Brevet FR3135760A1 — publié le 20231124

POMPE CRYOGÉNIQUE Pompe (1) à piston adaptée pour pomper un fluide à très basse température, tel que l'hydrogène, ladite pompe présentant un côté d’aspiration et un côté de compression, le côté d’aspiration comprenant une entrée (4) pour le liquide destinée à être reliée à un réservoir d’alimentation en liquide extérieur à la pompe (1), une chambre d’aspiration (3) pour recevoir le fluide et un premier conduit de dégazage (5) du fluide communiquant avec la chambre d’aspiration (3), le côté de compression comprenant un cylindre (2) de pompe portant un ensemble (8) de compression et de refoulement du liquide, ledit cylindre (2) comprenant une deuxième chambre (6) communiquant avec la chambre d’aspiration et dans laquelle circule le fluide à très basse température pour refroidir l’ensemble (8) de compression et de refoulement Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Pompe cryogénique DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION L'invention appartient au domaine technique des pompes cryogéniques applicable à des gaz liquéfiés à très basses températures, tels que l’hydrogène. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les pompes cryogéniques comprennent généralement un cylindre portant un ensemble de compression et de refoulement comportant une chemise de cylindre dans laquelle se déplace axialement un piston de manière à former une chambre de compression. Lors du déplacement de ce piston, le fluide est alternativement tiré du côté de l’aspiration vers la chambre de compression, puis comprimé pour être évacué via une ouverture dédiée. Le déplacement du piston via le frottement de ses segments dans la chemise du cylindre génère de la chaleur qui peut se propager dans la chambre de compression, provoquant un échauffement du fluide dont une partie passe de l’état liquide incompressible à l’état gazeux compressible. L’efficacité de la pompe se voit diminuée et son usure accélérée des suites de chocs hydrauliques et/ou de cavitation. Il est donc nécessaire d’assurer un refroidissement adéquat des zones produisant de la chaleur. La plupart des pompes à piston disposent d'un refroidissement et d’un dégazage uniquement du côté de l'aspiration. Mais d’une part, le refroidissement de l’ensemble de compression et de refoulement n’est pas optimum car une partie de la chaleur accumulée n’est pas évacuée côté compression, et d’autre part, la chaleur créée dans le cylindre est acheminée vers la chambre d’aspiration pour être évacuée par l’unique conduit de dégazage, ce qui entraîne un réchauffement du liquide dans la chambre d’aspiration. Ce processus n’est généralement pas pénalisant pour une utilisation avec des fluides cryogéniques usuels jusqu’à -196°C, comme l’Azote par exemple, mais avec un fluide cryogénique, comme l'hydrogène ayant une température de liquéfaction aux alentours -255°C, la pompe peut caviter ou se désamorcer par manque de refroidissement. La présente invention a pour objectif de proposer une solution aux problèmes décrits ci-dessus. À cet effet, l’invention concerne une pompe à piston adaptée pour pomper un fluide cryogénique, tel que l'hydrogène, ladite pompe présentant un côté d’aspiration et un côté de compression, le côté d’aspiration comprenant une entrée pour le liquide destinée à être reliée à un réservoir d’alimentation en fluide extérieur à la pompe, une chambre d’aspiration pour recevoir le liquide et un premier conduit de dégazage du fluide communiquant avec la chambre d’aspiration, le côté de compression comportant un cylindre de pompe comprenant un ensemble de compression et de refoulement du liquide, ledit cylindre comprenant une deuxième chambre, communiquant avec la chambre d’aspiration, et dans laquelle circule le liquide pour refroidir l’ensemble de compression et de refoulement. La deuxième chambre peut présenter une longueur couvrant au moins une partie de l’ensemble de compression et de refoulement. Par exemple, la deuxième chambre peut entourer l’ensemble de compression et de refoulement. L’ensemble de compression et de refoulement génère de la chaleur qui peut se propager dans la chambre de compression. La deuxième chambre permet au fluide à très basse température de refroidir ledit ensemble de compression et de refoulement et évite ainsi de chauffer le fluide arrivant à la chambre de compression et limite donc la formation de gaz. Selon des exemples de réalisation, le cylindre peut comprendre une première enveloppe et un corps de cylindre interne portant l’ensemble de compression et de refoulement, ladite enveloppe étant fixée au corps de cylindre pour former au moins partiellement la deuxième chambre avec ledit corps et le corps présentant une forme évidée autorisant la circulation du fluide dans ladite deuxième chambre. Par forme évidée nous entendons le fait que le corps présente sur sa longueur des ouvertures permettant le déplacement du fluide de refroidissement. Avantageusement, la pompe peut comprendre en outre un deuxième conduit de dégazage vers l’extérieur, communiquant avec la deuxième chambre, et configuré pour permettre le dégazage du fluide circulant dans la deuxième chambre. La chaleur créée par l’ensemble de compression et de refoulement est en partie évacuée via ce deuxième conduit de dégazage, ce qui évite un retour de ces gaz chauds vers la chambre d’aspiration, limitant ainsi le réchauffement de ce fluide et le risque de cavitation. L’ensemble de compression et de refoulement peut par exemple comprendre : une chemise de pompe et une culasse solidaires et pouvant être coaxiale avec la chemise, un piston mobile axialement dans la chemise, formant une chambre de compression du fluide avec la culasse, la culasse reliant la chemise à la chambre d’aspiration, et une ouverture de refoulement agencée dans la chemise. Avantageusement, la culasse peut comprendre une chambre de pré-compression communiquant avec la chambre d’aspiration. Par exemple, la chambre de pré-compression peut comprendre un volume formé par des parois de la culasse dans lequel est agencé un clapet mobile monté sur une tige coaxiale au piston. Par exemple, la tige est fixée au piston de sorte que le déplacement du piston entraine le déplacement du clapet. Cette chambre de pré-compression permet d’alimenter la chambre de compression en fluide provenant de la chambre d’aspiration. Le volume de la chambre de pré-compression étant supérieur à la chambre de compression, la chambre de compression est parfaitement alimentée en liquide surrefroidi provenant de la chambre d’aspiration. Avantageusement, la culasse et/ou le cylindre peut comprendre un orifice d’échappement calibré pour permettre d’ajuster la pression dans la chambre de compression. Ceci permet donc de créer des caractéristiques avantageuses pour le fluide en s’éloignant de la courbe de saturation. Avantageusement, la pompe comprend une deuxième enveloppe externe par rapport à la première enveloppe et formant avec elle un espace destiné à être mis sous vide. Cela permet de créer une isolation thermique de la pompe par rapport à l’extérieur, en limitant les échanges thermiques et ainsi l’échauffement du fluide. Avantageusement, un isolant est agencé entre la première enveloppe et la deuxième enveloppe ; cet isolant pouvant être un isolant multicouche. Ceci permet encore une meilleure isolation thermique de la pompe. L’isolant multicouche peut être composé de multiples couches superposées alternativement d’aluminium et de voile de fibre de verre. Avantageusement, ce nombre de couches peut être compris entre 10 et 100. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront dans la description ci-après en relation avec les dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles : est une vue globale d'une pompe selon un exemple de réalisation de l'invention. est une vue en coupe agrandie de la zone Z indiquée sur la . est une section partielle suivant la ligne III-III de la . Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Pompe (1) à piston adaptée pour pomper un fluide à très basse température, tel que l'hydrogène, ladite pompe présentant un côté d’aspiration et un côté de compression, le côté d’aspiration comprenant une entrée (4) pour le fluide destinée à être reliée à un réservoir d’alimentation en liquide extérieur à la pompe (1), une chambre d’aspiration (3) pour recevoir le fluide et un premier conduit de dégazage (5) du fluide communiquant avec la chambre d’aspiration (3), le côté de compression comprenant un cylindre (2) de pompe portant un ensemble (8) de compression et de refoulement du fluide, ledit cylindre (2) comprenant une deuxième chambre (6) communiquant avec la chambre d’aspiration et dans laquelle circule le fluide à très basse température pour refroidir l’ensemble (8) de compression et de refoulement. Pompe (1) selon la revendication 1, dans laquelle le cylindre comprend une première enveloppe (22) et un corps de cylindre (21) interne portant l’ensemble de compression et de refoulement (8), ladite enveloppe étant fixée au corps de cylindre (21), ledit corps de cylindre (21) présentant une forme évidée autorisant la circulation du fluide dans la deuxième chambre (6). Pompe (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un deuxième conduit de dégazage (9) communiquant avec la deuxième chambre (6) et configuré pour permettre le dégazage du fluide circulant dans la deuxième chambre (6). Pompe (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle l’ensemble (8) de compression et de refoulement comprend : une chemise (81) de pompe et une culasse (84) solidaires et coaxiales, un piston (82) mobile axialement dans la chemise (81) formant une chambre de compression de fluide avec la culasse (84), ladite culasse (84) reliant la chemise (81) à la chambre d’aspiration (3), et une ouverture de refoulement (85) agencée dans la chemise. Dispositif de pompage (1) selon la revendication précédente, dans lequel la culasse (84) comprend une chambre de pré-compression (840) communiquant avec la chambre d’aspiration (3). Pompe (1) selon l’une des revendications 4 ou 5 dans laquelle la culasse comprend un orifice d’échappement (846) configuré pour permettre d’ajuster la pression dans la chambre de compression. Pompe (1) selon l’une des revendications 2 à 6 dans laquelle le cylindre (2) comprend une deuxième enveloppe externe (23) par rapport à la première enveloppe (22) et formant avec celle-ci un espace destiné à être mis sous vide. Pompe (1) selon la revendication précédente dans laquelle un matériau isolant (10) est agencé entre la première enveloppe (22) et la deuxième enveloppe (23). Pompe (1) selon la revendication précédente dans laquelle le matériau isolant (10) est un isolant multicouche. Pompe (1) selon la revendication précédente dans laquelle l’isolant multicouche comprend alternativement des couches d’aluminium et des couches de voile de fibre de verre.