Brevet FR3156514A1 — publié le 20250613

L’invention concerne une installation (1) de production d’un fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié, comprenant : un ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6) ; une première boîte froide (4) comportant une enceinte (7) dans laquelle est disposée au moins un organe cryogénique tel qu’une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6), l’enceinte (7) étant destinée à être maintenue sous vide ; un caisson pressurisable (12), notamment étanche ; un système de pompage (11) raccordé fluidiquement à l’enceinte (7), pour mettre et/ou maintenir l’intérieur de l’enceinte (7) sous vide, caractérisé en ce que le système de pompage (11) est disposé dans le caisson pressurisable (12). Figure d’abrégé : Fig. 1 Installation de production d’un fluide cryogénique La présente invention porte sur une installation de production et/ou de stockage d’un fluide cryogénique. On connaît des installations de production de fluide cryogénique équipées d’au moins une boîte froide destinée à être mise sous vide. Un exemple d’une telle installation est un liquéfacteur d’hydrogène. La mise sous vide est réalisée par au moins une pompe à vide qui est généralement située à distance de la boîte froide, par exemple à au moins 5 mètres de cette dernière. En effet, à proximité de la boîte froide, il existe un risque d’explosion lié à une éventuelle présence de dihydrogène dans l’atmosphère. Le fait de maintenir la pompe à vide à une telle distance de la boîte froide implique des limitations comme le fait d’augmenter inutilement la puissance de la pompe et/ou d’augmenter la perte de charge entre le point de soutirage et la pompe, générant une difficulté supplémentaire d’obtention du vide désiré. Enfin, une telle disposition de la pompe relativement au reste de l’installation nécessite une plus grande empreinte au sol et complique la mise en place et le maintien des tuyauteries reliant la pompe à la boîte froide. La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une installation de production et/ou de stockage d’un fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié, comprenant : un ensemble d’échangeur(s) de chaleur ; une première boîte froide comportant une enceinte dans laquelle est disposée au moins un organe cryogénique tel qu’une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur, l’enceinte étant destinée à être maintenue sous vide ; un caisson pressurisable, notamment étanche ; un système de pompage raccordé fluidiquement à l’enceinte, pour mettre et/ou maintenir l’intérieur de l’enceinte sous vide, caractérisé en ce que le système de pompage est disposé dans le caisson pressurisable. L'invention permet ainsi de réduire la puissance du système de pompage et/ou de réduire la perte de charge entre le point de soutirage, par exemple l’enceinte, et le système de pompage, tout en limitant les risques d’explosion, notamment si le système de pompage n’est pas utilisable dans une zone où de tels risques existent. Une telle réduction de la perte de charge entre le point de soutirage et le système de pompage permet de favoriser le niveau de vide désirée. L’invention permet donc d’utiliser un système de pompage qui ne serait pas certifié « UL NEMA », « NEC », « ATEX », « IEC Ex » ou équivalent, même dans une zone ayant un risque d’explosion, c’est-à-dire à proximité de la boîte froide. L’invention permet ainsi de rapprocher le système de pompage de la boîte froide, en particulier la boîte froide chargée de faire passer le fluide cryogénique à une température inférieure à -150 °C, notamment à une température inférieure ou égale à -250 °C. Selon une réalisation, le système de pompage présente un risque d’inflammation du dihydrogène, en étant notamment dépourvu de certification « UL NEMA », « NEC », « ATEX », « IEC Ex » ou équivalent. Selon une réalisation, le système de pompage est raccordé fluidiquement à l’enceinte par un dispositif de raccordement, pour mettre et/ou maintenir l’intérieur de l’enceinte sous vide. Selon une réalisation, le caisson pressurisable comporte un dispositif de mesure de pression, comportant notamment une jauge pirani, configuré pour mesurer le vide dans l’enceinte et/ou dans le dispositif de raccordement et/ou dans le système de pompage, en étant par exemple connecté fluidiquement au dispositif de raccordement. Selon une réalisation, le dispositif de mesure de pression présente un risque d’inflammation du dihydrogène, en étant notamment non certifié « UL NEMA », « NEC », « ATEX », « IEC Ex » ou équivalent. Selon une réalisation, le système de pompage comporte un groupe de pompage primaire, notamment destiné à générer un vide primaire. Selon une réalisation, le groupe de pompage primaire comporte un circuit de refroidissement pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement tel que de l’eau. Selon une réalisation, le caisson pressurisable comporte une entrée de refroidissement et une sortie de refroidissement, pour la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement depuis une source de fluide de refroidissement située à l’extérieur du caisson pressurisable. Selon une réalisation, le système de pompage comporte un groupe de pompage secondaire notamment destiné à générer un vide secondaire, le groupe de pompage secondaire comportant notamment une pompe à diffusion, le groupe de pompage primaire et le groupe de pompage secondaire étant notamment montés en série. Selon une réalisation, le caisson pressurisable est configuré pour être balayé, notamment en continu, avec un gaz de balayage tel que de l’azote ou de l’air tel que de l’air sec. Selon une réalisation, le gaz de balayage comporte de l’air destiné à des instruments, par exemple de l’air dit « air instrument ». Selon une réalisation, le caisson pressurisable comporte une entrée de balayage et une sortie de balayage pour permettre la circulation du gaz de balayage à travers le caisson pressurisable. Un tel agencement permet de maintenir sous pression le caisson pressurisable tout en permettant d’évacuer la chaleur générée par le système de pompage. Selon une réalisation, la sortie de balayage est destinée à être connectée à une conduite de balayage notamment configurée pour permettre d’évacuer le gaz de balayage à distance de l’installation, notamment à une distance supérieure à 5 mètres. Selon une réalisation, le caisson pressurisable comporte une sortie de purge, pour relier fluidiquement une sortie du système de pompage à l’extérieur du caisson pressurisable, la sortie de purge étant notamment destinée à être connectée à une conduite de purge pour évacuer le gaz de purge sortant du système de pompage à distance de l’installation. Selon une réalisation, le caisson pressurisable comporte un réchauffeur pour réchauffer le système de pompage, le réchauffeur comportant notamment un noyau en polymère semi-conducteur entre deux conducteurs parallèles en cuivre. Un tel agencement permet de réchauffer le système de pompage pour assurer un démarrage optimisé, notamment lors de la mise en service de l’installation. Selon une réalisation, le caisson pressurisable comporte une porte de maintenance. Selon une réalisation, l’installation comporte : un circuit de gaz à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval destinée à être reliée à au moins un système receveur, par exemple un stockage cryogénique, l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur étant configuré pour être en échange thermique avec le circuit de gaz à refroidir ; un dispositif de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit de gaz à refroidir à une première température déterminée, un dispositif de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur et configuré pour refroidir le circuit de gaz à refroidir à une seconde température déterminée inférieure à la première température, la seconde partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur étant disposée dans l’enceinte. Selon une réalisation, au moins une partie du dispositif de refroidissement cryogénique est disposée dans l’enceinte. Selon une réalisation, la première partie de l’ensemble d’échangeur(s) est disposée dans la première boîte froide ou dans une deuxième boîte froide distincte de la première boîte froide. Selon une réalisation, la deuxième boîte froide est configurée pour faire passer le fluide cryogénique à une température comprise entre -20 °C et -150 °C. Selon une réalisation, la deuxième boîte froide est perlitée et/ou balayée à l'azote. L'invention peut encore concerner tout dispositif alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention. FIG. 1 La FIG. 1 est une représentation schématique d’une installation selon l’invention ; et FIG. 2 la FIG. 2 est une représentation schématique d’un détail de l’installation selon la FIG. 1 . En référence aux figures 1 et 2, on a représenté une installation 1 de production et/ou de stockage d’un fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié. L’installation 1 de la FIG. 1 est par exemple un liquéfacteur d’hydrogène. L’installation 1 comporte : un ensemble d’échangeur(s) de chaleur 5, 6 ; une première boîte froide 4 comportant une enceinte 7 dans laquelle est disposée au moins un organe cryogénique tel qu’une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur 5, 6, l’enceinte 7 étant destinée à être maintenue sous vide ; un caisson pressurisable 12, notamment étanche ; un système de pompage 11 raccordé fluidiquement à l’enceinte 7, pour mettre et/ou maintenir l’intérieur de l’enceinte 7 sous vide. Comme visible à la FIG. 1 , le système de pompage 11 est disposé dans le caisson pressurisable 12. Le système de pompage 11 présente un risque d’inflammation du dihydrogène. Il est par exemple dépourvu de certification de type « UL NEMA », « NEC », « ATEX », ou « IEC Ex », en étant par exemple incompatible avec ces certifications. Le système de pompage 11 ne peut donc pas être placé à proximité de la boîte froide qui se trouve, elle, dans une zone dans laquelle il existe un risque d'explosion liée au dihydrogène. Le système de pompage 11 est raccordé fluidiquement à l’enceinte 7 par un dispositif de raccordement 10, pour mettre et/ou maintenir l’intérieur de l’enceinte 7 sous vide. Le caisson pressurisable 12 comporte un dispositif de mesure de pression 15, comportant notamment une jauge pirani, configuré pour mesurer le vide dans l’enceinte 7 et/ou dans le dispositif de raccordement 10 et/ou dans le système de pompage 11, en étant par exemple connecté fluidiquement au dispositif de raccordement 10. Le dispositif de mesure de pression 15 présente un risque d’inflammation du dihydrogène. Il est par exemple dépourvu de certification de type « UL NEMA », « NEC », « ATEX », ou « IEC Ex », en étant par exemple incompatible avec ces certifications. Le système de pompage 11 comporte un groupe de pompage primaire 13, notamment destiné à générer un vide primaire. Le groupe de pompage primaire 13 comporte un circuit de refroidissement 16 pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement tel que de l’eau. Le caisson pressurisable 12 comporte une entrée de refroidissement et une sortie de refroidissement, pour la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement 16 depuis une source de fluide de refroidissement située à l’extérieur du caisson pressurisable 12. Le système de pompage 11 comporte un groupe de pompage secondaire 14 notamment destiné à générer un vide secondaire, le groupe de pompage secondaire 14 comportant notamment une pompe à diffusion, le groupe de pompage primaire 13 et le groupe de pompage secondaire 14 étant notamment montés en série. Le caisson pressurisable 12 est configuré pour être balayé, notamment en continu, avec un gaz de balayage tel que de l’azote ou de l’air tel que de l’air sec, tel que de l’air dit « air instrument ». Plus précisément, l’enceinte 7 du caisson pressurisable 12 est configurée pour être balayée, notamment en continu, avec un gaz de balayage tel que de l’azote ou de l’air tel que de l’air sec, tel que de l’air dit « air instrument ». Le caisson pressurisable 12 comporte une entrée de balayage 19 et une sortie de balayage 17 pour permettre la circulation du gaz de balayage à travers le caisson pressurisable 12. La sortie de balayage 17 est destinée à être connectée à une conduite de balayage notamment configurée pour permettre d’évacuer le gaz de balayage à distance de l’installation, notamment à une distance supérieure à 5 mètres. Le caisson pressurisable 12 comporte une sortie de purge 18, pour relier fluidiquement une sortie du système de pompage 11 à l’extérieur du caisson pressurisable 12, la sortie de purge 18 étant notamment destinée à être connectée à une conduite de purge pour évacuer le gaz de purge sortant du système de pompage 11 à distance de l’installation 1. Le caisson pressurisable 12 comporte au moins un réchauffeur 20 pour réchauffer le système de pompage 11, le réchauffeur 20 comportant notamment un noyau en polymère semi-conducteur entre deux conducteurs parallèles en cuivre. L’installation 1 comporte : un circuit de gaz à refroidir 2 ayant une extrémité amont 21 destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval 22 destinée à être reliée à au moins un système receveur, par exemple un stockage cryogénique 40, l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur 5, 6 étant configuré pour être en échange thermique avec le circuit de gaz à refroidir 2 ; un dispositif de pré-refroidissement 8 en échange thermique avec au moins une première partie 5 de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur 5, 6 et configuré pour pré-refroidir le circuit de gaz à refroidir 2 à une première température déterminée, un dispositif de refroidissement cryogénique 9 en échange thermique avec au moins une seconde partie 6 de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur 5, 6 et configuré pour refroidir le circuit de gaz à refroidir 2 à une seconde température déterminée inférieure à la première température, la seconde partie 6 de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur 5, 6 étant disposée dans l’enceinte 7. Au moins une partie du dispositif de refroidissement cryogénique 9 est disposé dans l’enceinte 7. Le dispositif 8 de pré-refroidissement comprend un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un fluide de pré-refroidissement dans un circuit de pré-refroidissement, le circuit de pré-refroidissement comprenant un organe 28 de compression du fluide de pré-refroidissement. Le circuit de pré-refroidissement comporte un organe de détente 38 du fluide de pré-refroidissement. Le dispositif 9 de refroidissement cryogénique comprend un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle dans un circuit de cycle, le circuit de cycle comprenant un organe 29 de compression du gaz de cycle. Le circuit de cycle comprend un organe de refroidissement du gaz de cycle comprimé, un organe de détente 39 du gaz de cycle comprimé et refroidi et un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu. La seconde température déterminée est comprise entre 48 K et 18 K et la première température déterminée est comprise entre 100 K et 70 K. La première partie 5 de l’ensemble d’échangeur(s) est disposée dans la première boîte froide 4 ou dans une deuxième boîte froide 3. La deuxième boîte froide 3 est perlitée et/ou balayée à l'azote, notamment sans être destinée à être mise sous vide. Le circuit 2 de gaz à refroidir est muni d’un organe de détente 23 en aval de l’extrémité aval 22, en étant notamment configurée pour réguler la pression dans le stockage cryogénique 40, l’organe de détente 23 comportant par exemple une vanne de détente, notamment une vanne de détente Joule-Thomson. L’organe de détente 23 et l’organe de détente 39 du gaz de cycle sont disposés dans la deuxième boîte froide 4. Considérant que la pression atmosphérique qui règne autour de la première et/ou de la deuxième boîte froide est d’environ 1.000 bar alors la pression d'azote qui règne dans la deuxième boîte froide 3 est d'environ 1.020 bar alors que la pression à l’intérieur de l’enceinte de la première boîte froide 4 est environ égale à 5.10-6 mbar. Installation (1) de production et/ou de stockage d’un fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié, comprenant : un ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6) ; une première boîte froide (4) comportant une enceinte (7) dans laquelle est disposée au moins un organe cryogénique tel qu’une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6), l’enceinte (7) étant destinée à être maintenue sous vide ; un caisson pressurisable (12), notamment étanche ; un système de pompage (11) raccordé fluidiquement à l’enceinte (7), pour mettre et/ou maintenir l’intérieur de l’enceinte (7) sous vide, caractérisé en ce que le système de pompage (11) est disposé dans le caisson pressurisable (12). Installation (1) selon la revendication précédente, le système de pompage (11) étant raccordé fluidiquement à l’enceinte (7) par un dispositif de raccordement (10), pour mettre et/ou maintenir l’intérieur de l’enceinte (7) sous vide. Installation (1) selon la revendication précédente, le caisson pressurisable (12) comportant un dispositif de mesure de pression (15), comportant notamment une jauge pirani, configuré pour mesurer le vide dans l’enceinte (7) et/ou dans le dispositif de raccordement (10) et/ou dans le système de pompage (11), en étant par exemple connecté fluidiquement au dispositif de raccordement (10). Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le système de pompage (11) comportant un groupe de pompage primaire (13), notamment destiné à générer un vide primaire. Installation (1) selon la revendication précédente, le système de pompage (11) comportant un groupe de pompage secondaire (14) notamment destiné à générer un vide secondaire, le groupe de pompage secondaire (14) comportant notamment une pompe à diffusion, le groupe de pompage primaire (13) et le groupe de pompage secondaire (14) étant notamment montés en série. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le caisson pressurisable (12) étant configuré pour être balayé, notamment en continu, avec un gaz de balayage tel que de l’azote ou de l’air tel que de l’air sec. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le caisson pressurisable (12) comportant une sortie de purge (18), pour relier fluidiquement une sortie du système de pompage (11) à l’extérieur du caisson pressurisable (12), la sortie de purge (18) étant notamment destinée à être connectée à une conduite de purge pour évacuer le gaz de purge sortant du système de pompage (11) à distance de l’installation (1). Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le caisson pressurisable (12) comportant un réchauffeur (20) pour réchauffer le système de pompage (11), le réchauffeur comportant notamment un noyau en polymère semi-conducteur entre deux conducteurs parallèles en cuivre. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant : un circuit de gaz à refroidir (2) ayant une extrémité amont (21) destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval (22) destinée à être reliée à au moins un système receveur, par exemple un stockage cryogénique (40), l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6) étant configuré pour être en échange thermique avec le circuit de gaz à refroidir (2) ; un dispositif de pré-refroidissement (8) en échange thermique avec au moins une première partie (5) de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6) et configuré pour pré-refroidir le circuit de gaz à refroidir (2) à une première température déterminée, un dispositif de refroidissement cryogénique (9) en échange thermique avec au moins une seconde partie (6) de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6) et configuré pour refroidir le circuit de gaz à refroidir (2) à une seconde température déterminée inférieure à la première température, la seconde partie (6) de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5, 6) étant disposée dans l’enceinte. Installation (1) selon la revendication précédente, la première partie (5) de l’ensemble d’échangeur(s) étant disposée dans la première boîte froide (4) ou dans une deuxième boîte froide (3).