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FR3059758B1 - Reservoir de transport de fluide cryogenique - Google Patents

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FR3059758B1
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Martin Staempflin
Patrick Sanglan
Peter De Maeyer
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Réservoir de transport de fluide cryogénique comprenant un récipient interne (2), un récipient externe (3) disposé de façon espacée autour du récipient interne (2), un système d'isolation thermique disposé au niveau d'au moins une partie de l'espacement entre les récipients interne (2) et externe (3), dans lequel le système d'isolation thermique comprend un premier écran thermique comportant une réserve (7) de fluide cryogénique de refroidissement tel que de l'azote liquide et un premier circuit (4) de refroidissement alimenté en fluide de refroidissement liquide par la réserve (7), ledit premier circuit (4) de refroidissement étant disposé au moins en partie autour du récipient interne (2), caractérisé en ce que le système d'isolation thermique comporte un second écran thermique comprenant un second circuit (6) de refroidissement raccordé au premier circuit (4) de refroidissement de façon à recevoir de ce dernier du liquide qui a été vaporisé dans le premier circuit (4) de refroidissement, le second circuit (6) de refroidissement étant disposé au moins en partie autour du premier circuit (4) de refroidissement

Description

L’invention concerne un réservoir de transport de fluide cryogénique. L’invention concerne en particulier un réservoir ou conteneur isolé de transport d’hélium liquéfié. L’invention concerne plus particulièrement un réservoir de transport de fluide cryogénique, notamment pour le transport d’hélium liquéfié, comprenant un récipient interne destiné à contenir le fluide cryogénique, un récipient externe disposé de façon espacée autour du récipient interne, un système d’isolation thermique disposé au niveau d’au moins une partie de l’espacement entre les récipients interne et externe, dans lequel le système d’isolation thermique comprend un premier écran thermique comportant une réserve de fluide cryogénique de refroidissement tel que de l’azote liquide et un premier circuit de refroidissement alimenté en fluide de refroidissement liquide par la réserve, ledit premier circuit de refroidissement étant disposé au moins en partie autour du récipient interne.
Dans le cas d’un réservoir de transport d’hélium liquide, la capacité à conserver dans le temps l’hélium à une température suffisamment basse est déterminée essentiellement par trois paramètres principaux: les entrées thermiques sur le réservoir d’hélium et d’azote (écran), la pression maximale de service du réservoir d'hélium et la capacité de la réserve d’azote.
Les réservoirs les plus performants annoncent une autonomie de soixante cinq jours environ quand la pression maximale de service est de 6,5 bar environ et lorsque l’écran d’azote est opérationnel. Toutefois, la capacité de la réserve d’azote liquide de l’écran thermique embarqué sur les conteneurs d'hélium liquide ne permet généralement pas d’excéder environ quarante-cinq jours d’autonomie. Ceci nécessite donc des remplissages intermédiaires de la réserve d’azote liquide pendant les transports du réservoir. Si la réserve d’azote n’est pas complétée alors qu’elle se vide, l’autonomie du réservoir descend à cinquante jours environ (les entrées thermiques sur le récipient sont multipliées par quatre environ lorsque la réserve d’azote de l’écran thermique est vide). L’autonomie réelle d’un réservoir d'hélium liquide (donnée par la pression maximale de service) est donc liée à l’autonomie de la réserve d’azote qui impose un contrainte logistique de ravitaillement en cours d’acheminement du réservoir.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le système d’isolation thermique comporte un second écran thermique comprenant un second circuit de refroidissement raccordé au premier circuit de refroidissement de façon à recevoir de ce dernier du liquide qui a été vaporisé dans le premier circuit de refroidissement, le second circuit de refroidissement étant disposé au moins en partie autour du premier circuit de refroidissement.
Cette structure permet de récupérer une partie des frigories dans l’azote qui a été vaporisé dans l’écran d’azote liquide pour former un second écran thermique avant d’évacuer par un évent cet azote gazeux.
Cette structure permet potentiellement de diviser par deux les entrées thermiques sur le premier écran d’azote liquide. Cette solution peut réduire jusqu’à un tiers de la consommation d’azote liquide utilisé pour l’écran thermique.
Ceci permet de porter l’autonomie de la réserve d’azote (et donc du réservoir d’hélium) à soixante cinq jours environ.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le second circuit de refroidissement est disposé majoritairement autour du premier circuit de refroidissement, entre le premier circuit de refroidissement et le récipient externe interne, - le premier écran thermique comprend un premier élément conducteur tel qu’une paroi ou feuille métallique disposée autour du récipient interne et en échange thermique avec le premier circuit de refroidissement, - le second écran thermique comprend un second élément conducteur tel qu’une paroi ou feuille métallique disposée autour du premier circuit de refroidissement et en échange thermique avec le second circuit de refroidissement, - le système d’isolation thermique comporte une première structure d’isolation thermique multicouche disposée au niveau d’au moins une partie de l’espace situé entre le premier circuit de refroidissement et le récipient interne, - le système d’isolation thermique comporte une seconde structure d’isolation thermique multicouche disposée au niveau d’au moins une partie de l’espace situé entre le premier circuit de refroidissement et le second circuit de refroidissement, - le système d’isolation thermique comporte une troisième structure d’isolation thermique multicouche disposée au niveau d’au moins une partie de l’espace situé entre le second circuit de refroidissement et le récipient externe, - le premier circuit de refroidissement comprend une pluralité de conduites formant un réseau de circulation de fluide autour du récipient interne ledit réseau ayant une extrémité amont raccordée à la réserve de fluide cryogénique de refroidissement et une extrémité aval raccordée à une extrémité amont du second circuit de refroidissement, - le second circuit de refroidissement comprend une pluralité de conduites formant un réseau de circulation de fluide autour et comprenant une extrémité aval raccordée à une sortie de dégazage vers l’extérieur du réservoir, - l’espacement entre les récipients interne et externe est sous vide c’est-à-dire une pression inférieure à la pression atmosphérique. L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant un exemple de structure de réservoir selon l’invention.
Le réservoir 1 de transport de fluide cryogénique illustré à titre d’exemple à la figure 1 comprend classiquement un récipient interne 2 étanche destiné à contenir le fluide cryogénique (mélange liquide/gaz notamment) et un récipient externe 3 disposé de façon espacée autour du récipient interne 2. Classiquement, l’espacement entre les récipients interne 2 et externe 3 est sous vide c’est-à-dire une pression bien inférieure à la pression atmosphérique.
Comme illustré schématiquement, le récipient interne 2 peut être raccordé à un col («Trunnion» en anglais) et peut être maintenu espacé du récipient externe 3 via une structure support comprenant notamment un système de bras 13 de maintien.
Le réservoir 1 comprend un système d’isolation thermique disposé au niveau d’au moins une partie de l’espacement entre les récipients interne 2 et externe 3. Ce système d’isolation thermique comprend un premier écran thermique comportant une réserve 7 de fluide cryogénique de refroidissement tel que de l’azote liquide et un premier circuit 4 de refroidissement alimenté en fluide de refroidissement liquide par la réserve 7. Le premier circuit 4 de refroidissement est disposé au moins en partie autour du récipient interne 2.
Classiquement, le premier écran thermique comprend un premier élément 15 conducteur tel qu’une paroi ou feuille métallique disposée autour du récipient interne 2 et en échange thermique avec le premier circuit 4 de refroidissement. Classiquement, l’écran thermique est lui-même en matériau conducteur thermique. Classiquement cette feuille 15 ou paroi (par exemple en cuivre ou aluminium) est en échange thermique avec le circuit 4 de refroidissement (contact par exemple par brasage ou équivalent).
Le premier circuit 4 de refroidissement comprend de préférence une pluralité de conduites formant un réseau de circulation de fluide autour du récipient interne 2, ce réseau ayant une extrémité amont 10 raccordée à la réserve 7 de fluide cryogénique de refroidissement pour être alimenté en liquide de refroidissement (azote liquide dans cet exemple).
Le système d’isolation thermique comporte également classiquement une première structure d’isolation thermique multicouche 5 disposée au niveau d’au moins une partie de l’espace situé entre le premier circuit 4 de refroidissement et le récipient interne 2. Cette structure d’isolation multicouche (appelée généralement « MLI ») comprend par exemple un empilement ou enroulement de plusieurs feuilles aluminiseés, séparées par des feuilles intercalaires isolantes (par exemple isolantes thermiquement).
Selon une particularité avantageuse le système d’isolation thermique comporte un second écran thermique comprenant un second circuit 6 de refroidissement raccordé au premier circuit 4 de refroidissement. Le second circuit 6 de refroidissement est configuré pour recevoir le fluide qui a circulé et s’est donc vaporisé dans le premier circuit 4 de refroidissement. Le second circuit 6 de refroidissement est disposé au moins en partie autour du premier circuit 4 de refroidissement.
De préférence ce second écran thermique est situé à égales distances du premier écran thermique et du récipient externe 3. Par exemple, le second circuit 6 de refroidissement est disposé majoritairement autour du premier circuit 4 de refroidissement, entre le premier circuit 4 de refroidissement et le récipient externe 3. Le second circuit 6 de refroidissement comprend par exemple une pluralité de conduites formant un réseau de circulation de fluide autour et comprenant une extrémité aval raccordée à une sortie de dégazage vers l’extérieur du réservoir (par exemple via une vanne d’évent).
De même, comme précédemment, le second écran thermique comprend de préférence un second élément 16 conducteur tel qu’une paroi ou feuille métallique disposée autour du premier circuit 4 de refroidissement et en échange thermique avec le second circuit 6 de refroidissement. Classiquement, l’écran thermique est lui-même en matériau conducteur thermique. Classiquement cette feuille 16 ou paroi (par exemple en cuivre ou aluminium) est en échange thermique avec le circuit 6 de refroidissement (contact par exemple par brasage ou équivalent).
Comme illustré, le système d’isolation thermique comporte de préférence une seconde structure d’isolation thermique multicouche 8 disposée au niveau d’au moins un partie de l’espace situé entre le premier circuit 4 de refroidissement et le second circuit 6 de refroidissement. De plus, une troisième structure d’isolation thermique multicouche 9 peut être disposée au niveau d’au moins une partie de l’espace situé entre le second circuit 6 de refroidissement et le récipient externe 3.
Comme décrit ci-dessus, cette structure permet d’augmenter significativement l’efficacité de l’isolation et donc l’autonomie du réservoir. L’ajout de ce second écran thermique peut augmenter la masse du réservoir cependant ceci peut être compensé par exemple par des réductions de masses de la structure. Par exemple, le remplacement du ou des récipients en acier inoxydable par des récipients en aluminium peut permettre des réductions de masse significatives.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Réservoir de transport de fluide cryogénique, notamment pour le transport d’hélium liquéfié, comprenant un récipient interne (2) destiné à contenir le fluide cryogénique, un récipient externe (3) disposé de façon espacée autour du récipient interne (2), un système d'isolation thermique disposé au niveau d’au moins une partie de l'espacement entre les récipients interne (2) et externe (3), dans lequel le système d'isolation thermique comprend un premier écran thermique comportant une réserve (7) de fluide cryogénique de refroidissement tel que de l'azote liquide et un premier circuit (4) de refroidissement alimenté en fluide de refroidissement liquide par la réserve (7), ledit premier circuit (4) de refroidissement étant disposé au moins en partie autour du récipient interne (2), caractérisé en ce que le système d’isolation thermique comporte un second écran thermique comprenant un second circuit (6) de refroidissement raccordé au premier circuit (4) de refroidissement de façon à recevoir de ce dernier du liquide qui a été vaporisé dans le premier circuit (4) de refroidissement, en ce que le premier circuit (4) de refroidissement comprend une pluralité de conduites formant un réseau de circulation de fluide autour du récipient interne (2) ledit réseau ayant une extrémité amont (10) raccordée à la réserve (7) de fluide cryogénique de refroidissement et une extrémité aval (11) raccordée à une extrémité amont (12) du second circuit (6) de refroidissement, et en ce que le second circuit (6) de refroidissement comprend une pluralité de conduites formant un réseau de circulation de fluide autour et comprenant une extrémité aval raccordée à une sortie de dégazage(13) vers l’extérieur du réservoir, le second circuit (6) de refroidissement étant disposé au moins en partie autour du premier circuit (4) de refroidissement.
  2. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que ie second circuit (6) de refroidissement est disposé majoritairement autour du premier circuit (4) de refroidissement, entre le premier circuit (4) de refroidissement et le récipient externe 3 interne (2).
  3. 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier écran thermique comprend un premier élément (15) conducteur tel qu’une paroi ou feuiile métallique disposée autour du récipient interne (2) et en échange thermique avec le premier circuit (4) de refroidissement.
  4. 4. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second écran thermique comprend un second élément (16) conducteur tel qu'une paroi ou feuille métallique disposée autour du premier circuit (4) de refroidissement et en échange thermique avec le second circuit (6) de refroidissement.
  5. 5. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système d’isolation thermique comporte une première structure d'isolation thermique multicouche (5) disposée au niveau d’au moins une partie de l’espace situé entre le premier circuit (4) de refroidissement et le récipient interne (2).
  6. 6. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système d'isolation thermique comporte une seconde structure d’isolation thermique multicouche (8) disposée au niveau d’au moins une partie de l’espace situé entre le premier circuit (4) de refroidissement et le second circuit (6) de refroidissement.
  7. 7. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système d’isolation thermique comporte une troisième structure d’isolation thermique multicouche (9) disposée au niveau d'au moins une partie de l’espace situé entre le second circuit (6) de refroidissement et le récipient externe (3).
  8. 8. Réservoir selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’espacement entre les récipients interne (2) et externe (3) est sous vide c’est-à-dire une pression inférieure à la pression atmosphérique.
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