Brevet FR2906865A1 — publié le 20080411

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de stockage de fluides cryogéniques. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de stockage de fluides cryogéniques comprenant un réservoir comportant d'une enveloppe intérieure destinée à contenir du liquide cryogénique, une enveloppe extérieure et un espace d'isolation sous vide entre les enveloppes intérieure et extérieure, un système de distribution de fluide depuis l'enveloppe intérieure vers un volume de travail d'un organe de pompage. Pour pomper du fluide contenu dans un réservoir cryogénique, l'emplacement idéal de la pompe cryogénique est au sein même du liquide à l'intérieur de l'enveloppe de stockage interne. En effet, dans ces conditions la pompe reste toujours en froid et peut donc être mise en route à tout moment instantanément sans nécessiter de refroidissement préalable pour l'amener à la température de travail. De plus, dans cette configuration, le liquide cryogénique est admis dans la pompe dans les meilleures conditions possibles. Cependant, cette solution présente de nombreux problèmes et notamment un accès difficile à la pompe pour lui transmettre son mouvement. Pour résoudre ce problème une autre solution consiste à immerger la pompe dans le réservoir via un orifice situé en partie supérieure du réservoir. Un tel agencement est décrit par exemple dans le document US4860545. Ce type d'agencement est relativement fiable et peut fonctionner de façon automatique. Cependant, toute intervention sur la pompe provoque un arrêt relativement long de l'installation. Par ailleurs, dans cette solution le réservoir doit être de préférence horizontal ce qui occupe une surface au sol relativement importante. Un autre agencement connu consiste à immerger la pompe dans un bac annexe alimenté en liquide à partir du réservoir et disposé au pied de ce dernier. Plus précisément, le bac annexe est constitué d'une petite capacité isolée sous vide comprenant la tête froide formant une chambre d'aspiration et contenant le cylindre de la pompe. Avant d'utiliser la pompe des vannes d'alimentation sont ouvertes pour alimenter la pompe avec le liquide du réservoir afin de mettre la pompe à température. La mise en froid de la pompe n'est ainsi pas instantanée et entraîne une perte frigorifique assez importante, le liquide de refroidissement et soit vaporisé et renvoyé dans le réservoir en phase gazeuse, soit réchauffé et renvoyé en phase liquide dans le réservoir. Après son refroidissement, la pompe 2906865 2 peut être mise en marche. Après utilisation, l'arrêt de la pompe isole la capacité du réservoir. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. 5 A cette fin, le dispositif de stockage cryogénique selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le volume de travail de l'organe de pompage est situé au moins partiellement au sein de l'espace d'isolation sous-vide et en ce que le système de distribution de fluide comprend une ou des 10 conduites aptes à mettre en communication fluidique permanente le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure et le volume de travail. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le système de distribution de fluide comprend un thermosiphon 15 comprenant une conduite d'arrivée de fluide et une conduite de retour de fluide raccordées chacune à l'enveloppe intérieure et au volume de travail, - les raccordements des conduites d'arrivée et de retour dans le volume de travail sont situés à des altitudes différentes pour créer un niveau de remplissage de liquide déterminé dans le volume de travail, 20 - le système de distribution de fluide comprend un système de vannes permettant sélectivement la communication ou l'isolation fluidique entre le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure et le volume de travail, - le volume de travail a une forme générale oblongue disposée de façon inclinée relativement à l'axe vertical du réservoir (100) selon un angle compris 25 entre 25 et 70 degrés environ, - le volume de travail de l'organe de pompage et le système de distribution de fluide sont situés dans une zone de l'espace d'isolation sous-vide située dans la partie inférieure du réservoir, - le volume de travail est un doigt de gant destiné à accueillir le cylindre 30 d'une pompe cryogénique, - le dispositif comporte une pompe cryogénique dont le cylindre est monté de façon démontable dans le volume de travail, - les enveloppes intérieure et extérieure ont des formes générales oblongues, dont les axes longitudinaux sont orientés verticalement, 2906865 3 - le système de distribution de fluide assure un niveau de remplissage de liquide déterminé dans le volume de travail de l'ordre d'au mois un tiers et de préférence au moins la moitié du total du volume de travail, - les conduites d'arrivée et de retour sont sensiblement verticales et 5 raccordées à l'enveloppe intérieure au niveau de la base de cette dernière, - le système de vannes comprend une première vanne interposée entre la conduite d'arrivée et le volume de travail et une seconde vanne interposée entre la conduite de retour et le volume de travail, chaque vanne étant associée à un organe de manoeuvre respectif de ladite vanne, 10 - les organes de manoeuvre des vannes comportent des portions respectives située à l'extérieure de l'espace d'isolation sous vide, les portions extérieures étant protégées par des chapeaux d'occultation respectifs, - l'étanchéité du système de vannes comprend un système de garniture disposé au niveau de chaque jonction entre le volume d'isolation sous vide et les 15 portions extérieures des organes de manoeuvre des vannes. Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de stockage et de distribution de fluides cryogéniques à partir d'un réservoir palliant tout ou partie des inconvénients ci-dessus. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la 20 description ci-après, faite en référence à la figure unique représentant une vue en coupe verticale, schématique et partielle, d'un dispositif conforme à un exemple de réalisation de l'invention. Le dispositif de stockage de fluides cryogéniques illustré comprend un réservoir 100, par exemple de type vertical, comportant classiquement une 25 enveloppe intérieure 2 destinée à contenir du liquide cryogénique et une enveloppe extérieure 22 séparée de l'enveloppe intérieure 2 par un espace 15 d'isolation sous vide. En partie inférieure du réservoir 100, l'espace 15 d'isolation sous vide forme une capacité inférieure qui s'étend vers le bas. Un volume de travail 1 pour une 30 pompe cryogénique (ou doigt de gant) est logé à l'intérieur du volume 15 isolé sous vide (par exemple dans la capacité inférieure). Le volume de travail 1 pour la pompe a par exemple une forme générale oblongue (cylindrique par exemple) et est de préférence incliné d'un angle A par 2906865 4 rapport à l'axe vertical du réservoir 100. Par exemple, l'angle d'inclinaison A du volume de travail 1 peut être compris entre 25 et 70 degrés environ. Le volume de travail 1 est alimenté en fluide du réservoir 100 par un système thermosiphon comprenant une première conduite ou tuyauterie 3 5 d'arrivée raccordée à la partie basse de l'enveloppe intérieure et à la partie inférieure du volume 1 de travail. Le thermosiphon comprend une seconde conduite de retour 4 raccordée d'une part à l'intérieur du réservoir (au-dessus de sa base) et, d'autre part, à une partie médiane ou supérieure du volume de travail 1. 10 En configuration d'utilisation, un niveau 5 de liquide s'établit naturellement et en permanence au sein du volume 1 de travail remplissant ce dernier au moins en partie. De cette façon, le cylindre 6 de la pompe cryogénique est constamment immergée et à température adéquate pour démarrer immédiatement. Des vannes 7, 8 disposées respectivement aux niveau des jonctions entre 15 d'une part les conduites d'arrivée 3 et de retour 4 et d'autre part le volume de travail 1 sont prévues pour le cas échéant isoler fluidiquement le volume de travail vis-à-vis du réservoir 100 de façon à permettre le montage/démontage de la pompe et son retrait (la pompe est de préférence disposée de façon démontable dans le volume de travail). 20 Chaque vanne 7, 8 peut être associée à un organe de manoeuvre respectif (ou commun). Par exemple, les organes de manoeuvre des vannes 7, 8 comportent des portions respectives 13, 14 située à l'extérieure de l'espace 15 d'isolation sous vide, les portions extérieures 13, 14 pouvant être protégées par des chapeaux 11, 12 d'occultation amovibles respectifs. 25 L'étanchéité du système de vannes peut comprendre un système de garniture 9, 10 disposé au niveau de chaque jonction entre le volume 15 d'isolation sous vide et les portions 13, 14 extérieures des organes de manoeuvre des vannes 7, 8. On conçoit donc aisément que tout en étant de structure simple et peu 30 coûteuse, l'invention permet un meilleur fonctionnement d'un système de pompage pour réservoir cryogénique (et notamment un démarrage rapide de la pompe). L'invention qui limite les pertes frigorifiques permet par ailleurs une maintenance aisée de l'ensemble de stockage. 2906865 5 L'invention permet de plus d'intégrer une pompe alternative fonctionnant à des pressions comprises par exemple entre 30 et 600 bar afin d'obtenir un ensemble faisant office d'évaporateur haute pression. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stockage de fluides cryogéniques comprenant un réservoir (100) comportant d'une enveloppe intérieure (2) destinée à contenir du liquide cryogénique, une enveloppe extérieure (22) et un espace (15) d'isolation sous vide entre les enveloppes intérieure (2) et extérieure (22), un système (3, 4) de distribution de fluide depuis l'enveloppe intérieure (2) vers un volume de travail (1) d'un organe (6) de pompage, caractérisé en ce que le volume de travail (1) de l'organe (6) de pompage est situé au moins partiellement au sein de l'espace (15) d'isolation sous-vide et en ce que le système (3, 4) de distribution de fluide comprend une ou des conduites aptes à mettre en communication fluidique permanente le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure (2) et le volume de travail (1). 2. Dispositif de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (3, 4) de distribution de fluide comprend un thermosiphon comprenant une conduite d'arrivée (3) de fluide et une conduite de retour de fluide (4) raccordées chacune à l'enveloppe intérieure (2) et au volume de travail (1). 3. Dispositif de stockage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les raccordements des conduites d'arrivée (3) et de retour (4) dans le volume de travail (1) sont situés à des altitudes différentes pour créer un niveau (5) de remplissage de liquide déterminé dans le volume (1) de travail. 4. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système (3, 4) de distribution de fluide comprend un système de vannes (7, 8) permettant sélectivement la communication ou l'isolation fluidique entre le fluide contenu dans l'enveloppe intérieure (2) et le volume de travail (1). 5. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le volume de travail (1) a une forme générale oblongue disposée de façon inclinée relativement à l'axe vertical du réservoir (100) selon un angle compris entre 25 et 70 degrés environ . 2906865 7 6. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le volume de travail (1) de l'organe (6) de pompage et le système (3, 4) de distribution de fluide sont situés dans une zone de l'espace (15) d'isolation sous-vide située dans la 5 partie inférieure du réservoir (100). 7. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le volume de travail (1) est un doigt de gant destiné à accueillir le cylindre (6) d'une pompe cryogénique. 8. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe cryogénique dont le cylindre (6) est monté de façon démontable dans le volume (1) de travail. 9. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les enveloppes intérieure (2) et 15 extérieure (22) ont des formes générales oblongues, dont les axes longitudinaux sont orientés verticalement. 10. Procédé de stockage et de distribution de fluides cryogéniques à partir d'un réservoir (100) comportant une enveloppe intérieure (2) de stockage destinée à contenir du liquide cryogénique, une 20 enveloppe extérieure (22) et un espace (15) d'isolation sous vide entre les enveloppes intérieure (2) et extérieure (22), un système (3, 4) de distribution de fluide depuis l'enveloppe intérieure (2) vers un volume de travail (1) d'un organe (6) de pompage, caractérisé en ce que le volume de travail (1) de l'organe (6) de pompage est disposé au moins partiellement 25 au sein de l'espace (15) d'isolation sous-vide et en ce que, en dehors des périodes de montage/démontage de l'organe (6) de pompage et en dehors des périodes de retrait de l'organe (6) de pompage, le procédé comporte une étape de mise en communication permanente du fluide contenu dans l'enveloppe intérieure (2) avec le volume de travail (1).