Brevet FR2587444A1 — publié le 19870320

LIGNE DE TRANSFERT DE GAZ LIQUEFIE COMPORTANT UN ECRAN THERMIQUE MUNI D'UN ECHANGEUR L'invention concerne une ligne de transfert de gaz liquéfié pour le transfert d'un fluide cryogé- nique entre un vase de stockage et un vase de récep- tion. Un fluide cryogénique est un gaz comprimé refroidi à très basse température jusqu'à sa liquéfac- tion. Les lignes de transfert pour fluide cryogé- nique permettent de transporter fn fluide cryogénique d'un réservoir de stockage jusqu'à un réservoir d'uti- lisation. L'utilisation grandissante de ces fluides dans des domaines de plus en plus divers a créé le besoin de lignes de transfert cryogénique présentant de bonnes performances thermiques. En particulier, elles doivent présenter de faibles pertes thermiques en ligne. Cela signifie que-Le f-luide doit se réchauf- fer ou se vaporiser aussi peu que possible au cours de son transfert d'un récipient à l'autre. En d'autres termes, la tigne de transfert doit assurer une bonne isolation thermique par rapport au milieu extérieur. D'autre part, cette ligne de transfert doit présenter une faible inertie thermique. Cela signifie qu'une ligne de transfert à température ambiante doit pouvoir être refroidie rapidement jusqu'à sa tempéra- ture d'utilisation sans apport important de frigories. En d'autres termes, la ligne de transfert doit présen- ter une capacité calorifique aussi faible que possi- ble. On connaît déjà, selon l'art antérieur, des lignes de transfert de gaz liquéfié composées de deux tubes coaxiaux, respectivement un tube de transfert interne dans lequel circule le fluide cryogénique et un tube externe qui entoure le tube de transfert. Une isolation thermique est réalisée entre ces deux tubes grâce à la présence d'un vide d'isolement. Une telle ligne de transfert est de conception simple, mais elle présente des pertes en ligne relativement importantes. On connaît également, selon un art antérieur représenté sur la figure 1, une ligne de transfert pour fluide cryogénique composée de quatre tubes coaxiaux. La référence 2 désigne un vase de stockage contenant un g'az liquéfié 4. Ce gaz doit être acheminé au moyen de la ligne de transfert, désignée par la référence générale 6, jusqu'à un vase d'utilisation 8. La ligne de transfert 6 se compose d'un tube interne ou tube de transfert 10 qui plonge, à chacune de ses deux extrémités 10a et 10b, respectivement dans le vase de stockage 2 et dans le vase d'utilisation 8. Autour du tube de transfert est disposé un tube exter- ne 12 fermé -à chacune de ses deux extrémités 12a et 12b. Un écran thermique est disposé entre le tube de transfert 10 et le tube externe 12. Cet écran a pour but de réduire Les pertes en ligne pendant le trans- fert du fluide d'un vase à l'autre. Il est constitué de deux tubes coaxiaux désignés respectivement par les références 14 et 16. Il est fermé à chacune de ses deux extrémités de manière à constituer une enveloppe close. Le transfert du fluide cryogénique ou gaz liquéfié du vase de stockage 2 au vase d'utilisation 8 est assuré au moyen d'une surpression sur le vase de stockage par le conduit 18 ou d'une pompe de circula- tion (non représentée) raccordée à une canalisation 20. Cette pompe de circulation assure une légère mise en dépression du vase d'utilisation par rapport au vase de stockage. En d'autres termes, la pression dans le vase d'utilisation est légèrement inférieure à la pression dans le vase de stockage. Sous l'effet de cette dépression, une circulation du gaz liquéfié 4 s'établit dans le tube de transfert 10. Par ailleurs, aussi bien dans le vase de stockage que dans le vase d'utilisation se dégagent des vapeurs froides dues à l'évaporation du liquide 4. Ces vapeurs froides sont refoulées par la surpression existante ou aspirées au moyen d'une pompe d'aspira- tion (non représentée) raccordée à la canalisation 20. Ces vapeurs pénètrent donc par le passage 22 dans l'espace interne délimité par Les tubes 14 et 16. Les vapeurs circulent ensuite le long de la ligne de transfert jusqu'à la canalisation d'aspiration 20 par laquelle elles sont évacuées. Ainsi, ces vapeurs froides constituent un écran thermique, qui s'oppose au réchauffement par l'atmosphère extérieure du tube de transfert 10. En outre, afin de compléter l'isolation thermique, un vide est effectué dans l'espace interne 24 délimité entre La paroi externe du tube de trans- fert 10 et la paroi interne du tube externe 12. Il est également connu de remplir cet espace interne d'un super isolant. Un super isolant est un empilement de couches de feuilles isolantes métallisées (myLar re- couvert d'aluminium), chaque couche est isolée des couches adjacentes par un espaceur poreux. Dans une autre version l'écran peut être constitué d'un seul tube (16 ou 14) sur lequel est bobiné un conduit de passage des vapeurs froides venant du vase 8. La ligne de transfert de l'art antérieur qui vient d'être décrite présente de bonnes performances thermiques, mais elle est de construction et de mise en oeuvre délicates. En particulier, sa durée de mise en température est relativement longue. La présente invention a précisément pour objet une Ligne de transfert pour un gaz liquéfié qui apporte une solution aux inconvénients mentionnés ci- dessus. Elle concerne une ligne de transfert de gaz liquéfié pour le transfert d'un gaz Liquéfié entre un vase de stockage et un vase d'utilisation, comportant un tube de transfert ayant une première extrémité reliée au vase de stockage et une seconde extrémité apte à être reliée au vase d'utilisation un tube externe entourant le tube de transfert et délimitant avec ce dernier un volume et un écran disposé dans Le volume interne entre Le tube de transfert et le tube externe, caractérisé en ce que L'écran est formé par un élément tubulaire ayant au moins une extrémité en contaçt avec un échangeur thermique pour établir une relati-on d'échan- h-e--ei-que entre Ledit écran et Les vapeurs du gaz liquéfié, une quantité d'un gaz d'échange étant contenue dans Ledit volume interne. Selon une variante de réalisation destinée à un transfert de maintenance, dans lequel La Ligne de transfert est mise en place de manière permanente entre un réservoir de stockage et un réservoir d'uti- lisation, l'écran thermique est muni d'un échangeur thermique, à chacune de ses deux extrémités. Ces échangeurs sont situés dans respectivement le col du vase de stockage et dans celui du vase d'utilisation. De préférence, l'écran thermique est recou- vert au moins partiellement d'un matériau cryo-absor- bant sur sa paroi externe et éventuellement sur sa paroi interne. - L'écran thermique peut être constitué par un tube ou une tresse souple réalisé à partir d'un maté- riau bon conducteur de la chaleur tel que le cuivre ou l'aluminium. Le centrage des différents éléments est assuré par l'intermédiaire d'un matériau super iso- lant. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence aux figures annexées qui représen- tent un mode d'exécution de l'invention donné à titre illustratif. Sur ces figures: - la figure 1 déjà décrite, représente une ligne de transfert cryogénique réalisée conformément à un art antérieur connu. - la figure 2 représente un mode de réalisa- tion d'une ligne de transfert de gaz liquéfié conforme à l'invention. - la figure 3 représente un second mode de réalisation d'une ligne de transfert conforme à l'in- vention adaptée au cas d'un transfert de maintenance. Sur les figures 2 et 3, les parties analo- gues à celles de la figure 1 ont été désignées par les mêmes chiffres de référence. Sur la figure 2, le vase de stockage 2 est rempli d'une quantité d'un fluide cryogénique 4 cons- titué par un gaz liquéfié tel que l'hélium. Au-dessus du niveau libre du liquide, on trouve des vapeurs froides d'hélium 7 qui résultent de l'évaporation du liquide. Le col 2a du vase 2 est muni d'une canalisa- tion 5 raccordée à un circuit de récupération des vapeurs qui permettent de les évacuer au fur et à mesure de leur apparition. Le liquide cryogénique 4 contenu dans le vase 2 doit être acheminé vers un vase d'utilisation 108 qui a été schématisé en traits mixtes pour indiquer qu'il n'est pas mis en place de manière permanente, mais seulement pendant certaines périodes d'utilisation. Le col 108a de ce vase d'uti- lisation est raccordé, comme expliqué précédemment, à une pompe 19 par la canalisation 18 qui a pour but de créer une légère dépression qui assure la mise en circulation du gaz liquéfié dans le tube de transfert 10. Lorsque l'extrémité libre de la ligne de transfert n'est pas raccordée au vase d'utilisation 108, c'est- à-dire lorsqu'elle est à l'air libre, un bec de canard 109 escamotable permet la sortie de l'héLium gazeux, tout en interdisant l'entrée d'air dans le tube de transfert. Le volume interne 24 délimité par la paroi externe du tube de transfert 10 et la paroi interne du tube externe 12 est rempli d'un matériau super iso- lant. Cet espace est fermé, à chacune des extrémités a et 10b du tube de transfert 10 par des parois transversales 12a et 12b respectivement. Conformément à L'invention, à l'intérieur de l'espace libre 24, on trouve un écran thermique qui a pour fonction de limiter les échanges thermiques entre l'atmosphère extérieure au tube 12 et le tube de transfert 10. Cet écran thermique est constitué par un tube à simple paroi, désigné par la référence 26, qui est disposé coaxialement aux tubes 10 et 12. A L'une de ses extrémités 26a située à l'intérieur du col 2a du vase de stockage, l'écran thermique est refroidi par les vapeurs d'hélium issu du vase de stockage 2 (consommation propre). La consommation propre est la perte enregistrée lorsque le cryostat n'est pas en fonctionnement par l'intermédiaire d'un échangeur 28. Conformément à l'invention l'échangeur est constitué d'un tube en matériau bon conducteur de la chaleur (cuivre par exemple) soudé aux tubes 12 et 26. En outre, conformément à l'invention, l'espace interne 24 est rempli d'un gaz d'échange. La nature et la quanti- té de ce gaz d'échange sont fonction du liquide à transférer et die la nature des matériaux cryo-absor- bants. Le gaz d'échange utilisé est aussi fonction de la géométrie du cryostat. Dans cet exemple le gaz li- quéfié est l'hélium et le gaz d'échange le néon. En outre, conformément à l'invention, un ma- tériau cryo-absorbant 25 recouvre, au moins partielle- ment, la paroi externe de l'écran thermique 26 et éventuellement sa paroi interne. Ce matériau cryo- absorbant est par exemple constitué par du charbon actif. Comme il est bien connu dans l'état de la technique, ce matériau permet de cryo-pomper le gaz d'échange, c'est-à-dire de créer un vide dans l'espace interne 24. De préférence, on dispose également une quantité de ce même matériau sur le fond 12b de la ligne de transfert. Ainsi, pendant la mise en température de la ligne, un contact thermique par un gaz d'échange est assure, ce qui permet une accélération des échanges thermiques et par suite une mise en température d'équilibre rapide du matériau super isolant dont on a garni l'espace interne 24. Le gaz d'échange est cryo- pompé lorsque la température de mise en froid de la ligne de transfert est obtenue, ce qui assure un vide d'isolement entre l'atmosphère externe et le tube de transfert 10. Comme on le remarque, dans ce mode de réali- sation, le tube de transfert 10 est ouvert à son extrémité située du côté du vase d'utilisation. On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation du dispositif de la figure 2 adapté au cas d'un transfert de maintenance. Dans cette solu- tion, la ligne de transfert désignée par la référence générale 206, est mise en place de manière permanente entre le réservoir de stockage 2 et le réservoir d'utilisation 208. Comme dans le cas du mode de réali- - sation de la figure 2, la circulation du fluide liqué- fié est assurée au moyen d'une pompe 19 qui assure une mise en dépression légère du volume interne délimité par le réservoir 208 par rapport au volume interne délimité par le réservoir 2. Le volume intérieur déli- mité par le tube 10 et le tube externe divisé en deux parties 24a et 24b qui contiennent chacune un volume d'un gaz d'échange qui a pour but d'assurer par con- duction une mise à la température du super isolant contenu dans chacun de ces volumes 24a et 24b. On remarque que dans ce mode de réalisation, L'écran thermique est relié à un échangeur à chacune de ses extrémités 28 et 28'. L'écran thermique pour être avantageusement réalisé à partir d'un tube ou d'une tresse souple en matériau bon conducteur de la chaleur tel que le cui- vre ou l'aluminium. Le centrage de l'écran thermique est assuré par le matériau super isolant. REVENDICATIONS 1. Ligne de transfert de gaz liquéfié pour le transfert d'un gaz liquéfié entre un vase de stockage (2) et un vase d'utilisation (108, 208) com- portant un tube de transfert (10) ayant une première extrémité (10a) reliée au vase de stockage et une seconde extrémité (10b) apte à être reliée au vase d'utilisation (108, 208), un tube externe (12) entou- rant le tube de transfert (10), et délimitant avec ce dernier un volume et un écran (26) disposé dans le volume interne (24) entre le tube de transfert (10) et le tube externe (12), caractérisée en ce que l'écran (26) est formé par un élément tubulaire ayant au moins une extrémité (26a) en contact avec un échangeur thermique (28) pour établir une relation d'échange thermique entre ledit écran (26) et les vapeurs du gaz liquéfié (4), une quantité d'un gaz d'échange étant contenue dans ledit volume interne (24). 2. Ligne de transfert selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit écran (26) est muni d'un échangeur thermique (28, 28') à chacune de ses extrémités. 3. Ligne de transfert selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'écran (26) est recouvert au moins partiellement d'un matériau cryo-absorbant. 4. Ligne de transfert selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que ledit écran thermique (26) est constitué par un tube ou une tresse réalisé à partir d'un matériau bon con- ducteur de la chaleur. 5. Ligne de transfert selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le centrage de l'écran thermique est assuré par l'inter- 1 0 médiaire d'un matériau super isolant disposé d'une part entre cet écran et Le tube externe (12) et d'au- tre part entre Ledit écran (26) et le tube de trans- fert (10).