Brevet FR2779212A1 — publié le 19991203

i La présente invention concerne un réservoir de stockage de C02 liquide sous pression comprenant des moyens de raccordement du réservoir à une source de CO liquide, des moyens de soutirage de CO2 du réservoir et des moyens de mise à l'air de la phase gazeuse du réservoir, les moyens de mise à l'air comprenant une conduite et une vanne prévue sur cette dernière. Dans tout ce qui suit, les pressions indiquées sont des pressions absolues, et les termes amont et aval sont employés en référence au sens d'écoulement dans un élé- ment de canalisation considéré. L'invention s'applique en particulier aux réser- voirs destinés à fournir du CO2 gazeux sous pression dans les débits de boissons. De tels réservoirs contiennent du CO2 liquide en équilibre avec sa phase vapeur pour fournir du CO2 sous une pression qui est typiquement 10 bars. Pour rermplir un tel réservoir, on utilise une source de CO2 liquide sous-refroidi, stocké typiquement sous une pression comprise entre 17 et 20 bars et à une tempéra- ture de l'ordre de -30 à -40 C. Les moyens de mise à l'air du réservoir permettent d'évacuer progressivement du CO2 gazeux du réservoir et ainsi d'assurer un remplissage satisfaisant du réservoir par du CO, liquide. De plus, la mise à l'air doit permettre le rem- plissage en CO2 liquide du réservoir avec un niveau prédé- terminé, en évitant ainsi le suremplissage et donc les pro- blèmes de sécurité liés à l'absence de ciel gazeux. En l'absence de tels moyens de mise à l'air, le COo gazeux, initialement présent ou produit par vaporisation du CO2 liquide par détente et du fait d'entrées de chaleur, entraînerait, lors de l'introduction de CO- liquide, une montée en pression dans le réservoir qui empêcherait un rem- plissage satisfaisant de celui-ci. Cette mise à l'air doit être contrôlée pour éviter une chute de pression trop importante au sein du réservoir. Une chute de pression trop importante pourrait en effet con- duire à la solidification du C02 liquide contenu dans le ré- servoir. Pour atteindre cet objectif, on utilise soit un procédé entièrement manuel de mise à l'air, qui nécessite un contrôle permanent de l'opérateur, soit un procédé entière- ment automatique, peu fiable et/ou qui nécessite des équipe- ments coûteux. L'invention a pour but de résoudre ces problèmes en fournissant un réservoir de stockage de CO, liquide dont les moyens de mise à l'air sont économiques, fiables, néces- sitent peu d'entretien et sont d'utilisation aisée. A cet effet, l'invention a pour objet un réservoir de stockage de CO2 liquide sous pression comprenant des moyens de raccordement du réservoir à une source de CO- li- quide, des moyens de soutirage de C02 du réservoir et des moyens de mise à l'air de la phase gazeuse du réservoir, les moyens de mise à l'air comprenant une conduite et une vanne prévue sur cette dernière, caractérisé en ce que les moyens de mise à l'air comprennent en outre des moyens de détente progressive adaptés pour se boucher automatiquement par pro- duction de neige carbonique lors de la détente de CO- li- quide sous pression contenu dans le réservoir et parvenant à ces moyens de détente. Selon des modes particuliers de réalisation, le réservoir peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéris- tiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les com- binaisons techniquement possibles: - les moyens de détente progressive comprennent plu- sieurs organes d'étranglement successifs, deux organes d'étranglement successifs au moins étant séparés par une chambre de formation de neige carbonique; - la vanne des moyens de mise à l'air est une vanne manuelle; - l'extrémité amont de la conduite des moyens de mise à l'air est disposée légèrement en dessous du niveau nominal de stockage de CO2 liquide dans le réservoir; - les moyens de raccordement comprennent, d'une part, une conduite, dont l'extrémité amont est destinée à être raccordée à une source de CO2 liquide sous pression, et un organe d'étranglement prévu dans la conduite, et, d'autre part, un tube de condensation de CO2 gazeux dont l'extrémité amont entoure l'extrémité aval de ladite conduite en ména- geant un passage d'aspiration de CO2 gazeux contenu dans le réservoir; et - l'extrémité aval de la conduite des moyens de rac- cordement est disposée légèrement en dessous du niveau nomi- nal de stockage de CO2 liquide dans le réservoir. L'invention a également pour objet un procédé de remplissage d'un réservoir tel que défini ci-dessus, carac- térisé en ce qu'on raccorde le réservoir à une source de CO, liquide sous pression par l'intermédiaire des moyens de rac- cordement, on introduit du C02 liquide dans le réservoir en ouvrant simultanément la vanne des moyens de mise à l'air du réservoir, et on ferme ladite vanne et on interrompt la liaison du réservoir à ladite source lorsque les moyens de détente progressive sont bouchés par de la neige carbonique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale illustrant le remplissage d'un réservoir selon l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie en coupe longi- tudinale des moyens de détente progressive du réservoir de la figure 1, et - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 illustrant la fin du remplissage du réservoir. La figure 1 représente un réservoir 1 de s:ockage de CO- liquide pour alimenter en C02 gazeux sous 10 tars une unité consommatrice 2 d'un débit de bc---ssons. L'uni-=é 2 est destinée à permettre la fourniture de bcrssons sous ression telles que de la bière. Le réservoir 1 comprend essen=iellement - une enceinte calorifugée 3, - double e-,- eloppe, fermée à son extrémité supérieure par ur bouchon 4 e= conte- nant du CO2 liquide en équilibre avec sa phase vapeur - des moyens 5 de raccordemen= de l'encein:e 3 à une source 6 d'approximativement, par exemple un. camion- citerne, contenant du CO2 liquide sous-refroidi stocké sous une pression comprise typiquement entre 17 et 20 bars abso-- lus et à une température de l'ordre de -30 à -400 C, - des moyens 7 de soutirage de CO2 liquide contenu dans le réservoir 1 pour fournir du CO2 gazeux sous pression à l'unité consommatrice 2, - des moyens 8 de mise à l'air de la phase gazeuse contenue dans le réservoir 1 lors de son remplissage, et - un déverseur 9 de limitation de la pression dans le réservoir 1 lors de la fourniture de CO2 liquide à l'unité 2. Les moyens 5 de raccordement comprennent successi- vement, depuis la source 6 vers le réservoir 1, une conduite 10 et un tube 11 de condensation de phase gazeuse. La conduite 10 est munie d'une vanne manuelle 12 et son extrémité amont 13 est reliée à La source 6. En aval de la vanne 12, un:r-onçon sensiblement rectiligne aval 14 de la conduite 10 traverse le bouchon 4 puis s'étend sensiblement verticalement dans l'encein:e 3. Un étranglement 15 est prév_ au voisinage de l'extrémité aval 16 de la conduite 10. Cette extrémi:é aval 16 est disposée légèrement en dessous du niveau nomi--nal N de CO- liquide dans le réservoir 1. Ce niveau N est représenté en trait mixte sur la figure 1, le niveau effectif - de CO liquide étant inférieur à ce niveau nominal N sur la figure 1. Le tube 11 est un tube de section supérieure à la section courante du tronçon 14 de la conduite 10. Ce tube 11 est disposé coaxialement au tronçon 14. L'extrémité amont 17 de ce tube 11 est disposée à un niveau légèrement supérieur à celui de l'extrémité aval 16 de la conduite 10. Ainsi, le tube 11 entoure librement l'extrémité aval 16 de la conduite en ménageant un passage autour de celle-ci, et s'étend verticalement vers le bas pratiquement jusqu'au fond 18 de l'enceinte 3.. Les moyens 7 de soutirage comprennent une conduite dont l'extrémité amont 21 est immergée dans le CO, li- quide et est disposée à proximité du fond 18 de l'enceinte 3. La conduite 20 s'étend sensiblement verticalement depuis cette extrémité amont 21 dans l'enceinte 3, puis traverse le bouchon 4 et un échangeur de chaleur 22. L'extrémité aval 23 de cette conduite 20 est raccordée à l'unité consommatrice 2. Les moyens 8 de mise à l'air comprennent une con- duite 26, une vanne manuelle 27 disposée sur cette conduite 26, et des moyens 28 de détente progressive raccordés à l'extrémité aval 29 de cette conduite 26. Un tronçon amont rectiligne 30 de cette conduite 26, situé en amont de la vanne 27, s'étend verticalement dans l'enceinte 3 puis traverse le bouchon 4. L'extrémité amont 31 de cette conduite 26 est si- tuée sensiblement au même niveau que l'extrémité aval 16 de la conduite 10. Les moyens 28 de détente progressive comprennent (figures 1 et 2) un tube extérieur 34 de forme générale cy- lindrique à base circulaire et d'axe X-X, dont l'extrémité amont 35 taraudée est raccordée par vissage à l'extrémité aval 29 de la conduite 26, et dont l'extrémité aval 36 dé- bouche directement à l'air libre. Selon des variantes, l'extrémité aval 36 débouche à l'air libre via une conduite d'évacuation. Trois plaques circulaires 37 à 39 sont disposées successivement à l'intérieur du tube 34 depuis son extrémité amont 35 vers son extrémité aval 36. Ces plaques 37 à 39 sont coaxiales au tube 34 et espacées l'une de l'autre. Deux chambres 40 et 41 cylindriques d'axe X-X, de même section circulaire, sont situées respectivement entre les plaques 37 et 38 et entre les plaques 38 et 39. La chambre 40 a une longueur axiale sensiblement inférieure à celle de la chambre 41. La chambre 40 e-st déli-_ mitée par les plaques 37 et 38 et par un manchon fin 42 à base circulaire qui est reçu dans le tube 34 et qui main- tient les plaques 37 et 38 espacées l'une de l'autre. La chambre 41 est délimitée par les plaques 38 et 39 et par un manchon fin 43 à base circulaire qui est reçu dans le tube 34 et qui maintient les plaques 38 et 39 espa- cées l'une de l'autre. Une pièce creuse 44 est vissée contre la plaque 37 dans l'extrémité 35 taraudée du tube 34. L'extrémité aval 29 de la conduite 26 est vissée dans cette extrémité amont ta- raudée 35 derrière la pièce 44 (à gauche sur la figure 2). La plaque 39 prend appui sur un épaulement radial intérieur 45 du tube 34 en assurant ainsi, avec la pièce 44 et les manchons 42 et 43, le maintien en place des plaques 37 à 39. La pièce 44 est traversée par un alésage central étagé qui comprend un tronçon amont 46 plus large et un tronçon aval 47 plus étroit. La plaque 37, de diamètre d'environ 14,8 mm et d'épaisseur d'environ 1 mm, est percée d'un orifice 48. Cet orifice est excentré d'environ 3,5 mm par rapport à l'axe X- X du tube 34 et son diamètre est d'environ 1 mm. La longueur du manchon 42 est d'environ 35 mm et son diamètre intérieur d'environ 12 mm. La plaque 38, de mêmes dimensions que la plaque 37, est percée d'un orifice central 49 de diamètre d'environ 2,5 mm. La longueur du manchon 43 est d'environ 50 mm. La plaque 39, de mêmes dimensions que les plaques 37 et 38, est percée de six orifices excentrés 50 (dont deux sont visibles sur la figure 2), répartis angulairement de manière régu- lière autour de l'axe X-X du tube 34. Ces orifices 50, de diamètre d'environ 2 mm, sont excentrés d'environ 4,75 mm par rapport à l'axe X-X. Les orifices 48 à 50 forment des. organes_ d'étranglement successifs portant les mêmes références numé- riques. Le déverseur 9 est disposé à l'extérieur de l'enceinte 3, sur une conduite 51 dont l'extrémité amont 52 est située à l'intérieur de l'enceinte 3 sensiblement au- dessus du niveau nominal N de CO2 liquide dans le réservoir 1. Le déverseur 9' peut être désactivé ou activé et, dans ce dernier cas, il assure de manière classique et automatique la limitation de la pression dans le tronçon 53 de la con- duite 51 situé en amont du déverseur 9 à environ 10 bars. Le fonctionnement du réservoir 1 est le suivant. Pour fournir du CO2 gazeux sous pression à l'unité consomma- trice 2, du CO2 liquide est soutiré de l'enceinte 3 par la conduite 20 puis vaporisé à la traversée de l'échangeur de chaleur 22. Simultanément, le niveau n de COC liquide conte- nu dans l'enceinte 3 diminue. Le déverseur 9 limite, par évacuation automatique de CO- gazeux du réservoir 1, la pression à l'intérieur de l'enceinte 3 et donc du CO- 1i- quide fourni à environ 10 bars. Pour remplir l'enceinte 3 de Co2 liquide et rame- ner le niveau effectif n de CO- liquide au niveau nominal N, on ouvre les vannes manuelles 12 et 27. Le déverseur 9 est alors désactivé et ne joue au- cun rôle lors de cette opération de remplissage. Le Co, liquide sous-refroidi sous pression de la source 6 s'écoule alors dans la conduite 10 puis se détend au niveau de l'étranglement 15 en subissant une accéléra- tion. Le C02 liquide sous-refroidi détendu s'écoule ensuite dans le tube 11 en aspirant dans ce tube de la phase gazeuse contenue dans l'enceinte 3, comme schématisé par les flèches sur la figure 2. Ce CO2 gazeux aspiré est condensé par le CO liquide sous-refroidi détendu, en limitant ainsi la montée en pression de l'enceinte 3 pendant le remplissage. I0 Simultanément, du CO2 gazeux est évacué de l'enceinte 3 par la conduite 26 puis détendu de manière pro- gressive à la traversée des orifices calibrés 48 à 50. Cette évacuation de Co2 gazeux par les moyens 8 de mise à l'air contribue à la limitation de la montée en pression dans l'enceinte 3. Les dimensions et le nombre des orifices 48 à des moyens 28 permettent de maintenir une pression suffi- samment grande à l'intérieur de l'enceinte 3 pour éviter la solidification du CO2 liquide qu'elle contient. Ainsi, du C02 gazeux contenu dans l'enceinte 3 est progressivement remplacé par du C02 liquide et le niveau ef- fectif n de CO2 liquide augmente. Quand ce niveau n est égal à N (figure 3), l'extrémité aval 16 de la conduite 10 et l'extrémité amont 31 de la conduite 26 sont légèrement im- mergées dans le C02 liquide. Ainsi, d'une part, la condensation de CO, gazeux dans le tube 11 tend à être interrompue et, d'autre part, du CO2 liquide sous pression est canalisé par la conduite 26 puis détendu dans les moyens 28 de détente progressive. Ceux-ci sont adaptés, grâce à leurs dimensions, pour que le C02 liquide se détende en se solidifiant à l'intérieur des chambres 40 et 41. Ainsi, de la neige carbonique 52 se forme dans ces chambres 40 et 41 en venant boucher les orifices 49 et 50 et en obstruant donc les moyens 28 de détente progres- sive. Très rapidement, les pressions s'équilibrent entre le C02 liquide de la source 6 et l'intérieur de l'enceinte 3, la fourniture de CO2 liquide au réservoir 1 s'arrêtant alors automatiquement. L'obstruction des moyens de détente 28 peut ê6re détectée à l'oreille par un opérateur, le bruit provoqué par la mise à l'air du CC. gazeux du réservoir disparaissant lors de cette obstruction. Une telle obstruction indique de manière simple que l'opération de remplissage du réservoir 1 est terminée, et l'opérateur n'a plus qu'à fermer les vannes manuelles 12 et 27 pour arrêter l'introduction de CO, liquide dans le ré- servoir 1 et la mise à l'air de ce dernier. Ensuite, l'atmosphère ambiante assure la sublimation de la neige car- bonique 52 et donc le débouchage des moyens 28 de mise à l'air, qui peuvent ainsi être utilisés ultérieurement pour un autre remplissage du réservoir 1. Lors de la première utilisation du réservoir 1 pour fournir du CO2 liquide après un remplissage, la pres- sion à l'intérieur' de celui-ci est ramenée comme décrit ci- dessus à environ 10 bars grâce au déverseur 9 qui a été ac- tivé. Les moyens 8 de mise à l'air décrits sont économi- ques, fiables et nécessitent un entretien limité en particu- lier du fait du nombre limité de pièces mobiles dans ceux- ci. De plus, ces moyens 8 de mise à l'air permettent, comme décrit cidessus, d'assurer de manière simple la mise à l'air et donc le remplissage du réservoir 1. REVENDICATIONS 1. Réservoir (1) de stockage de CO, liquide sous pression comprenant des moyens (5) de raccordement du réser- voir à une source (6) de CO. liquide, des moyens (7) de sou- tirage de CO2 du réservoir et des moyens (8) de mise à l'air de la phase gazeuse du réservoir, les moyens (8) de mise à l'air comprenant une conduite (26) et une vanne (27) prévue sur cette dernière, caractérisé en ce que les moyens de mise à l'air comprennent en outre des moyens (28) de détenLe pro- gressive adaptés pour se boucher automatiquement par produc- tion de neige carbonique (52) lors de la détente de CO,!i-: quide sous pression contenu dans le réservoir (1) et parve- nant à ces moyens de détente. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (28) de détente progressive comprennent plusieurs organes d'étranglement (48 à 50) successifs, deux organes d'étranglement successifs (48 à 50) au moins étant séparés par une dhâmbre (40, 41) de formation de neige car- bonique. 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que la vanne (27) des moyens (8) de mise à l'air est une vanne manuelle. 4. Réservoir selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité amont (31) de la conduite (26) des moyens (8) de mise à l'air est disposée légèrement en dessous du niveau nominal (N) de stockage de CO liquide dans le réservoir. 5. Réservoir selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens (5) de raccor- dement comprennent, d'une part, une conduite (10), dont l'extrémité amont (13) est destinée à être raccordée à une source (6) de CO2 liquide sous pression, et un organe d'étranglement (15) prévu dans la conduite (10), et, d'autre part, un tube (11) de condensation de CO, gazeux dont l'extrémité amont (17) entoure l'extrémité aval (16) de la- dite conduite (10) en ménageant un passage d'aspiration de CC2gazeux contenu dans le réservoir (1). 6. Réservoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité aval (16) de la conduite (10) des moyens (5) de raccordement est disposée légèrement en des- sous du niveau nominal (N) de stockage de CO, liquide dans le réservoir. 7. Procédé de remplissage d'un réservoir (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on raccorde le réservoir (1) à une source (6) de CO, li- quide sous pression par l'intermédiaire des moyens (5) de raccordement, on introduit du C02 liquide dans le réservoir (1) en ouvrant simultanément la vanne (27) des moyens (8) de mise à l'air du réservoir, et on ferme ladite vanne (27) et on interrompt la liaison du réservoir à ladite source lors- que les moyens (28) de détente progressive sont bouchés par de la neige carbonique (52).