Brevet FR3164770A1 — publié le 20260123

Raccord démontable (10) pour tubes cryogéniques (13, 14) à isolation sous vide, lesdits tubes (13, 14) comprenant chacun une partie externe femelle (22, 24) et une partie interne mâle (21, 23) ayant une partie externe mâle (38, 39) en saillie axiale par rapport à la partie externe femelle (22, 24), caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de raccordement (20) pour le raccordement amovible d’une partie externe mâle (38) d’un premier tube (13) coaxialement à une partie externe mâle (39) d’un deuxième tube (14), une enveloppe (25) entourant les moyens de raccordement (20) entre le premier tube (13) et le deuxième tube (14), l’enveloppe (25) étant couplée de manière amovible entre une première bride de raccordement (18) et une deuxième bride de raccordement (19) de sorte à assurer un raccordement thermiquement étanche entre le premier tube (13) et le deuxième tube (14). Figure pour l’abrégé : Fig 3 RACCORD DEMONTABLE POUR TUBES CRYOGENIQUES A ISOLATION SOUS VIDE ET PROCEDE DE RACCORDEMENT CORRESPONDANT. L’invention concerne le raccordement de conduites isolées sous vide destinées notamment à distribuer un fluide surfondu ou cryogénique. Dans une application particulièrement intéressante, l’invention concerne un raccord pour tubes cryogéniques à isolation sous vide installés à bord d’aéronefs, en particulier les aéronefs propulsés à l’hydrogène ou au méthane. L’invention s’applique également au raccordement de composants d’un aéronef, de type pompe ou échangeur de chaleur. Techniques antérieures La Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité. Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations d’avions à hydrogène ou au méthane, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés et plus compact, le développement de l’emploi des technologies de l’hydrogène ou du méthane pour assurer la propulsion. A cet effet, l'invention est le résultat de recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et, en ce sens, contribue à la réduction de l’impact environnemental des avions. Les carburants cryogéniques tels que l’hydrogène, sont généralement stockés à bord des aéronefs dans des réservoirs cryogéniques et transportés en utilisant des conduites isolées thermiquement par une isolation sous-vide. De telles conduites comportent classiquement une double paroi entre lesquelles est prévue une isolation sous vide. A titre d’exemple, le carburant à l’hydrogène est stocké à une température de l’ordre de 20 à 22 Kelvins (- 253°C à -251°C) dans un réservoir cryogénique de l’aéronef. La différence entre la température ambiante (20°C) et la température de stockage de l’hydrogène est relativement élevée (-253°C), ce qui provoque une condensation d’oxygène à la surface des conduites et des raccords non isolés. Cette condensation de l’oxygène est indésirable pour le transport de l’hydrogène car elle constitue un risque accru d’incendie. La maîtrise de l’isolation des conduites cryogéniques est par conséquent nécessaire pour conserver l’hydrogène liquide dans les zones prévues à cet effet, telles que le réservoir, les conduites, les pompes de l’aéronef. Dans l’état de la technique, la présence de vapeur d’hydrogène dans les zones cryogéniques peut créer des instabilités d’écoulement dans les conduites cryogéniques en raison de fortes variations de densité dues à la présence de bulles d’hydrogène. La vapeur d’hydrogène peut également rendre instable le fonctionnement des pompes cryogéniques. Il est donc important d’isoler les conduites de transport de tels liquides cryogéniques. Le problème de l’isolation se pose de manière accrue dans les zones de raccordement des tubes cryogéniques. Les tubes cryogéniques isolés sous vide sont par exemple raccordés au moyen de raccords à baïonnettes également désignés par raccords Johnston. De cette manière, le givrage d’un point de couplage des deux conduites cryogéniques et les entrées thermiques de l’extérieur vers le fluide cryogénique sont limitées. Tel qu’illustré sur la FIG. 1 , qui illustre un système de raccordement de deux tubes cryogéniques isolés sous vide 1 et 2, dans un raccord Johnston 3, les deux tubes cryogéniques à double paroi 4 et 5 séparés par un volume 6 d’isolation sous vide sont branchés l'un dans l'autre. La partie mâle du système raccordement, formée par la paroi intérieure de l’un des tubes cryogéniques à double paroi est enfichée dans la partie femelle formée par le tube extérieur de l’autre tube cryogénique. De cette manière, les surfaces extérieures des tubes cryogéniques sont isolées thermiquement par rapport au tube intérieur, et ce d'une manière très efficace. Toutefois, les deux tubes cryogéniques à double paroi doivent être insérées l'un dans l'autre sur une longueur prédéterminée. En fonction du matériau et de l'isolation thermique souhaitée, les longueurs typiques de la partie mâle de la conduite cryogénique branchée dans la partie femelle se situent entre 200 mm et 600 mm, L'isolation thermique étant d'autant meilleure que le raccord amovible est conçu pour être long. Cependant, dans les systèmes embarqués, par exemple dans un aéronef à hydrogène, ces raccords Johnston présentent un inconvénient important. En effet, les longueurs de raccordement nécessaires avec ces raccords ne sont pas compatibles avec les environnements très contraints des aéronefs. De plus, avec l'augmentation de la longueur du raccord amovible, la manipulation du raccord amovible devient de plus en plus difficile. La difficulté de manipulation étant accrue lorsque de tels raccords sont manipulés dans l’environnement d’un aéronef déjà très encombré. Or, le niveau d’étanchéité est primordial pour éviter l’évaporation non contrôlée et donc des instabilités thermo-hydrauliques. Il existe donc un besoin de raccord démontable, notamment pour des applications dans le domaine contraint des aéronefs Au vu de ce qui précède, l’invention vise à éliminer au moins certains des inconvénients précités en proposant un raccord démontable pour le raccordement de tubes cryogéniques qui soit simple et peu encombrant et qui permette de conserver un haut niveau d’isolation thermique. L‘invention a donc pour objet un raccord démontable pour tubes cryogéniques à isolation sous vide, lesdits tubes comprenant chacun une partie externe femelle et une partie interne mâle ayant une partie externe mâle en saillie axiale par rapport à la partie externe femelle. Ce raccord comprend : des moyens de raccordement pour le raccordement amovible d’une partie externe mâle d’un premier tube coaxialement à une partie externe mâle d’un deuxième tube, une enveloppe entourant les moyens de raccordement entre le premier tube et le deuxième tube, l’enveloppe étant couplée de manière amovible entre une première bride de raccordement et une deuxième bride de raccordement de manière à assurer un raccordement thermiquement étanche entre le premier tube et le deuxième tube. Un tel raccord permet d’assurer le raccordement de deux tubes cryogéniques à double paroi sans nécessiter de prévoir des parties emboitées de longueur relativement importante, ce qui permet de raccourcir la longueur des raccords et par conséquence d’offrir une meilleure intégration et manœuvrabilité des raccords. Ceci est particulièrement avantageux à bord des aéronefs dans lesquels l’espace disponible pour introduire un tel raccord est limité. Le raccord démontable est avantageux en ce qu’il peut être démonté en cas de besoin afin de réparer ou remplacer l’un des tubes cryogéniques ou l’un des composants auxquels le tube cryogénique est raccordé. Le raccord démontable peut également raccorder deux composants d’un aéronef, tels qu’une pompe ou un échangeur de chaleur. Dans un mode de réalisation, l’enveloppe comprend au moins deux secteurs d’enveloppe en forme de portion de cylindre et raccordés par des moyens de liaison amovibles. De préférence, la forme de l’enveloppe correspond à la forme d’un cylindre creux. De cette manière, l’installation et la manœuvrabilité d’un tel raccord ne présente pas de problème dû à l’épaisseur ou à la forme du raccordement. Avantageusement, l’enveloppe comprend un corps tubulaire comprenant au moins une partie d’enveloppe déformable destinée à être déformée pour fixer de manière thermiquement étanche l’enveloppe entre la première bride de raccordement et la deuxième bride de raccordement. La partie d’enveloppe déformable permet à l’enveloppe de se renfermer parfaitement sur le raccordement et assure un très bon niveau d’isolation thermique. Selon une autre caractéristique, les brides de raccordement comprennent chacune un joint d’étanchéité, par exemple un joint d’étanchéité torique destiné à être ajusté sur les brides de raccordement par déformation élastique sous la pression de l’enveloppe. Dans un mode de réalisation, la première partie interne mâle et la première partie externe femelle sont maintenues l'une par rapport à l'autre par au moins un premier élément de jonction, et la deuxième partie interne mâle et la deuxième partie externe femelle sont maintenues l’une par rapport à l’autre par au moins un deuxième élément de jonction. Les éléments de jonction permettent en outre l’alignement des deux parties externes mâles et le maintien de la même distance entre la partie interne mâle et la partie externe femelle des tubes. En centrant les parties internes males et les parties externes femelles à l’intérieur des tubes cryogéniques, le positionnement central de ces deux tubes est assuré lors de l’assemblage de ces deux tubes. De préférence, le premier élément de jonction et le deuxième élément de jonction comprennent une entretoise destinée à limiter la distance entre la première partie interne mâle et la première partie externe femelle et entre la deuxième partie interne mâle et la deuxième partie externe femelle respectivement. L’invention a également pour objet un procédé de raccordement de tubes cryogéniques à isolation sous vide, lesdits tubes comprenant chacun une partie externe femelle et une partie interne mâle ayant une partie externe mâle en saillie axiale par rapport à la partie externe femelle, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de: raccordement amovible d’une partie externe mâle d’un premier tube coaxialement à une partie externe mâle d’un deuxième tube, assemblage d’une enveloppe autour des moyens de raccordement entre le premier tube et le deuxième tube, l’enveloppe étant couplée de manière amovible entre une première bride de raccordement et une deuxième bride de raccordement de manière à assurer un raccordement thermiquement étanche entre le premier tube et le deuxième tube. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la FIG. 1 , dont il a déjà été fait mention, est une vue schématique en coupe longitudinale d’un raccord de type Johnston selon l’art antérieur ; - la FIG. 2 et la FIG. 3 représentent un raccord pour tubes cryogéniques selon l’invention, respectivement en cours d’assemblage et après assemblage ; - la FIG. 4 est une vue en perspective d’un raccord selon l’invention, montrant le raccordement des parties internes mâle et l’enveloppe, en cours d’assemblage ; - la FIG. 5 est une vue en perspective de l’un des tubes cryogéniques et du raccord ; - la FIG. 6 et la FIG. 6 représentent une vue schématique en coupe d’un tube cryogénique dans lequel une partie interne mâle et une partie externe femelle sont maintenues par des éléments de jonction. Description détaillée On se réfèrera aux figures 2 et 3 qui illustrent un mode de réalisation d’un raccord démontable 10 selon l’invention. Le raccord 10 est destiné à assurer le raccordement d’un premier tube 13 cryogénique et d’un deuxième tube 14 cryogénique, par exemple des tubes cryogéniques assurant l’alimentation d’un aéronef en carburant cryogénique. Ce carburant cryogénique peut être, par exemple de l’hydrogène ou du méthane stocké à une température cryogénique allant entre -150°C et -273°C. D’une manière préférentielle, l’hydrogène refroidi à une température de l’ordre de 20 à 22 Kelvins (- 253°C à -251°C) est utilisé. Les tubes 13 et 14 sont des tubes à double paroi et comportent chacun une paroi interne 15, une paroi externe 16 et un volume cylindrique interstitiel de vide 17 entre les parois interne et externe 15, 16. Dans la zone de raccordement des portions de tube cryogénique 13, 14, la paroi interne 15 s’étend en saillie axiale par rapport à la paroi externe 16 et forme une partie externe mâle 38, 39 qui s’étend en saillie à partir de la partie externe femelle 22, 24. Dans la position d’assemblage, les parties externes mâles 38, 39 en saillie des tubes 13 et 14 sont disposées bout à bout coaxialement pour être fixées l’une à l’autre par des moyens de raccordement 20. Les moyens de raccordement 20 peuvent comprendre, par exemple, un vissage de portions filetées, un boulonnage de brides, un collier clamp, un collier de serrage, un sertissage, des rivets aveugles, un clippage ou tout autre moyen de raccordement connu pour l’homme de métier. Les moyens de raccordement 20 sont démontables et permettent donc de désassembler les tubes 13, 14 pour les raisons de maintenance, par exemple. Le raccordement entre les parties externes mâles 38, 39 présente un très bon niveau d’étanchéité pour éviter les fuites du liquide cryogénique vers l’extérieur des tubes 13, 14. En référence à la FIG. 3 , chaque partie externe mâle 38, 39 comprend un joint d’étanchéité interne 33, 34, par exemple un joint d’étanchéité torique. Par exemple, le joint d’étanchéité interne 33, 34 est adapté pour une utilisation dans les conditions cryogéniques et peut être, par exemple, un joint indium compact, un joint hermétique compressible, un joint à compression, un joint cryogénique démontable, un joint de bride à joints toriques en indium, un joint torique en fil d'indium, un joint en indium à profil bas, un joint rotatif, un joint en profil D, un joint plat métallique, un joint de type hélicoflex. En se référant également aux figures 3 à 5, le raccord 10 comprend par ailleurs une enveloppe 25 entourant les moyens de raccordement 20 et s’étendant entre les parois externes 16 du premier tube 13 et du deuxième tube 14. Cette enveloppe 25 comprend au moins un secteur d’enveloppe 26, 27 susceptible d’adopter une configuration ouverte permettant d’accéder aux moyens de raccordement 20 et une position fermée dans laquelle les moyens de raccordement 20 sont confinés dans un volume fermé et étanche. L’enveloppe 25 assure la continuité du volume cylindrique interstitiel de vide 17 entre les tubes cryogéniques 13, 14 et par conséquent le raccordement thermiquement étanche entre les tubes cryogéniques 13, 14. Par exemple, tel que représenté, l’enveloppe 25 comporte deux secteurs hémicylindriques 26, 27 destinés à coopérer l’un à l’autre. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque l’enveloppe 25 comporte un nombre quelconque de secteurs. Comme visible sur la FIG. 4 , le bord longitudinal de chaque secteur d’enveloppe 26, 27 comporte une bride longitudinale destinée à coopérer avec une bride complémentaire portée par le bord longitudinal complémentaire d’un autre secteur d’enveloppe 26, 27 de manière à être assemblé par des moyens de liaison 28, par exemple par boulonnage. Les moyens de liaison des secteurs d’enveloppe 28 peuvent être, dans un autre exemple, un vissage de portions filetées, un collier clamp, un collier de serrage, un sertissage, des rivets aveugles, un clippage ou tout autre moyen de raccordement connu pour l’homme de métier. Le premier tube 13 comprend également une première bride de raccordement 18 et le deuxième tube 14 comprend une deuxième bride de raccordement 19. L’enveloppe 25 est raccordée aux brides de raccordement 18, 19 par les moyens de raccordement connus - bride taraudée, bride avec collerette, bride à visser, bride à serrer, bride coulissante, bride tournante, bride pivotante, bride filetée, bride à emboîter, bride à recouvrement, bride aveugle. Les secteurs d’enveloppe 26, 27 comprennent des moyens destinés à venir en contact avec les brides de raccordement 18, 19 pour le raccordement. Le joint d’étanchéité externe 31, 32 situé sur chaque bride de raccordement 18, 19 est alors déformé élastiquement sous la pression de l’enveloppe 25 pour assurer une étanchéité du raccordement entre les secteurs d’enveloppe 26, 27 et les brides de raccordements 18, 19. Le joint d’étanchéité externe 31, 32 est prévu pour une utilisation dans les conditions cryogéniques et peut être l’un de joints d’étanchéité internes 33, 34 décrit précédemment. Dans un mode de réalisation, l’enveloppe 25 comprend une partie d’enveloppe déformable 29 illustrée à la FIG. 3 , qui est destinée à être déformée pour fixer de manière thermiquement étanche l’enveloppe 25 entre la première bride de raccordement 18 et la deuxième bride de raccordement 19. De cette manière l’insertion de l’enveloppe 25 entre les brides de raccordement 18, 19 est facilitée. La partie d’enveloppe déformable 29 peut être présentée en forme onduleuse, incurvée, courbée, concave, mais cet exemple est non-limitatif et toute autre forme peut être également envisagée. Cette partie d’enveloppe déformable 29 est située préférentiellement à la partie adjacente au raccordement entre les brides de raccordement 18, 19 et l’enveloppe 25. La partie d’enveloppe déformable 29 peut être également formée sur une partie circonférentielle de l’enveloppe 25 facilitant ainsi la fermeture étanche de l’enveloppe 25 sur les brides de raccordement 18, 19. Avantageusement, le raccord 10 comprend une couche d’isolation 35 entourant la paroi interne 15 de chaque tube 13, 14. Cette couche d’isolation 35 est placée dans le volume cylindrique interstitiel de vide 17 et présente avantageusement une isolation multicouche (MLI). On utilisera par exemple une mousse rigide de polyisocyanurate, un verre cellulaire, une laine minérale, un pare-vapeur primaire ou secondaire, un ruban auto-adhésif, un revêtement métallique, un feuillard en acier, un joint de contraction, un revêtement pare-vapeur, un scellant cryogénique ou tout autre type d’isolation connu. La couche d’isolation 35 permet d’améliorer l’isolation thermique entre les parties internes mâles 21, 23 et les parties externes femelles 23, 24. L’enveloppe 25 entoure la couche d’isolation 35 sans l’abimer et permet d’obtenir un niveau supplémentaire d’isolation thermique. La couche d’isolation 35 est installée en chevauchement avec l’isolation existante entre chaque partie interne male 21, 23 et chaque partie interne femelle 22, 24 et entre les parties externes mâles 38, 39, les moyens de raccordement 20 et l’enveloppe 25, assurant une continuité d’isolation thermique dans le raccord démontable 10. Dans un mode de réalisation, la FIG. 6 et la FIG. 6 représentent une vue schématique en coupe du tube cryogénique 13, 14 dans lequel la partie interne mâle 21, 23 et la partie externe femelle 22, 24 sont maintenues par un premier élément de jonction 36. Dans un autre exemple de réalisation illustré à la FIG. 6 , la partie interne mâle 21, 23 et la partie externe femelle 22, 24 sont maintenues l’une par rapport à l’autre par un deuxième élément de jonction 37, telle qu’une paroi fine par exemple. Les éléments de jonction 36, 37 permettent de maintenir la même distance radiale entre la paroi interne 15 et la paroi externe 16 des tubes 13, 14 respectivement. En centrant les parties externes males 38, 39 et les parties externes femelles 22, 24 dans les deux tubes cryogéniques 13, 14, le positionnement central de ces deux tubes 13, 14 est assuré lors de l’assemblage. Ainsi, l’étanchéité thermique est davantage améliorée. Les éléments de jonction 36, 37 peuvent être une entretoise ou une paroi fine ou tout autre moyen connu dans l’art antérieur destiné à centrer au mieux les deux corps tubulaires 13, 14, tout en minimisant la conduction thermique induite par un choix de matériaux isolants, une pièce fine, une pièce labyrinthique, par exemple. Raccord démontable (10) pour tubes cryogéniques (13, 14) à isolation sous vide, lesdits tubes (13, 14) comprenant chacun une partie externe femelle (22, 24) et une partie interne mâle (21, 23) ayant une partie externe mâle (38, 39) en saillie axiale par rapport à la partie externe femelle (22, 24), caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de raccordement (20) pour le raccordement amovible d’une partie externe mâle (38) d’un premier tube (13) coaxialement à une partie externe mâle (39) d’un deuxième tube (14), une enveloppe (25) entourant les moyens de raccordement (20) entre le premier tube (13) et le deuxième tube (14), l’enveloppe (25) étant couplée de manière amovible entre une première bride de raccordement (18) et une deuxième bride de raccordement (19) de sorte à assurer un raccordement thermiquement étanche entre le premier tube (13) et le deuxième tube (14). Raccord selon la revendication 1, dans lequel l’enveloppe (25) comprend au moins deux secteurs d’enveloppe (26, 27) en forme de portion de cylindre et raccordés par des moyens de liaison (28) amovibles. Raccord selon la revendication 1, dans lequel l’enveloppe (25) comprend un corps tubulaire comprenant au moins une partie d’enveloppe déformable (29) destinée à être déformée pour fixer de manière thermiquement étanche l’enveloppe (25) entre la première bride de raccordement (18) et la deuxième bride de raccordement (19). Raccord selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les brides de raccordement (18, 19) comprennent chacune un joint d’étanchéité (31, 32) destiné à être ajusté sur les brides de raccordement (18, 19) par déformation élastique sous la pression de l’enveloppe (25). Raccord selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première partie interne mâle (21) et la première partie externe femelle (22) sont maintenues l'une par rapport à l'autre par au moins un élément de jonction (36, 37), et la deuxième partie interne mâle (23) et la deuxième partie externe femelle (24) sont maintenues l’une par rapport à l’autre par au moins un élément de jonction (36, 37). Raccord selon la revendication 5, dans lequel les éléments de jonction (36, 37) comprennent une entretoise destinée à limiter l’espace entre la première partie interne mâle (21) et la première partie externe femelle (22) et entre la deuxième partie interne mâle (23) et la deuxième partie externe femelle (24) respectivement. Procédé de raccordement de tubes cryogéniques (13, 14) à isolation sous vide, lesdits tubes (13, 14) comprenant chacun une partie externe femelle (22, 24) et une partie interne mâle (21, 23) ayant une partie externe mâle (38, 39) en saillie axiale par rapport à la partie externe femelle (22, 24), caractérisé en ce qu’il comprend : raccorder de manière amovible une partie externe mâle (38) d’un premier tube (13) coaxialement à une partie externe mâle (39) d’un deuxième tube (14), assembler une enveloppe (25) autour des moyens de raccordement (20) entre le premier tube (13) et le deuxième tube (14), l’enveloppe (25) étant couplée de manière amovible entre une première bride de raccordement (18) et une deuxième bride de raccordement (19) de sorte à assurer un raccordement thermiquement étanche entre le premier tube (13) et le deuxième tube (14).