Brevet FR2716952A1 — publié le 19950908

"Procédé d'avitaillement en liquides cryogènes" La présente invention se rapporte à un procédé d'avi- taillement en liquides cryogènes, en particulier en hy- drogène liquide ou méthane liquide utilisé comme carburant aéronautique, suivant lequel le liquide cryogène est5 transféré d'au moins une citerne d'avitaillement en passant par au moins une conduite de liaison déconnectable dans au moins un réservoir récepteur, en particulier un réservoir d'avion. Il est connu de transférer des liquides cryogènes d'une citerne d'avitaillement dans un réservoir récepteur, par exemple un réservoir de véhicule ou d'avion, en amenant la citerne à un niveau de pression plus élevé que le réservoir et en maintenant la différence de pression pendant l'opé- ration d'avitaillement. Dans ce cas, la température dans la15 citerne peut se trouver à un niveau tel que, sous l'effet de la chute de pression vers le réservoir, le liquide parvient à ébullition dans ce dernier et se refroidit ainsi. En raison de ce refroidissement, des gaz étrangers éven- tuellement contenus dans le liquide peuvent en dernier lieu précipiter sous forme solide, par exemple sous forme de5 cristaux. Dans le cas d'hydrogène comme liquide cryogène, de telles impuretés solides peuvent être constituées par de l'oxygène et de l'azote qui, sous l'effet des avitaillements répétés, s'accumulent d'une manière extrêmement indésirable. Cela peut produire un gel ou blocage d'éléments de conduite10 et un mélange d'hydrogène liquide et de cristaux solides d'oxygène peut conduire à une explosion. Par réchauffement périodique de tous les éléments concernés, il est possible d'éliminer de telles accumulations et d'éviter dans une large mesure leurs conséquences négatives. Cela exige15 cependant des dépenses considérables du point de vue appa- reillage et procédé. On connaît également un procédé d'avitaillement suivant lequel la citerne est maintenue à un niveau le plus faible possible en dessous de la pression dans le réservoir20 récepteur et le transfert de liquide vers le réservoir récepteur s'effectue à travers un filtre; le liquide est dans ce cas prélevé dans la citerne à des endroits qui si possible ne sont pas situés dans la zone o se forment des dépôts solides (gaz étrangers). Les inconvénients de ce25 procédé consistent en le fait que la pression dans la citerne doit être maintenue à un faible niveau et que des pompes puissantes sont nécessaires pour le transfert (augmentation de pression), pompes qui ne sont pas dis- ponibles sur de nombreuses citernes existantes. Compte tenu des inconvénients de ces solutions connues, le but de la présente invention est d'indiquer un procédé d'avitaillement en liquides cryogènes qui conduit, moyennant des dépenses comparativement faibles du point de vue procédé, à une pureté nettement plus élevée du liquide35 cryogène et à des dépôts solides considérablement réduits de gaz étrangers dans le réservoir récepteur, et accroit ainsi notablement la sécurité aussi bien lors de l'avitaillement que lors du fonctionnement de l'appareil alimenté par le ré- servoir.5 Selon l'invention, on refroidit le liquide cryogène dans la citerne, avant l'opération d'avitaillement ou avant et pendant l'opération d'avitaillement à une température qui est située en dessous de la température de fonctionnement la plus basse prévue dans le réservoir récepteur et au dessus10 du point de congélation du liquide, et on transfère le liquide cryogène dans le réservoir récepteur à travers au moins un filtre ayant une finesse de 5 à 40 pm, en aug- mentant sa température pendant le transfert à une valeur correspondant au moins approximativement à la température15 prévue pendant le fonctionnement dans le réservoir ré- cepteur. Par le refroidissement du liquide cryogène dans la citerne d'avitaillement à une température située en dessous de la température de fonctionnement la plus basse dans le20 réservoir récepteur et au dessus du point de congélation du liquide, les gaz étrangers qui sont éventuellement contenus dans le liquide et qui se solidifient ainsi se déposent déjà en majeure partie dans la citerne d'avitaillement. Le filtre de finesse définie retient, en amont du réservoir récepteur,25 d'éventuelles particules de matières solides parvenant dans la conduite de liaison. Par l'augmentation intentionnelle et le cas échéant contrôlée du liquide sur le trajet de la citerne d'avitaillement vers le réservoir récepteur, que ce soit sous l'effet de pertes par frottement, par une iso-30 lation thermique non idéale ou par un apport contrôlé de chaleur (échange de chaleur), etc., la solubilité d'éven- tuelles substances étrangères encore contenues dans le liquide est accrue, et la tendance aux dépôts est réduite encore davantage. En se référant au dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail l'invention. La figure unique est une représentation schématique d'une citerne d'avitaillement délivrant un liquide, d'un réservoir recevant le liquide délivré, les deux en coupe,5 ainsi que le système de conduite reliant la citerne d'avi- taillement au réservoir récepteur. Le réservoir récepteur 1 associé & au moins un uti- lisateur non représenté peut être installé de façon mobile ou stationnaire, par exemple sous forme de réservoir10 d'avion. La même chose est valable pour la citerne d'avi- taillement 7 qui peut être montée par exemple sur un camion citerne. En général, au moins l'une de ces deux enceintes est installée de façon mobile, pour pouvoir, en cas d'avi- taillement, être amenée au voisinage de l'autre. Bien15 entendu, le principe de l'invention est applicable également dans le cas o les enceintes individuelles sont remplacées par des groupes d'enceintes reliées ou susceptibles d'être reliées entre elles. Comme illustré, plusieurs éléments fonctionnels sont intégrés à la conduite de liaison 2 allant de la citerne d'avitaillement 7 jusqu'au réservoir récepteur 1. Un coupleur 4 constitue la liaison proprement dite entre le tronçon de conduite côté citerne d'avitaillement et le tronçon de conduite côté réservoir récepteur. On reconnaît25 par ailleurs deux vannes d'arrêt 3 et 6, une pour chacune des deux enceintes. Un filtre 5 ayant une finesse de 5 à 40 Im est disposé dans le tronçon de conduite côté citerne d'avitaillement. A l'intérieur de la citerne d'avitaillement 7, on a représenté un échangeur de chaleur 8 avec des raccords de fluide de refroidissement sortant de la citerne. Les évents de la citerne sont symbolisés par des flèches blanches. L'opération d'avitaillement se déroule de la manière décrite ci-après. Dans la citerne d'avitaillement 7, on abaisse la température du liquide à une valeur située en dessous de la température de fonctionnement la plus basse prévue dans le réservoir récepteur 1, mais encore au-dessus du point de congélation du liquide. Cette opération de refroidissement5 dans la citerne d'avitaillement 7 est produite par exemple à l'aide d'un fluide auxiliaire envoyé dans l'échangeur de chaleur 8, ou par une baisse de pression temporaire dans la citerne, entraînant une évaporation d'une partie du liquide. Ce refroidissement provoque une diminution de la solubilité des gaz étrangers, par exemple oxygène et azote, contenus dans le liquide cryogène, par exemple hydrogène, et ces gaz précipitent dans le liquide sous forme de cristaux solides et s'accumulent progressivement dans la zone du fond de la citerne d'avitaillement.15 Des cristaux de gaz étrangers parvenant éventuellement dans la conduite de liaison 2 sont retenus par le filtre 5. Le transfert de liquide peut se faire par augmentation de la pression dans la citerne d'avitaillement 7, immédiatement avant l'avitaillement, et/ou au moyen de pompes.20 Sur son trajet de la citerne d'avitaillement 7 au réservoir récepteur 1, le liquide cryogène s'échauffe sous l'effet de pertes par frottement et de l'entrée de chaleur depuis l'espace environnant à travers l'isolation qui n'est pas idéale, en particulier dans la zone de la conduite de25 liaison. Par un affaiblissement ou un enlèvement local contrôlé de l'isolation ou un autre apport de chaleur (par exemple par des échangeurs de chaleur), il est possible de contrôler l'augmentation de température du liquide cryogène. Dans tous les cas, la température qui s'établit dans le réservoir récepteur 1 est nettement supérieure à la température dans la citerne d'avitaillement 7, ce qui conduit dans le réservoir 1 à une solubilité accrue des gaz étrangers et donc à une tendance minimale à la précipitation de ces substances étrangères sous forme solide. Cela donne une sécurité de fonctionnement élevée de l'ensemble du système réservoir utilisateur, sans la nécessité de devoir chauffer périodiquement, au moins par endroits, le liquide cryogène stocké, en vue de la dissolution de substances étrangères solides. Dans la citerne d'avitaillement 7 qui est constituée par exemple par la citerne de grand volume d'un camion citerne, les dépôts de gaz étrangers ne constituent pas un problème sérieux car ces dépôts peuvent être retirés ou évacués de façon contrôlée dans les zones critiques du réservoir, pendant les phases de fonctionnement stationnaire ou quasi stationnaires, ou se dissolvent de nouveau sous l'effet de l'apport de chaleur "naturel de l'extérieur à travers l'isolation non idéalement hermétique, cette dis- solution étant le cas échéant renforcée par les mouvements15 qui se produisent lors du transport. REVENDICATION Procédé d'avitaillement en liquides cryogènes, en particulier en hydrogène liquide ou méthane liquide utilisé comme carburant aéronautique, suivant lequel le liquide5 cryogène est transféré depuis au moins une citerne d'avi- taillement (7) en passant par une conduite de liaison (2) déconnectable dans au moins un réservoir récepteur (1), en particulier un réservoir d'avion, caractérisé par le fait qu'on refroidit le liquide cryogène (échangeur de chaleur 8)10 dans la citerne d'avitaillement (7), avant l'opération d'avitaillement ou avant et pendant l'opération d'avi- taillement, à une température située en dessous de la température de fonctionnement la plus basse prévue dans le réservoir récepteur (1) et au dessus du point de congélation15 du liquide, et on transfère le liquide cryogène à travers au moins un filtre (5) d'une finesse de 5 à 40 pm dans le réservoir récepteur (1), en augmentant sa température pendant le transfert (conduite de liaison 2) à une valeur correspondant au moins approximativement à la température de20 fonctionnement prévue dans le réservoir récepteur (1).