Brevet FR2891340A1 — publié le 20070330

La présente invention concerne les électrovannes cryogéniques utilisables pour contrôler un flux de fluide cryogénique, notamment de carburant cryogénique contenu dans un réservoir de véhicule automobile exploitant ledit carburant, notamment pour sa propulsion. Dans la description qui va suivre, on fera essentiellement référence, quoique de façon non limitative, à l'utilisation de vannes pour réservoirs de stockage hydrogène liquide automobile utilisé dans une pile à combustible et/ou directement comme carburant dans un moteur à combustion interne. Les réservoirs d'hydrogène liquide, isolés sous vide, contiennent entre 5 et 13 kg d'hydrogène liquide, à une température de 20 K, et à des pressions comprises typiquement entre 1 et 13 bars. Typiquement, un réservoir d'hydrogène liquide automobile comporte une ligne de remplissage, une ligne de vidange gaz ainsi qu'une ligne de vidange liquide. Les vannes commandant les flux de gaz contenant de l'hydrogène dans chaque ligne sont classiquement installées dans une enceinte sous vide appelée boîte à vannes afin d'isoler thermiquement les circuits de fluide froid à 20 K de la température ambiante. Jusqu'à présent, (comme décrit par exemple dans EP-A- 0 779 468 Messer / BMW), les électrovannes étaient disposées entièrement dans la boîte à vannes sous vide, ce qui pose des problèmes d'accès à la partie électrique de la vanne en cas de défaut sur la bobine, des problèmes d'accès au clapet en cas de fuite, et des problèmes de qualité du vide de la boîte à vannes car les bobines dégazent lorsqu'elles sont ouvertes, du fait de la chaleur émise par la bobine. La présente invention a pour objet de proposer une architecture d'électrovanne cryogénique évitant les problèmes ci-dessus, convenant notamment à des utilisations automobile grand public avec une fiabilité accrue et un encombrement minimum. Pour ce faire, selon l'invention, l'électrovanne comprend un corps de siège insérable dans un circuit de fluide et formant un siège de clapet, un équipage de clapet comprenant un élément de clapet coopérant avec le siège et relié par une tige à un actionneur électromagnétique, l'actionneur étant monté sur une première extrémité d'un fût tubulaire enclosant l'équipage de clapet et dont la deuxième extrémité est fixée au corps de siège. Selon d'autres caractéristiques plus particulières de l'invention: l'élément de clapet présente une forme tubulaire enclosant une extrémité de la tige et est monté à coulissement étanche dans un alésage du corps de siège - la deuxième extrémité du fût est montée sur une partie tubulaire en saillie du corps de siège définissant en partie l'alésage - la première extrémité du fût est reliée à une tête de vanne tubulaire enclosant en partie un plongeur de l'actionneur coopérant avec la tige et comprenant avantageusement une collerette de montage dans une paroi d'une enceinte sous vide enclosant le fût et le corps de siège. La présente invention concerne également l'utilisation d'une telle électrovanne cryogénique pour le contrôle de flux de carburant (fioule) cryogénique contenu dans un réservoir, notamment un réservoir de véhicule automobile. La présente invention concerne enfin un réservoir de carburant automobile équipé d'une boîte à vannes sous vide et d'au moins une électrovanne telle que définie ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, de modes de réalisation, donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une électrovanne selon l'invention - la figure 2 est une vue schématique du dessus d'une paire d'électrovannes selon la figure 1 sur une boîte à vannes sous vide; et - la figure 3 est une vue analogue de la figure 1 montrant la possibilité d'utilisation de l'électrovanne selon l'invention pour des fluides non cryogéniques. Comme représenté sur la figure 1, l'électrovanne selon l'invention comprend essentiellement un corps de siège 1 insérable dans un circuit de fluide 2, typiquement un circuit d'alimentation en fluide cryogénique d'un organe moteur d'un véhicule automobile, et formant un siège 3, une tête de vanne 4 supportant un actionneur électromagnétique 5 et un équipage de clapet comprenant une tête de clapet 6 reliée par une tige 7 en matériau faiblement conducteur de la chaleur et amagnétique, par exemple en acier inoxydable fortement allié, au noyau magnétique 60 de l'actionneur 5. 2891340 3 De façon plus spécifique, la tête de vanne 4 comprend une pièce tubulaire inférieure 40 comprenant une collerette s'étendant radialement vers l'extérieur 8 et une partie tubulaire d'extrémité 9. Le corps de siège 1 comporte, coaxialement au siège 3, un alésage 10 formé en partie dans une partie tubulaire 11 s'étendant vers l'extérieur. Un tube long 12, emmanché de façon étanche sur les parties tubulaires 9 et 11 en enclosant coaxialement la tige 7, relie la tête de vanne 4 au corps de siège 1. Le tube 12 a typiquement une longueur entre 3 et 5 fois son diamètre. La tête de clapet 6 comporte une pièce tubulaire 13 montée à coulissement étanche dans l'alésage 10 et une pièce tronconique d'extrémité 14, formant clapet proprement dit, coopérant avec le siège 3 et reliée à l'extrémité inférieure de la tige 7. L'extrémité supérieure de la tige 7 est reliée au noyau 60, qui est sollicité, dans la direction de fermeture du clapet 6 contre le siège 3, par un ressort 15 prenant appui sur la masse polaire 16 de l'actionneur 5. Comme représenté sur la figure 1, dans l'application préférentielle de contrôle de flux de fluide ultra-froid selon l'invention, la collerette 8 de la pièce 40 de la tête d'électrovanne 4 sert au montage étanche de l'électrovanne dans la paroi 17 d'une boîte à vanne sous vide 18, également visible sur la figure 2, associée à un réservoir de fluide cryogénique 19, notamment un réservoir d'hydrogène liquide de véhicule automobile. De la description qui précède, on comprendra qu'avec l'agencement de l'électrovanne selon l'invention, la bobine de l'actionneur 5 est située hors de la boîte à vanne 18, donc facilement accessible et à température ambiante sans interagir sur la qualité du vide inter-paroi lors de son activation. En dévissant la partie supérieure de la tête 4 et en enlevant l'ensemble actionneur / équipage de clapet, on peut accéder directement au siège 3 en cas de fuite sans avoir à casser l'enceinte sous vide. Le siège 3 dans le corps de siège 1 est toujours situé dans la boîte à vanne 18 sous vide en étant en permanence éloigné de l'atmosphère ambiante. A contrario, la bobine de l'actionneur 5, utilisant de la résine époxy, est rendue exempte de chocs thermiques dûs au passage de fluide cryogénique à très basse température dans le corps de siège 1. Avantageusement le montage étanche 40 de la tête de vanne 4 sur la boîte à vanne 18 est conçu pour demeurer étanche également aux températures cryogéniques du fluide circulant dans le circuit 2 (en cas d'accident avec retournement du véhicule, par exemple). Comme représenté sur la figure 3, l'architecture d'électrovanne selon l'invention convient également à son utilisation dans des ambiances non cryogéniques, en l'absence de toute boîte à vanne sous vide. Dans ce cas, le tube 12 en acier inoxydable est supprimé et remplacé par exemple par un prolongement de la partie d'extrémité annulaire 9 de la tête de vanne 4 venant se monter directement sur la partie tubulaire 11 du corps de siège 1, la tige 7 ayant ici une extension extrêmement réduite et pouvant être réalisée en tous matériaux adéquats. Quoique l'invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisations particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Electrovanne cryogénique comprenant: - un corps de siège (1) insérable dans un circuit de fluide (2) et formant un siège (3) - un équipage de clapet (6, 7) comprenant un élément de clapet (6) coopérant avec le siège (3) et relié par une tige (7) à un actionneur électromagnétique (5) l'actionneur (5) étant monté sur une première extrémité d'un fût tubulaire (12) enclosant partiellement l'équipage de clapet et dont la deuxième extrémité est fixée au corps de siège (1). 2. Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de clapet (6) présente une forme tubulaire (13) enclosant une extrémité de la tige (7) et monté à coulissement étanche dans un alésage (10) du corps de siège (1). 3. Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la deuxième extrémité du fût (12) est montée sur une partie tubulaire en saillie (11) du corps de siège (1) définissant en partie l'alésage (10). 4. Electrovanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la première extrémité du fût (12) est reliée à une tête de vanne tubulaire (4) enclosant en partie un plongeur (15) de l'actionneur (5) coopérant avec la tige (7). 5. Electrovanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fût (12) est formé d'une seule pièce avec la tête de vanne (4). 6. Electrovanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fût (12) est constitué d'un tube long. 7. Electrovanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que la tête de vanne (4) comprend une collerette (8) de montage de l'électrovanne dans une paroi (17) d'une enceinte sous vide (18) enclosant le fût (12) et le corps de siège (1). 8. Utilisation d'une électrovanne selon la revendication 7 pour le contrôle du flux d'un carburant cryogénique contenu dans un réservoir (19) . 9. Réservoir de fioule automobile comprenant une boîte à vannes sous vide (18) et au moins une électrovanne selon la revendication 7. 10. Réservoir selon la revendication 9, caractérisé en ce que le carburant cryogénique est l'hydrogène liquide.