Brevet FR2608727A1 — publié le 19880624

La présente invention est relative à un dispositif d'obturation d'un corps creux permettant le maintien ou la libération de corps à l'intérieur de ce corps creux en fonction de la température. Des dispostifs d'obturation d'un corps creux capables d'assurer le blocage de corps à l'intérieur du corps creux ou la libération de ces corps en fonction de la température ont déjà fait l'objet d'études et de publications correspondantes importantes. En particulier, ce type de dispositif apparat bien adapté au stockage et au conditionnement de pastilles de combustible nucléaire utilisé dans les réacteurs nucléaires de production d'énergie. Une description détaillée de ce type de dispositif a notamment été publiée dans le brevet américain 4 080 253 dans lequel un élément sensible à la température permet d'actionner, en fonction de la dilatation thermique de celui-ci, un élément élastique. Ce type de dispositif, s'il peut effectivement assurer une action distincte en fonction de la température, présente l'inconvénient de provoquer en fait un effet progressif, la force d'obturation étant une fonction sensiblement monotone ou linéaire de la température. En outre, l'accord des coefficients de dilatation de l'élément sensible à la température et de élément élastique, accord nécessaire à un fonctionnement convenable de ce type de dispositif, est difficile à réaliser, notamment en fonction du domaine de température souhaité, et ne permet pas l'obtention d'un effet de blocage-déblocage ou fermeture-ouverture par tout ou rien. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un dispositif d'obturation d'un corps creux, dans lequel un effet de fermeture-ouverture ou blocage-déblocage est obtenu. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif d'obturation d'un corps creux dans lequel, le corps creux jouant le rôle de -réceptacle, le maintien dans le corps creux de tout type de corps, solide ou fluide, peut être obtenu. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif d'obturation dans lequel l'effet de blocage peut facilement être choisi en fonction de la température par simple utilisation de dispositifs obturateurs aux caractéristiques adaptées en conséquence. Le dispositif d'obturation d'un corps creux permettant le maintien ou la libération de corps à l'intérieur du corps creux est remarquable en ce qu'il comporte un élément à deux états de mémoire de forme réversibles, ledit élément étant capable d'assurer le blocage des corps à l'intérieur du corps creux sur une première plage de température et le déblocage et la libération de ceux-ci sur une deuxième plage de température différente de la première. Le dispositif objet de l'invention trouve application notamment dans le domaine de l'industrie nucléaire pour le conditionnement en tubes des pastilles de combustible destiné aux réacteurs, dans le domaine du traitement thermique tel que stérilisation, pasteurisation d'aliments ou produits de laboratoire, notamment par micro-ondes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ciaprès dans lesquels - La figure 1 représente, selon un schéma de principe, le dispositif conformément à l'invention, - La figure 2a et la figure 2b représentent un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention respectivement en perspective et en coupe selon un plan diamétral de la figure 2a, - les figures 3a et 3b représentent un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif selon l'invention, la figure 3b correspondant à une variante préférentielle du dispositif représenté en figure 3a, - la figure 4 représente une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 5 représente un mode de réalisation particulier dans lequel un effort peut être exercé par le dispositif objet de l'invention sur les corps à maintenir dans le corps creux, - la figure 6 représente une variante de réalisation de la figure 5, variante plus spécialement destinée au maintien de corps fluides liquides ou gazeux à l'intérieur d'un corps creux, les figures 5 et 6 représentent des vues en coupe selon un plan de section longitudinale. Dans l'ensemble des figures précitée, les cotes et proportions relatives des différents éléments constitutifs du dispositif de l'invention n'ont pas été respectées afin de ne pas nuire à leur compréhension d'ensemble. Le dispositif objet de l'invention sera tout d'abord décrit en liaison avec la figure 1. Selon cette figure, le dispositif d'obturation d'un corps creux permettant, conformément à l'invention, le maintien ou la libération de corps à l'intérieur du corps creux est remarquable en ce qu'il comporte un élément noté T à deux états de mémoire de forme réversibles. Sur la figure 1, les deux états de mémoire de forme réversibles sont notés I, Il, le caractère de réversibilité étant symbolisé par la double flèche représentant le passage de l'un à l'autre des états de forme mémorisés en fonction de la seule température. L'élément 1 est capable d'assurer le blocage des corps à l'intérieur du corps creux, sur une première plage de température et le déblocage et la libération de ces corps sur une deuxième plage de température différente de la première. Par plage de température différente, on entend en fait que la première et la deuxième plage de température sont disjointes. En particulier, la définition des plages de température précitées est en fait réalisée par la température de transition de l'élément à deux états de mémoire de forme, température en deçà ou au-delà de laquelle l'élément 1 occupe l'un ou l'autre état de forme mémorisé I ou il. Par maintien ou libération de corps, on entend maintien ou libération,en vue éventuellement de leur extraction du corps creux, de corps solides, tels que pastilles, granules ou analogue ou fluides tels que liquides, liquides présentant une phase vapeur, matériaux pulvérulents, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description. L'élément 1 à deux états de mémoire de forme réversibles a été soumis préalablement à son utilisation , comme dispositif d'obturation, à un processus dit d'éducation lui permettant d'occuper en fonction de la température à laquelle il se trouve soumis, les positions ou états de forme mémorisés I, Il précitées lui permettant d'assurer les fonctions de blocage ou de déblocage des corps à l'intérieur du corps creux. On comprendra bien entendu que le corps creux peut être constitué par toute enveloppe fermée présentant une ouverture, telle qu'un tube, éprouvette, flacon ou analogue. Selon une application particulière du dispositif d'obturation de l'invention, dans un but de stockage et de maintien des corps, puis de traitement de ceux-ci, l'élément 1 à deux états de mémoire de forme réversibles permet par exemple d'assurer le blocage en température ambiante des corps précités dans le corps creux, puis le déblocage des corps, par exemple des corps solides à température différente de la température ambiante. En particulier, le déblocage des corps solides à l'intérieur du corps creux peut être obtenu à une température plus élevée que la température ambiante, le dispositif d'obturation de l'invention pouvant avantageusement être utilisé pour le conditionnement en tubes de pastilles de combustible destiné aux réacteurs nucléaires. Le choix de la température de transition de l'élément 1 à deux états de mémoire de forme, permet également une application avantageuse du dispositif d'obturation selon l'invention au traitement thermique tel que stérilisation ou pasteurisation d'aliments ou produits de laboratoires. Dans ce dernier cas, la température de transition de l'élément à mémoire de forme peut être choisie en fonction de la composition du matériau constitutif de l'élément 1, de façon à ce que ce dernier assure en position I par exemple le déblocage des corps à basse température et au contraire en position Il le blocage de ceux-ci à une température correspondant à la température de traitement. Un mode de réalisation particulier du dispositif de l'invention, sera maintenant donné en liaison avec les figures 2a et 2b. Selon les figures précitées, et en particulier dans le cas du maintien ou de la libération de corps solides du genre pastilles à l'intérieur du corps creux, l'élément 1 à deux états de mémoire de forme réversibles peut être constitué par une bague fendue, notée 11, en matériau élastique. La bague 11 en l'absence de contrainte thermique a un diamètre voisin de celui du corps creux, mais inférieur à celui-ci, de façon à permettre l'introduction de l'élément 1 dans le corps creux. L'élément 1 comporte en outre un anneau fendu 12 en un matériau à deux états de mémoire de forme réversibles. L'anneau fendu 12, ainsi que représenté en figure 2a,et en coupe selon un plan diamétral A-A en figure 2b,est engagé à la périphérie de la bague 11.Bien entendu, et de façon non limitative, l'anneau 12 peut être engagé soit à la périphérie externe de la bague 11, soit à la périphérie interne de la bague 11. Les paramètres d'épaisseur de la bague 11 et de l'anneau 12 sont choisis en fonction des dimensions ou diamètre du corps creux, et de la contrainte que ce dernier est susceptible de supporte#r du fait du passage dans la position de forme mémorisée, permettant le blocage des corps à l'intérieur du corps creux. La bague fendue 11 peut par exemple et de façon non limitative, être constituée par un matériau choisi dans le groupe bronze au béryllium, cuivre au béryllium, acier élastique. Dans le cas d'une utilisation pour le conditionnement de pastilles de combustible destiné aux réacteurs nucléaires, la bague fendue 11 peut avantageusement être constituée en inconel. Enoutre, pour des applications plus spécifiques, telles que le traitement thermique de produits de laboratoires ou alimentaires, la bague 11 peut être constituée en un matériau plastique élastique, en polyamide, polyimide, polyéther-imide, polye#ther- sulfone. Bien entendu, ces derniers matériaux sont destinés à la réalisation de dispositifs d'obturation conformes à l'invention, selon l'utilisation de ces derniers, en fonction de la température. En outre, l'anneau fendu 12 en matériau à double effet de mémoire de forme réversibles, peut être constitué par un alliage du groupe des composés nickel-titane, nickel-titane-fer, nickelaluminium, cuivre-zinc-aluminium, cuivre-aluminiumnickel. Ces composés peuvent être utilisés sous forme de composés intermétalliques ou alliés. Une autre variante de réalisation de l'élément 1 à deux états de mémoire de forme, sera maintenant décrite en liaison avec les figures 3a et 3b. Selon les figures précitées, la bague fendue 11 formant manchon est conformée de façon que les bords 110 de la fente soient sensiblement repliés radialement vers l'axe longitudinal de symétrie du corps du manchon. L'anneau fendu 12 est engagé à glissement sur la fa~ interne du manchon 11, les bords de la fente de l'anneau fendu 12 étant en appui contre les bords repliés de la bague 11 formant manchon. Sur les figures 3a et 3b, les bords repliés radialement de la fente de la bague fendue 11 formant manchon, ont été notés 110. Bien entendu, l'anneau fendu 12 constitué en matériau à deux états de mémoire de forme réversibles, a subi,préalablement à son insertion ou engagement sur la face externe de la bague 11,selon la figure 2a,ou sur la face interne de cette même bague 11 selon la figure 3a, le processus déjà cité dit d'éducation. Ainsi qu'il apparaît en outre en figure 3b, l'anneau fendu 12 peut avantageusement être formé d'une pluralité de clips empilables, notés 121, 122, 123, 12i sur la figure 3b. Chacun des clips précité a une épaisseur ou dimension selon l'axe longitudinal de symétrie du corps de manchon très inférieure à llépais- seur ou dimension en hauteur, selon ce même axe,du corps du manchon. Par dimension très inférieure, on entend dimension inférieure à 1/4 de la hauteur du manchon par exemple. La réalisation de l'anneau fendu 12 sous forme de clips empilables apparaît particulièrement avantageuse dans la mesure ou elle autorise en fait un choix modulaire de la contrainte effectivement appliquée au corps creux, en position de blocage des corps à l'intérieur de celui-ci. Ainsi qu'il apparaît en outre en figure 3b en 2) les clips 12i peuvent être partiellement pleins. Par clip partiellement plein, on entend tout clip constitué sensiblement par une rondelle circulaire en matériau à mémoire de forme dans laquelle une découpe de moins de 50 % de la surface de la rondelle a été effectuée, ainsi que représenté en figure 3b 2), de façon à réaliser des bords de découpe du clip, conssituant les bords de fente de l'anneau par empilement des clips, destinés à venir en appui contre les bords repliés de la bague 11 formant manchon. Un autre mode de réalisation avantageux du dispositif d'obturation selon l'invention sera décrit en liaison avec la figure 4. Selon ce mode de réalisation, la bague fendue 11 comporte une gorge à sa périphérie externe, de façon semblable au mode de réalisation de la figure 2a, gorge dans laquelle, dans cette figure, l'anneau fendu 12 en matériau à deux états de mémoire de forme est engagé. La bague fendue11 en ma matériau élastique est au contraire, dans le cas de la figure 4, munie de la gorge 111 précitée, à la périphérie de laquelle sont prévues des perforations notées 1110. Deux perforations 1110 en vis-à-vis, sont dirigées sensiblement selon un diamètre de la bague fendue 11, et une ou plusieurs tiges notées 1111 en matériau à deux états de mémoire de forme sont engagées dans deux perforations en vis-à-vis de préférence. Les tiges 1111 en matériau à mémoire de forme sont bien entendu capables d'occuper deux états ou positions mémorisés, correspondant respectivement à une forme sensiblement rectiligne des tiges dans laquelle, l'élément 1 assure le blocage des corps dans le corps creux, et a une forme ou position repliée en angle correspondant au déblocage des corps, dans le corps creux. Un mode de réalisation particulièrement avantageux, dans le cas d'un dispositif d'obturation permettant le maintien ou la libération de corps fluides ou solides sera maintenant décrit en liaison avec les figures 5 et 6. Conformément à la figure 5, élément 1 à deux états de mémoire de forme réversibles est constitué par une tige 2 en matériau à deux états de mémoire de forme réversibles notés I, Il comme précédemment La tige 2 est enroulée selon des spires et constitue sensiblement un enroulement. L'une des extrémités de l'enroulement constitué par la tige 2 est mécaniquement solidaire d'une portée de l'extrémité ou ouverture du corps creux 100. On comprendra, notamment sur la figure 5, que la portée peut être constituée par le filetage d'un bouchon 10 ou un dispositif du genre fixation à baïonnette de celui-ci au corps creux 100, constitué par exemple par un tube. L'autre extrémité de l'enrou- lement est solidaire d'une plaquette d'arrêt 3. L'enroulement constitué par la tige 2 est susceptible sur une première plage de température d'occuper un état dit rétracté noté I, tant en dimension longitudinale que radiale de l'enroulement, permettant d'obtenir un déblocage des corps solides notés Os dans le corps creux. Sur la figure 5, les corps solides Os sont représentés sous forme de pastilles. L'enroulement constitué par la tige 2 est en outre susceptible d'occuper sur une deuxième plage de température, différente de la première, un état dit expansé, noté Il, tant en dimension longitudinale que radiale de l'enroulement, dans lequel les les spires prennent appui contre la paroi interne du corps creux 100, provoquant ainsi le blocage des corps solides Os. Bien entendu, l'enroulement constitué par la tige 2 a été soumis à un processus d'éducation, de manière analogue auprocessus d'éducation tel que précédemment décrit en liaison avec les modes de réalisation précédents. Ce processus d'éducation sera décrit ultérieurement dans la description. Afin d'assurer le maintien ou la libération de corps fluides tels que des liquides, le dispositif d'obturation selon l'invention, ainsi que représenté en figure 6, peut comprendre en outre au voisinage de la paroi la plus externe de l'élément 1 à deux états de mémoire de forme réversibles, une enveloppe notée 102, destinée sous l'action de l'élément à mémoire de forme à former joint d'étanchéité au fluide à maintenir dans le corps creux. Sur la figure 6, l'enveloppe 102 est de préférence constituée par un fourreau recouvrant en totalité 1' enroulement constitué par la tige 2 et la plaquette d'arrêt 3, l'extrémité du fourreau au voisinage du bouchon 10 étant fixez manière étanche à celui-ci.On comprendra que lors du passage en position ou état de forme Il de lten- roulement constitué par la tige 2, cet état de forme Il étant choisi de façon à comporter un nombre de spires suffisant, non représenté sur la figure 6, cet état permet la mise en compression de l'enveloppe élastique 102 contre la paroi interne du corps creux 100, sensiblement sur la totalité du développement des spires de l'enroulement, assurant ainsi l'étanchéité convenable souhaitée. Bien entendu, le mode de réalisation de la figure 6 correspondant à celui d'un bouchon étanche n'est pas limitatif. En particulier, et en fonction de l'utilisation souhaitée, une enveloppe de type analogue peut également être ajoutée au mode de réalisation des figures 1 à 4 précédentes. Un processus dit d'éducation de l'élément à mémoire de forme ou plus spécialement de la partie active de celui-ci, sera tout d'abord donné relativement aux figures 1 à 4. L'anneau fendu 12 en matériau à mémoire de forme, destiné à constituer en fait la partie active de l'élément à mémoire de forme 1, peut être obtenu à partir d'une feuille d'alliage précédemment citée, découpée puis soumise à un traitement mécanique par roulage de façon à former un anneau fendu conformé aux formes et dimensions finales constituant le premier état iou Il de mémoire de forme. L'anneau fendu 12 est ensuite soumis à un traitement thermique capable d'amener celui-ci en état de phase cristallographique de type austénitique, puis à un refroidissement à une température voisine de la température ambiante. Par refroidissement, on entend un refroidissement tel que celui obtenu au moyen d'un traitement du type trempage, de façon à éviter l'apparition de phase cristallographique parasite. L'anveau fendu 12 est ensuite soumis au processus d'éducation proprement dit.Le processus d'éducation proprement dit consiste à imposer répétitivement à l'anneau fendu, une contrainte mécanique telle que 1' anneau soit, dans au moins une zone de déformation de sa périphérie, déformé de#manière à amener cet anneau fendu dans une position de forme voisine du deuxième état de mémoire de forme Il ou I et à soumettre l'ensemble, la contrainte étant maintenue à un abaissement de température susceptible d'amener l'anneau fendu 12 en état de phase martensitique. Bien entendu, l'abàissement de température peut être réalisé au moyen de toute source de froid appliquée soit à l'ensemble de l'anneau, soit au seul niveau de sa ou de ses zones de déformation.La contrainte mécanique peut être appliquée au moyen d'un outil permettant un écarterreht ou un rapprocnerlent suffisant des lobes de l'anneau fendu, jusqu'à obtenir la position de mémoire de forme souhaitée. Après suppression de la contrainte mécanique, l'élément de raccordement est soumis à un réchauffement progressif à température ambiante. il reprend alors son état de forme stable I ou il ou premier état de mémoire de forme. La répétition du cycle imposé pour l'éducation, telle que définie précédemment, doit être suffisante pour obtenir un bond degré de reproductibilité des transitions entre le premier et le deuxième état de mémoire de forme ultérieurs par seule variation de la température. Bien entendu, ce processus d'éducation n'est pas limitatif, en particulier en ce qui concerne les états ou positions de forme mémorisés. On comprendra, en effet, que l'état de mémoire de forme désigné comme premier état de mémoire de forme I ou il est défini non pas par rapport à son qualificatif d'ordre, mais au contraire par rapport à sa forme géométrique, l'état de forme stable à température ambiante, l'autre état mémorisé Il ou I étant défini par rapport au premier en fonction de la valeur de la température de transition par rapport à la température ambiante. En outre, et en ce qui concerne le processus d'éducation de l'enroulement constitué par la tige 2 dans les figures 5 et 6, on comprendra qu'il est naturellement possible d'utiliser un processus d'éducation tel que décrit précédemment, dans lequel l'enroulement est soumis, dans le processus, à une contrainte mécanique telle que celui-ci se trouve à la fois déformé longitudinalement et radialement par modification du nombre de spires lors du passage de l'état de forme mémorisé I à l'état de forme mémorisé Il. Cette contrainte peut de manière avantageuse être appliquée au moyen d'un outil comprenant un volant solidaire d'une extrémité de l'enroulement précité, le volant étant entraîné en rotation et en translation, par rapport à l'axe longitudinal de l'enroulement. Ce type d'outillage ne sera pas décrit, car il peut être constitué par tout système de volant engrené par exemple sur une vis sans fin. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'obturation d'un corps creux permettant le maintien ou la libération de corps à l'intérieur dudit corps creux, caractérisé en ce qu'il comporte un élément à deux états de mémoire de forme réversibles, capable d'assurer le blocage des corps à l'intérieur du corps creux sur une première plage de température et le déblocage et la libération de ceux-ci sur une deuxième plage de température différente de la première. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans un but de stockage et de maintien ou de traitement desdits corps, l'élément à deux états de mémoire de forme réversibles permet d'assurer le blocage à température ambiante et le déblocage des corps à température différente de celle-ci. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que en vue du maintien ou de la libération de corps solides, l'élément à deux états de mémoire de forme réversibles est constitué par - une bague fendue en matériau élastique, ladite bague, en l'absence de contrainte, ayant un diamètre voisin de celui du corps creux, - un anneau fendu en un matériau à deux états de mémoire de forme réversibles, l'anneau étantengagé à la périphérie de la bague. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite bague fendue est constituée par un matériau choisi dans le groupe bronze au béryllium, cuivre au béryllium, acier élastique, inconel, matière plastique élastique, polyamide, polyimide, polyether-imide, polyether-sulfone. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit anneau fendu en matériau à double effet de mémoire de forme réversible est constitué par un alliage du groupe des composés nickel-titane, nickel-titane-fer, nickel-aluminium, cuivre-zinc-aluminium, cuivre-aluminium-nickel, sous forme de composé intermétallique ou allié. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite bague fendue, formant manchon, est conformée de façon que les bords de la fente soient sensiblement repliés radialement vers l'axe longitudinal de symétrie du corps du manchon, ledit anneau fendu étant engagé à glissement sur la face interne dudit manchon, les bords de la fente dudit anneau fendu étant en appui contre les bords repliés de la bague formant manchon. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit anneau fendu est formé d'une pluralité de clips empilables, chacun des clips ayant une épaisseur très inférieure à l'épaisseur ou hauteur du corps du manchon. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les clips sont sensiblement pleins. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite bague fendue comporte une gorge à sa périphérie externe, gorge dans laquelle ledit anneau fendu en matériau à deux états de mémoire de forme est engagé. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que l'élément à deux états de mémoire de forme réversibles est constitué par une bague fendue en matériau élastique, ladite bague étant munie d'une gorge à la périphérie de laquelle sont prévues des perforations, deux perforations en vis-àvis étant dirigées sensiblement selon un diamètre de la bague, une ou plusieurs tiges en matériau à deux états de mémoire de forme étant engagées dans deux perforations en vis-à-vis. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que l'élément à deux états à mémoire de forme réversibles est constitué par une tige en matériau à deux états de mémoire de forme réversibles, enroulées selon des spires et constituant sensiblement un enroulement, l'une des extrémités de l'enroulement étant mécaniquement solidaire d'une portée de l'extrémité du corps creux et l'autre extrémité étant solidaire d'une plaquette d'arrêt, ledit enroulement étant susceptible, sur une première plage de température, d'occuper un état dit rétracté tant en dimension longitudinale que radiale, permettant d'obtenir un déblocage des corps et sur une deuxième plage de température, différente de la pre mièvre, un état dit expansé tant en dimension longitudinale que radiale, dans lequel les spires prennent appui contre la paroi interne du corps creux provoquant ainsi le blocage des corps. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au voisinage de la paroi la plus externe de l'élément à deux états de mémoire de forme réversibles, une enveloppe ou élément en matériau élastique destiné, sous l'action de l'élément à mémoire de forme, à former joint d'étanchéité aux fluides.