Brevet FR2613034A1 — publié le 19880930

L'invention concerne un appareil et un dispositif pour transporter un liquide se trouvant à ou près de son point d'ébuLli- tion, en particulier de l'hydrogène liquide, au moyen d'une pompe qui aspire le liquide d'un réservoir à travers un orifice d'aspi- ration. Lors du transport de liquides, en ébullition, par exemple d'hydrogène cryogène,il se produit une perte de charge ou chute de pression du liquide dans la zone de l'orifice d'admission ou d'aspiration de la pompe, pendant la phase d'aspiration, chute de pression provoquant à son tour une formation de bulles. Cet effet est indésiré car, pendant la phase de refoulement de la pompe, la substance en forme de vapeur aspirée est de nouveau liquéfiée pendant l'élévation de pression se produisant alors, de sorte qu'une partie considérable du volume de refoulement est perdue. Ceci peut aller jusqu'au point o le refoulement effectif du liquide est rendu impossible. Il n'est pas possible de s'opposer à cet effet par une pression accrue dans le réservoir puisque l'élévation de pression entraî- nerait simplement un décalage de la température d'ébullition d'équilibre, de sorte qu'il se produirait également - même avec un tel accroissement statique de la pression dans le réservoir - une chute de pression dans la zone d'aspiration de la pompe, par rapport à l'état d'équilibre, qui conduirait à la formation de bulles indésirée. On sait que l'on peut éviter la formation indésirée de bulles, par exemple en introduisant des effets d'inertie dans le liquide. De telles mesures comprennent, par exemple, l'exécution d'une pompe avec un piston immobile et un cylindre animé de mouve- ments,ou alors la prévision de ce que l'on appelle des préaccélé- rateurs. Il s'agit essentiellement de corps conformés de façon adéquate, quant aux conditions d'écoulement, pour que, pendant la phase d'admission, par suite d'effets d'inertie, le liquide à transporter soit refoulé vers l'orifice d'aspiration de la pompe, en empêchant ainsi la chute de pression dans cette zone. Ces dispo- sitifs de préaccélération fonctionnement de façon fiable, mais ils ont l'inconvénient d'augmenter considérablement l'encombrement de la pompe, aussi bien en longueur qu'en diamètre, ce qui pose des problèmes de construction surtout s'il s'agit de pompes devant être très petites, en vue d'une utilisation dans un véhicule automobile par exemple. De plus, des systèmes de pompage existants ne peuvent pas être transformés pour y incorporer de tels dispositifs. Le but de l'invention est de perfectionner -un procédé, du type mentionné au début, de manière que la formation indésirée de bulles pendant la phase de refoulement soit évitée, sans que cela oblige à modifier la construction de la pompe elle-même. A cet effet, selon l'invention, on élève la pression dans le réservoir brièvement au-dessus de la pression d'équilibre du liquide dans le réservoir pendant la phase d'aspiration de la pompe. Selon le procédé de l'invention, on élève par conséquent la pression dans le réservoir à la façon d'une impulsion pendant la seule phase d'aspiration, la pression étant abaissée de nouveau dans la partie restante du cycle de la pompe, de sorte que la pression est nettement supérieure à la pression d'équilibre dans la phase d'aspiration. De cette manière, la formation de bulles pendant la phase d'aspiration peut être évitée. L'invention vise également à créer un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. A cet effet, selon l'invention, un dispositif comprenant une pompe dont le côté aspiration est relié à un réservoir contenant le liquide à transporter, est caractérisé en ce que le réservoir, qui est fermé, est raccordé à une conduite de pression, reliée elle-même à une source de pression pendant la phase d'aspiration, en synchronisme avec le cycle de mouvement de la pompe, et que le réservoir est détendu en déhors de la phase d'aspiration, également en synchronisme avec le cycle de mouvement de la pompe. Le mot "détendu" veut dire ici que l'élévation de la pression, résultant de la mise en communication du réservoir avec la source de pression, est de nouveau annulée. Dans ce but, le réservoir peut être rélié, par exemple, à un récipient de compen- sation présentant une pression plus basse. 2 6 1 3034 Un tel système peut être réalisé par une construction avantageuse prévoyant Le raccordement alternatif de la conduite de pression à une source de pression et à une conduite de détente, le raccordement alternatif pouvant être produit par des robinets à commande mécanique ou électromagnétique. Il est particulièrement avantageux que La mise en commu- nication du réservoir avec la source de pression et la détente du réservoir soient commandées par le mouvement de la pompe. Cette disposition assure une application synchrone des impulsions de pression au réservoir. Un mode de réalisation préféré prévoit que la source de pression fournit un gaz qui ne se condense pas dans le liquide à transporter et qui diffère de ce liquide; si ce dernier est de l'hydrogène, la source de pression pourrait fournir de l'hélium gazeux par exemple. Un autre exemple de réalisation prévoit que la source de pression fournit, sous forme gazeuse et/ou liquide, la même substance que celle constituant le liquide à transporter; si ce dernier est de l'hydrogène, lasource depression peutdonc fournirde l'hydrogène gazeux ou liquide ou un mélange d'hydrogène gazeux et d'hydrogène liquide. Il est particulièrement avantageux que la source de pression comporte un récipient alimenté par la sortie côté refou- lement de la pompe. Il devient ainsi inutile d'employer une source de pression étrangère puisque le récipient est alimenté à chaque cycle de la pompe avec une petite partie du liquide sous pression refoulé, si bien que le fonctionnement même de la pompe assure la mise à disposition permanente de fluide sous pression pour produire les impulsions de pression. Une conduite d'amenée pour le liquide à transporter peut déboucher dans le réservoir et être équipée d'un clapet antiretour. La prévision de ce clapet permet la brève élévation de la pression dans le réservoir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes de réalisation préférés mais non limitatifs, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, montrant le schéma d'un système de pompage auquel une pression est appliquée brièvement dans la phase d'aspiration. Le dessin montre de façon schématique les parties essentielles seulement d'un système de pompage pour le transport d'hydrogène liquide. Un réservoir 1, fermé de tous côtés, contient de l'hydrogène liquide en équilibre. Du fait que l'isolation ther- mique n'est pas parfaite et qu'il en résulte donc un apport de chaleur, il s'établit à l'intérieur du réservoir une température qui correspond au point d'ébullition de l'hydrogène liquide. Une conduite d'amenée 2 pour l'hydrogène débouche dans le réservoir 1 et contient, dans sa zone d'entrée dans le réservoir, un clapet antiretour 3 qui s'ouvre dans le sens de l'entrée de l'hydrogène dans le réservoir et se ferme pour un écoulement en sens contraire. Le réservoir 1 contient une pompe de circulation 4 qui plonge dans le liquide et comporte un cylindre de pompe 5, un piston 6 animé d'un mouvement alternatif dans ce cylindre, une soupape d'admission ou d'aspiration 7 et une soupape d'échappement 8; l'orifice d'aspiration 9 s'ouvre directement dans le liquide contenu dans le réservoir 1, tandis que l'orifice de refoulement 10 débouche dans une conduite de refoulement 11 qui sort de façon étanche du réservoir 1. Le piston 6 est périodiquement monté et abaissé par un dispositif d'entraînement 20, par l'intermédiaire d'une tige d'entraînement 12, de sorte que le volume de la chambre de pompage 13, délimitée d'un côté par le piston, change périodiquement. Dans le dessus du réservoir 1 arrive une conduite à impulsions de pression 14 qui est raccordée d'un côté à une conduite de pression 15 et de l'autre côté à une conduite de détente 16. La conduite de pression 15 mène à un récipient de pression 17 et comporte un robinet fermant 18, par exemple sous forme d'une électrovanne. La conduite de détente 16 mène à un espace de détente, non représenté sur le dessin, constitué par un espace de compensa- tion par exemple ou directement par l'environnement extérieur. La conduite de détente 16 comporte un robinet fermant 19, lequel peut être constitué aussi par une électrovanne. Les deux robinets 18 et 19 sont reliés par des canalisations de commande 21, 22 au dispositif d'entraînement 20 du piston 6, Lequel envoie des signaux d'ouverture et de fermeture aux robinets 18 et 19 en synchronisme avec Le mouve- ment du piston 6. L'agencement est tel que, pendant le mouvement d'aspiration du piston 6, le robinet 18 dans la conduite de pression est ouvert et le robinet 19 dans la.conduite de détente 16 est fermé, et que, dans toutes Les autres phases du mouvement du piston, les positions des deux robinets 18, 19 sont inversées. De cette manière, La conduite à impulsions de pression 14 est reliée au seul récipient de pression 17 pendant le mouvement d'aspiration du piston 6, tandis que, dans toutes les autres phases du pompage, elLe est reliée uniquement à la conduite de détente 16. Le récipient de pression 17 peut être rempli avec un gaz sous surpression; il peut s'agir d'hélium gazeux par exemple si le liquide transporté est de l'hydrogène liquide. Selon une variante de réalisation, le récipient de pression 17 est raccordé à la conduite de refoulement 11 par une conduite d'amenée 23 représentée en pointillé sur le dessin et contenant un clapet antiretour 24 qui s'ouvre en direction du récipient 17. Dans cet exemple de réalisation, le récipient de pression 17 reçoit une partie du liquide sous pression refoulé par La pompe. Le récipient 17 contient par conséquent la même substance que celle que la pompe doit transporter, la substance en question pouvant être contenue dans le récipient de pression sous forme d'un gaz, d'un liquide ou d'un mélange biphasé liquide/vapeur. Dans tous Les cas, la pression du fluide dans le récipient 17 est supérieure à la pression qui s'établit dans le réservoir 1 lorsque celui-ci communique par la conduite à impulsions de pres- sion 14 et par La conduite de détente 16 avec L'espace de détente. Cette plus faible pression dans le réservoir détermine la pression d'équilibre dans celui-ci, pression qui fixe à son tour le processus d'ébullition dans le réservoir. Lors du fonctionnement, Le réservoir 1 reçoit durant peu de temps une impulsion de pression, provenant du récipient de pression 17, pendant le seul mouvement d'aspiration du piston 6, de 26130 34 sorte que La pression dans le réservoir est brièvement accrue au cours de cette phase. Il s'ensuit que même avec une pompe à cadence rapide, la pression qui règne dans la zone d'admission de la pompe pendant La phase d'aspiration est telle qu'iL n'y a pas de formation de bulles. Cependant, dès que La course d'apiration est terminée, la pression dans Le réservoir est abaissée de nouveau à la pression d'équilibre normale, si bien qu'il n'y a pas de décalage durable de la courbe des points d'ébullition sous l'effet de la pression accrue. L'état d'équilibre est donc déterminé essentiellement par la pression régnant lors de la détente du réservoir 1. Il est avantageux que la mesure décrite soit applicable aussi à des systèmes de pompage existants, sans que l'on soit obligé de modifier la pompe elle-même. IL suffit de raccorder le réservoir à une conduite à impulsions de pression à prévoir en plus et de réaliser alternativement, par cette conduite et en synchronisme avec le mouvement de la pompe, une brève élévation de la pression et une détente consécutive. La commutation des robinets 18 et 19 peut s'opérer électriquement, comme décrit, auquel cas il est recommandé d'uti- liser des électrovannes. Une commutation mécanique par une liaison mécanique directe avec le dispositif d'entraînement 20 est possible aussi. REVENDICATIONS 1. Procédé pour transporter un liquide se trouvant à ou près de son point d'ébullition, en particulier de l'hydrogène liquide, au moyen d'une pompe qui aspire le liquide d'un réservoir à travers un orifice d'aspiration, caractérisé en ce que, pendant la phase d'aspiration de la pompe, on élève la pression dans le réservoir brièvement au-dessus de la pression d'équilibre du liquide dans le réservoir. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, comprenant une pompe dont Le côté aspiration est relié à un réservoir contenant le Liquide à transporter, caracté- risé en ce que le réservoir (1), qui est fermé, est raccordé à une conduite à impulsions de pression (14), reLiée elle-même à une source de pression (17) pendant la phase d'aspiration, en synchro- nisme avec le cycle de mouvement de la pompe (4), et que le réser- voir (1) est détendu en déhors de La phase d'aspiration, également en synchronisme avec le cycle de mouvement de la pompe (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite à impulsions de pression (14) peut être mise en communication alternativement avec une source de pression (17) et avec une conduite de détente (16). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la communication du réservoir (1) avec la source de pression (17) ou avec la conduite de détente (16) est commandée par le mouvement de La pompe. - 5. Dispositif seLon l'une quetconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la source de pression (17) fournit un gaz qui ne se condense pas dans le liquide à transporter et qui diffère de ce liquide. 6. Dispositif seLon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la source de pression (17) fournit, sous forme gazeuse et/ou liquide, la même substance que celle formant le liquide à transporter. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de pression comprend un récipient (17) qui est alimenté par la sortie côté refoulement (11) de la pompe (4). 8. Dispositif seLon L'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'une conduite d'amenée (2) pour Le Liquide à transporter débouche dans Le réservoir (1) et est pourvue d'un cLapet antiretour (3).