la qualité de l'isolation, les gaz jouent un rôle non seulement ceux qui se trouvent sur la surface extérieure des organes d'espacement, ou dans le cas de super-isolation, ou dans l'espace intermédiaire entrecouches individuelles, mais également les gaz inclus par exemple à l'intérieur d'un corps en matière synthé- tique. En vue de s'opposer à une telle dégra- dation du vide, il a déjà été proposé, pour le maintien d'un vide inférieur à au moins 10 3 m bar dans des conducteurs ou systèmes conducteurs à isolation sous vide, d'utiliser des moyens d'adsorption, par exemple à base de charbon actif, d'oxyde d'aluminium ou ana- logues en forme granulaire ou dénommés tamis molécu- laires Les gaz restant dans la conduite, ou également sortant par diffusion des parois du tuyau lui-même ou des organes de maintien d'espacement se déposent alors sur la surface extérieure extrêmement grande du tamis moléculaire, de telle sorte qu'une pression totale de gaz inférieure à 10 3 o bar peut être maintenue dans le système pour une durée très longue Cependant, la capacité d'adsorption pour les gaz restant dans l'es- pace annulaire est limitée et, pour certains gaz, tels que par exemple, l'hydrogène, elle est extrêmement faible et même inexistante. A partir de cet état de la technique, l'invention pose le problème de l'insertion, non seule- ment dans des conduites ou systèmes tubulaires solides, rigides mais également dans ces conduites tubulaires flexibles, des moyens d'adsorption appropriés assurant un maintien du vide, indépendamment des matériaux se trouvant dans cet espace ou délimitant l'espace annu- laire. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par le fait que, dans l'espace annulaire compris entre deux tuyaux voisins d'un système tubu- laire, sont disposés des moyens absorbants de gaz résiduels, sous la forme de pièges chimiques. Ces pièges assurent une absorption suffisante des gaz éventuellement existants ou produits en service dans l'espace annulaire, l'hydrogène lui- même étant combiné par les matériaux de pièges Ce fait est d'importance particulière parce que l'hydrogène libéré, qui se trouve à l'état dissous dans le matériau, par exemple, lors de l'emploi de tuyaux en acier spécial pour le système tubulaire, et qui se diffuse à travers la paroi tubulaire, ne peut être combiné que dans une mesure extrêmement faible par les tamis moléculaires actuellement connus. Les matériaux de piège peuvent être constitués en forme de bande qui est elle-même fabriquée en piège chimique Mais il est également possible d'uti- liser une nappe de fibres ou un tissu, dans lequel sont incorporés les matériaux de piège chimique, ou encore d'utiliser des substances métalliques sur la surface extérieure desquelles les matériaux de piège sont frittés. Il est alors judicieux de prévoir que les bandes de piège entourent chacun des tuyaux intérieurs, sous la forme d'un enroulement, le long du système tubulaire ou d'une portion de celui-ci De cette manière la totalité de l'espace en coupe transversale est intéressée. Les pièges chimiques peuvent être activés par apport de chaleur Cette activation est assurée par un processus de pompage dans l'espace sous vide, qui se trouve maintenu même lors d'un refroidissement du maté- riau Lorsque le matériau de piège mis en oeuvre est saturé, un cycle d'activation et ainsi le processus de pompage peut être répété plusieurs fois, sans que des gaz se trouvent libérés hors du piège Pour cette raison, conformément à une autre caractéristique de l'inven- tion, l'enroulement du piège chimique en forme de bande est appliqué d'une façon appropriée par l'intérieur sur la paroi extérieur du tuyau Par apport de chaleur sur le tube extérieur entouré, il est ainsi possible d'activer, suivant les besoins, la bande piège enroulée en hélice sur le tuyau. Une autre possibilité d'absorption des gaz résiduels dans l'espace annulaire est de disposer, dans cet espace, des corps de piège frittés Ces corps frittés peuvent être répartis sur la longueur du tuyau, par exemple étant introduits dans l'espace annulaire par des brides ou flasques spéciaux Il a été constaté comme avantageux d'incorporer, dans ces corps frittés, des fils chauffants de telle sorte que soit obtenu, par l'intermédiaire de branchements extérieurs de courant, un réchauffement du corps de piège, et ainsi une activation aux instants désirés. L'introduction du corps de piège ou des bandes de piège peut être effectuée à chacune des extré- mités du système de conduite tubulaire, des raccords à bride appropriés étant prévus à cet effet. Comme matériau pour les pièges chimiques conforme à l'invention, on peut utiliser des composés zircon-aluminium, zircon-nickel, ou encore des composés zircon-carbone, ou également d'autres alliages appro- priés. L'invention est explisuée-ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les figures 1 à 3 des dessins annexés. Comme exemple de réalisation, a été choisie une conduite dite conduite de froid, par exemple pour le transport d'azote liquide dans des installations de tech- nique cryogénique Elle se compose, par exemple, de deux tuyaux métalliques concentriques 1 et 2 qui peuvent être réalisés à paroi lisse pour accroître la flexibilité ou à paro-i ondulée 2 Dans la fente annulaire 3 qui est définie par des organes d'espacement, non repré- sentés, est maintenu un vide élevé, lequel s'oppose, le cas échéant, en commun avec une isolation thermique, à un transport de chaleur vers l'extérieur. En vue de s'opposer à une dégradation du vide dans la fente annulaire 3 entre les tuyaux 1 et 2, il est prévu, comme représenté dans la figure 1, une bande de piège 4 enroulée en hélice autour du tuyau intérieur 1 La grandeur des spires d'enroulement est choisie judicieusement de telle manière que la bande 4 soit appliquée sur la surface supérieure intérieure du tuyau lisse 5 Ce tuyau lisse 5 est fixé par bride sur l'extrémité du tuyau ondulé 2 et relié à joint étan- che à celui-ci L'application de la bande 4 sur le tuyau lisse 5 présente l'avantage que, par apport de chaleur à partir de la surface extérieure du tuyau 5, le piège est activé et les gaz qui se trouvent dans la fente annulaire 3 sont évacués par pompage Sur le tuyau on- dulé 1 qui est introduit à travers le tuyau lisse 5 est prévu un tuyau lisse 6 en vue de faciliter le raccordement. La figure 2 montre une variante de réalisa- tion dans laquelle sont utilisés des corps de piège frittés 7, pour éliminer les gaz se trouvant dans la fente annu- laire 8 entre les tuyaux 9 et 10 Pour ce mode de réali- sation, il a été montré avantageusement un dispositif à bride 11 sur le tuyau lisse 12, à l'aide duquel le corps de piège 7 peut être introduit, à partir de l'ex- térieur, dans-la fente annulaire 8 Cette disposition de piège et celle de la figure 1, sont prévues aux extré- mités des conduites tubulaires Mais elles peuvent égale- ment être réparties, sur la longueur de la conduite tubu- laire, à des espacements déterminés Pour l'activation du piège, il est dans ce dernier cas, particulièrement avantageux de réaliser un échauffement au moyen de pas- sage de courant. Un tel exemple est représenté dans la figure 3 qui montre un corps de piège fritté 13 dans lequel est incorporé un fil chauffant 14 Ce corps de piège, qui consiste par exemple en un composé zircon- aluminium, est activé par chauffage, de telle sorte que le processus de pompage peut être déclenché. Dan les exemples de réalisation sont utilisés comme pièges, des tuyaux lisses spéciaux qui sont insérés par glissement dans le tuyau intérieur, et qui sont reliés à joint étanche avec le tuyau exté- rieur de la conduite tubulaire Une telle disposition sera judicieusement choisie lorsque le matériau de piège doit agir à partir de l'extrémité de la conduite ou du système de tuyaux Bien entendu, il est également possible d'intégrer l'une ou l'autre solution dans le système de conduite, et, par exemple de renoncer à l'élément de tuyau lisse. R E V E N D l C A TI O N S ) Ensemble tubulaire composé de deux ou plusieurs tuyaux concentriques, dont au moins deux tuyaux voisins enferment un espace annulaire dans lequel règne le vide, ensemble destiné au transport ou à l'absorp- tion de liquides ou gaz à très basses températures (état de refroidissement profond) par exemple des câbles supra- conducteurs ou des conduites de liquide ou de gaz, en- semble caractérisé en ce que des moyens destinés à l'absorp- tion des gaz résiduels dans l'espace annulaire sont cons- titués par des pièges chimiques ( 4). ) Ensemble tubulaire suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que les pièges chimiques ( 4) absorbants de gaz résiduels sont constitués en forme de bande. ) Ensemble tubulaire suivant la reven- dication 2, caractérisé en ce que les bandes de piège ( 4) sont enroulées en hélice de chacun des tuyaux intérieurs le long du système tubulaire ou d'une portion de celui-ci. 40) Ensemble tubulaire suivant la reven- dication 3, caractérisé en ce que l'enroulement cons- titué par le piège chimique ( 4) en forme de bande est appuyé contre la paroi extérieure du tuyau. ) Ensemble tubulaire suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que les pièges chimiques ( 4) absorbants des gaz résiduels sont constitués par des corps de piège frittés ( 7) qui sont disposés dans la fente annulaire ( 3) entre tuyaux ou qui s'avancent dans cette fente ( 3). 60) Ensemble tubulaire suivant la reven- dication 5, caractérisé en ce que les corps frittés ( 7) peuvent être chauffés. ) Ensemble tubulaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par des dispositifs à bride prévus aux extrémités en question du système de tuyaux concentriques ( 1, 2) pour recevoir les pièges chimiques ( 4). 8 ) Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le tuyau extérieur qui est en contact avec l'enroulement est prévu pour pouvoir être chauffé. 9 ) Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, comme pièges chimiques ( 4), on utilise des composés zircon- aluminium. ) Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, comme pièges chimiques ( 4), on utilise des composés zircon- nickel-aluminium. 11 ) Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que comme pièges chimiques ( 4) on utilise des composés zircon- carbone.