FR2545579A1 - VACUUM TUBULAR ASSEMBLY COMPRISING TWO OR MORE CONCENTRIC PIPES FOR GASES OR LIQUIDS IN DEEP COOLING CONDITIONS - Google Patents

Abstract

A.ENSEMBLE TUBULAIRE SOUS VIDE COMPOSE DE DEUX OU PLUSIEURS TUYAUX CONCENTRIQUES POUR GAZ OU LIQUIDES A L'ETAT DE REFROIDISSEMENT PROFOND. B.ENSEMBLE CARACTERISE EN CE QUE DES MOYENS DESTINES A L'ABSORPTION DES GAZ RESIDUELS DANS L'ESPACE ANNULAIRE SONT CONSTITUES PAR DES PIEGES CHIMIQUES 4. C.L'INVENTION CONCERNE UN PIEGE A FROID NOTAMMENT A L'AIDE DE TAMIS MOLECULAIRES POUR L'ADSORPTION DE GAZ RESIDUELS DANS DES CONDUITES.A. VACUUM TUBULAR ASSEMBLY CONSISTING OF TWO OR MORE CONCENTRIC PIPES FOR GAS OR LIQUIDS IN DEEP COOLING. B. ASSEMBLY CHARACTERIZED IN THAT MEANS INTENDED FOR THE ABSORPTION OF RESIDUAL GASES IN THE ANNULAR SPACE ARE CONSTITUTED BY CHEMICAL TRAPS 4. C. THE INVENTION CONCERNS A COLD TRAP, IN PARTICULAR BY THE AID OF MOLECULAR SIEVES FOR THE 'ADSORPTION OF RESIDUAL GAS INTO DUCTS.

Description

" Ensemble tubulaire sous vide composé de deux ou plusieurs tuyaux"Tubular vacuum assembly consisting of two or more pipes

concentriques pour gaz ou liquides à l'état de refroidissement profond "  concentric for gases or liquids in the deep cooling state "

La présente invention concerne un en-  The present invention relates to a

semble tubulaire composé de deux ou plusieurs tuyaux  seems tubular composed of two or more pipes

concentriques, dont au moins deux tuyaux voisins enfer-  concentric, of which at least two neighboring pipes enclose

ment un espace annulaire dans lequel règne le vide, ensemble destiné au transfert ou à la réception de liquides ou gaz à refroidissement profond, par exemple  an annular space in which there is a vacuum, an assembly intended for the transfer or reception of liquids or gases with deep cooling, for example

des câbles supra-conducteurs, ou des conduites de li-  superconductive cables, or line conduits

quide ou de gaz.quide or gas.

Pour l'isolation d'installations de techniques du froid ou de récipients contenant des fluides de refroidissement ou des conducteurs ou câbles, un vide poussé s'est montré le plus efficace, par liaison avec des éléments de maintien d'espacement en  For the insulation of refrigeration installations or of containers containing cooling fluids or conductors or cables, a high vacuum has proved to be the most effective, by connection with spacers

forme de serpentins, de disques, ou également des super-  in the form of coils, discs, or also super-

isolations connues De tels matériaux de séparation veillent à ce qu'une très faible quantité de chaleur possible ou de froid puisse être transmise de l'intérieur  known insulations Such separating materials ensure that a very small amount of possible heat or cold can be transmitted from the inside

vers l'extérieur.outwards.

L'inconvénient de ces constitutions communes réside cependant en ce que, après la-mise sous vide et l'obturation de l'espace vide contenant les  The disadvantage of these common constitutions however lies in the fact that, after vacuuming and closing the empty space containing the

éléments de maintien d'espacement, les matériaux uti-  spacers, the materials used

lisés, suivant leur nature, dégagent encore des gaz.  depending on their nature, still give off gases.

Dans cette dégradation du vide et ainsi un amoindrisse-  In this degradation of the vacuum and thus a decrease

ment de la qualité de l'isolation, les gaz jouent un rôle non seulement ceux qui se trouvent sur la surface extérieure des organes d'espacement, ou dans le cas de super-isolation, ou dans l'espace intermédiaire entrecouches individuelles, mais également les gaz inclus  As for the quality of the insulation, the gases play a role not only those which are on the external surface of the spacers, or in the case of super-insulation, or in the intermediate space between individual layers, but also gases included

par exemple à l'intérieur d'un corps en matière synthé-  for example inside a body made of synthetic material

tique.tick.

En vue de s'opposer à une telle dégra-  In order to oppose such a degra-

dation du vide, il a déjà été proposé, pour le maintien d'un vide inférieur à au moins 10 3 m bar dans des conducteurs ou systèmes conducteurs à isolation sous vide, d'utiliser des moyens d'adsorption, par exemple  vacuum, it has already been proposed, for maintaining a vacuum of less than at least 10 3 m bar in conductors or conductive systems with vacuum insulation, to use adsorption means, for example

à base de charbon actif, d'oxyde d'aluminium ou ana-  based on activated carbon, aluminum oxide or ana-

logues en forme granulaire ou dénommés tamis molécu-  granular forms or so-called molecular sieves

laires Les gaz restant dans la conduite, ou également sortant par diffusion des parois du tuyau lui-même ou des organes de maintien d'espacement se déposent alors sur la surface extérieure extrêmement grande du tamis moléculaire, de telle sorte qu'une pression totale de gaz inférieure à 10 3 o bar peut être maintenue dans le système pour une durée très longue Cependant,  The gases remaining in the pipe, or also emerging by diffusion from the walls of the pipe itself or from the spacers, then deposit on the extremely large outer surface of the molecular sieve, so that a total pressure of gas below 10 3 o bar can be maintained in the system for a very long time However,

la capacité d'adsorption pour les gaz restant dans l'es-  the adsorption capacity for the gases remaining in the est

pace annulaire est limitée et, pour certains gaz, tels que par exemple, l'hydrogène, elle est extrêmement  annular space is limited and, for certain gases, such as for example hydrogen, it is extremely

faible et même inexistante.weak and even nonexistent.

A partir de cet état de la technique,  From this state of the art,

l'invention pose le problème de l'insertion, non seule-  the invention poses the problem of insertion, not only-

ment dans des conduites ou systèmes tubulaires solides, rigides mais également dans ces conduites tubulaires flexibles, des moyens d'adsorption appropriés assurant un maintien du vide, indépendamment des matériaux se  In solid, rigid pipes or tubular systems but also in these flexible tubular pipes, appropriate adsorption means ensuring vacuum maintenance, regardless of the materials

trouvant dans cet espace ou délimitant l'espace annu-  found in this space or delimiting the annu-

laire. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par le fait que, dans l'espace annulaire  laire. This problem is solved, in accordance with the invention, by the fact that, in the annular space

compris entre deux tuyaux voisins d'un système tubu-  between two pipes next to a tubular system

laire, sont disposés des moyens absorbants de gaz  space, gas absorbing means are arranged

résiduels, sous la forme de pièges chimiques.  residual, in the form of chemical traps.

Ces pièges assurent une absorption suffisante des gaz éventuellement existants ou produits  These traps ensure sufficient absorption of any existing or produced gases

en service dans l'espace annulaire, l'hydrogène lui-  in service in the annular space, the hydrogen itself

même étant combiné par les matériaux de pièges Ce fait est d'importance particulière parce que l'hydrogène libéré, qui se trouve à l'état dissous dans le matériau, par exemple, lors de l'emploi de tuyaux en acier spécial pour le système tubulaire, et qui se diffuse à travers la paroi tubulaire, ne peut être combiné que dans une mesure extrêmement faible par les tamis moléculaires  even being combined by trap materials This fact is of particular importance because the released hydrogen, which is in the dissolved state in the material, for example, when using special steel pipes for the system tubular, and which diffuses through the tubular wall, can only be combined to an extremely small extent by molecular sieves

actuellement connus.currently known.

Les matériaux de piège peuvent être constitués en forme de bande qui est elle-même fabriquée  The trap materials can be formed in the form of a strip which is itself manufactured

en piège chimique Mais il est également possible d'uti-  in a chemical trap But it is also possible to use

liser une nappe de fibres ou un tissu, dans lequel sont incorporés les matériaux de piège chimique, ou encore d'utiliser des substances métalliques sur la surface  read a sheet of fibers or a fabric, in which the chemical trap materials are incorporated, or even to use metallic substances on the surface

extérieure desquelles les matériaux de piège sont frittés.  outside of which the trap materials are sintered.

Il est alors judicieux de prévoir que les bandes de piège entourent chacun des tuyaux intérieurs, sous la forme d'un enroulement, le long du système tubulaire ou d'une portion de celui-ci De cette manière la totalité de  It is therefore advisable to provide that the trap strips surround each of the interior pipes, in the form of a winding, along the tubular system or a portion thereof In this way the whole of

l'espace en coupe transversale est intéressée.  the cross-sectional space is interested.

Les pièges chimiques peuvent être activés par apport de chaleur Cette activation est assurée par un processus de pompage dans l'espace sous vide, qui se  The chemical traps can be activated by adding heat. This activation is ensured by a pumping process in the vacuum space, which

trouve maintenu même lors d'un refroidissement du maté-  found to be maintained even when the material cools

riau Lorsque le matériau de piège mis en oeuvre est saturé, un cycle d'activation et ainsi le processus de pompage peut être répété plusieurs fois, sans que des gaz se trouvent libérés hors du piège Pour cette raison,  When the trap material used is saturated, an activation cycle and thus the pumping process can be repeated several times, without gases being released from the trap For this reason,

conformément à une autre caractéristique de l'inven-  in accordance with another characteristic of the invention

tion, l'enroulement du piège chimique en forme de bande est appliqué d'une façon appropriée par l'intérieur sur la paroi extérieur du tuyau Par apport de chaleur sur le tube extérieur entouré, il est ainsi possible d'activer, suivant les besoins, la bande piège enroulée  tion, the coil of the strip-shaped chemical trap is applied in an appropriate manner from the inside to the outside wall of the pipe. By adding heat to the surrounded outside tube, it is thus possible to activate, as required. , the coiled trap strip

en hélice sur le tuyau.helically on the pipe.

Une autre possibilité d'absorption des gaz résiduels dans l'espace annulaire est de disposer, dans cet espace, des corps de piège frittés Ces corps frittés peuvent être répartis sur la longueur du tuyau, par exemple étant introduits dans l'espace annulaire par des brides ou flasques spéciaux Il a été constaté comme avantageux d'incorporer, dans ces corps frittés, des fils chauffants de telle sorte que soit obtenu, par l'intermédiaire de branchements extérieurs de courant, un réchauffement du corps de piège, et ainsi une activation  Another possibility of absorbing residual gases in the annular space is to have sintered trap bodies in this space. These sintered bodies can be distributed over the length of the pipe, for example being introduced into the annular space by special flanges or flanges It has been found advantageous to incorporate, in these sintered bodies, heating wires so that is obtained, by means of external current connections, a heating of the trap body, and thus an activation

aux instants désirés.at the desired times.

L'introduction du corps de piège ou des  The introduction of the trap body or

bandes de piège peut être effectuée à chacune des extré-  trap bands can be carried out at each of the

mités du système de conduite tubulaire, des raccords à  mites of the tubular pipe system, fittings to

bride appropriés étant prévus à cet effet.  suitable flanges being provided for this purpose.

Comme matériau pour les pièges chimiques conforme à l'invention, on peut utiliser des composés zircon-aluminium, zircon-nickel, ou encore des composés  As material for the chemical traps according to the invention, it is possible to use zircon-aluminum, zircon-nickel compounds, or alternatively

zircon-carbone, ou également d'autres alliages appro-  zircon-carbon, or also other suitable alloys

priés. L'invention est explisuée-ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les  prayed. The invention is explained below using examples of embodiments shown in the

figures 1 à 3 des dessins annexés.  Figures 1 to 3 of the accompanying drawings.

Comme exemple de réalisation, a été choisie une conduite dite conduite de froid, par exemple pour le  As an exemplary embodiment, a so-called cold pipe has been chosen, for example for the

transport d'azote liquide dans des installations de tech-  transport of liquid nitrogen in technical installations

nique cryogénique Elle se compose, par exemple, de deux tuyaux métalliques concentriques 1 et 2 qui peuvent être réalisés à paroi lisse pour accroître la flexibilité ou à paro-i ondulée 2 Dans la fente annulaire 3 qui  cryogenic nique It consists, for example, of two concentric metal pipes 1 and 2 which can be made with a smooth wall to increase flexibility or with a corrugated wall 2 In the annular slot 3 which

est définie par des organes d'espacement, non repré-  is defined by spacers, not shown

sentés, est maintenu un vide élevé, lequel s'oppose, le cas échéant, en commun avec une isolation thermique,  are felt, a high vacuum is maintained, which is opposed, where appropriate, in common with thermal insulation,

à un transport de chaleur vers l'extérieur.  to heat transport to the outside.

En vue de s'opposer à une dégradation du vide dans la fente annulaire 3 entre les tuyaux 1 et 2, il est prévu, comme représenté dans la figure 1, une bande de piège 4 enroulée en hélice autour du tuyau intérieur 1 La grandeur des spires d'enroulement est choisie judicieusement de telle manière que la bande 4 soit appliquée sur la surface supérieure intérieure du tuyau lisse 5 Ce tuyau lisse 5 est fixé par bride  In order to oppose a degradation of the vacuum in the annular gap 3 between the pipes 1 and 2, there is provided, as shown in Figure 1, a trap strip 4 wound helically around the inner pipe 1 The size of the winding turns is carefully chosen so that the strip 4 is applied to the upper inner surface of the smooth pipe 5 This smooth pipe 5 is fixed by a flange

sur l'extrémité du tuyau ondulé 2 et relié à joint étan-  on the end of the corrugated pipe 2 and connected to a watertight seal

che à celui-ci L'application de la bande 4 sur le tuyau lisse 5 présente l'avantage que, par apport de chaleur à partir de la surface extérieure du tuyau 5, le piège est activé et les gaz qui se trouvent dans la fente  The application of the strip 4 to the smooth pipe 5 has the advantage that, by adding heat from the outside surface of the pipe 5, the trap is activated and the gases which are in the slot

annulaire 3 sont évacués par pompage Sur le tuyau on-  ring 3 are evacuated by pumping On the pipe on-

dulé 1 qui est introduit à travers le tuyau lisse 5 est  dule 1 which is introduced through the smooth pipe 5 is

prévu un tuyau lisse 6 en vue de faciliter le raccordement.  provided a smooth pipe 6 in order to facilitate connection.

La figure 2 montre une variante de réalisa-  Figure 2 shows an alternative embodiment.

tion dans laquelle sont utilisés des corps de piège frittés  tion in which sintered trap bodies are used

7, pour éliminer les gaz se trouvant dans la fente annu-  7, to eliminate the gases in the annular slot

laire 8 entre les tuyaux 9 et 10 Pour ce mode de réali-  area 8 between pipes 9 and 10 For this embodiment

sation, il a été montré avantageusement un dispositif à bride 11 sur le tuyau lisse 12, à l'aide duquel le  sation, a flange device 11 has advantageously been shown on the smooth pipe 12, with the aid of which the

corps de piège 7 peut être introduit, à partir de l'ex-  trap body 7 can be introduced from the former

térieur, dans-la fente annulaire 8 Cette disposition  térieur, dans-la annulaire 8 This provision

de piège et celle de la figure 1, sont prévues aux extré-  trap and that of Figure 1, are provided at the ends

mités des conduites tubulaires Mais elles peuvent égale-  pipe lines but they can also

ment être réparties, sur la longueur de la conduite tubu-  be distributed over the length of the tubular pipe

laire, à des espacements déterminés Pour l'activation du piège, il est dans ce dernier cas, particulièrement  laire, at determined spacings For the activation of the trap, it is in the latter case, particularly

avantageux de réaliser un échauffement au moyen de pas-  advantageous to carry out a heating by means of steps

sage de courant.current wise.

Un tel exemple est représenté dans la figure 3 qui montre un corps de piège fritté 13 dans lequel est incorporé un fil chauffant 14 Ce corps de  One such example is shown in FIG. 3 which shows a sintered trap body 13 in which a heating wire 14 is incorporated.

piège, qui consiste par exemple en un composé zircon-  trap, which consists for example of a zirconia compound

aluminium, est activé par chauffage, de telle sorte que  aluminum, is activated by heating, so that

le processus de pompage peut être déclenché.  the pumping process can be started.

Dan les exemples de réalisation sont utilisés comme pièges, des tuyaux lisses spéciaux qui sont insérés par glissement dans le tuyau intérieur,  In the exemplary embodiments are used as traps, special smooth pipes which are inserted by sliding into the inner pipe,

et qui sont reliés à joint étanche avec le tuyau exté-  and which are connected to watertight joint with the external pipe

rieur de la conduite tubulaire Une telle disposition sera judicieusement choisie lorsque le matériau de piège doit agir à partir de l'extrémité de la conduite ou du système de tuyaux Bien entendu, il est également possible d'intégrer l'une ou l'autre solution dans le système de conduite, et, par exemple de renoncer à l'élément de  laughing of the tubular pipe Such an arrangement will be judiciously chosen when the trap material must act from the end of the pipe or the pipe system Of course, it is also possible to integrate one or the other solution in the driving system, and, for example to give up the element of

tuyau lisse.smooth pipe.

R E V E N D l C A TI O N S ) Ensemble tubulaire composé de deux ou plusieurs tuyaux concentriques, dont au moins deux tuyaux voisins enferment un espace annulaire dans lequel règne le vide, ensemble destiné au transport ou à l'absorp- tion de liquides ou gaz à très basses températures (état  RESELL l CA TI ONS) Tubular assembly composed of two or more concentric pipes, at least two adjacent pipes enclose an annular space in which there is a vacuum, assembly intended for the transport or absorption of very low liquids or gases temperatures (state

de refroidissement profond) par exemple des câbles supra-  deep cooling) for example supra cables

conducteurs ou des conduites de liquide ou de gaz, en-  conductors or lines of liquid or gas,

semble caractérisé en ce que des moyens destinés à l'absorp-  seems characterized in that means intended to absorb it

tion des gaz résiduels dans l'espace annulaire sont cons-  tion of the residual gases in the annular space are cons-

titués par des pièges chimiques ( 4).  chemically trapped (4).

) Ensemble tubulaire suivant la reven-  ) Tubular assembly according to resale

dication 1, caractérisé en ce que les pièges chimiques ( 4) absorbants de gaz résiduels sont constitués en forme  dication 1, characterized in that the chemical traps (4) absorbing residual gases are formed in the form

de bande.of tape.

) Ensemble tubulaire suivant la reven-  ) Tubular assembly according to resale

dication 2, caractérisé en ce que les bandes de piège ( 4) sont enroulées en hélice de chacun des tuyaux intérieurs  dication 2, characterized in that the trap strips (4) are wound helically from each of the inner pipes

le long du système tubulaire ou d'une portion de celui-ci.  along the tubular system or a portion thereof.

40) Ensemble tubulaire suivant la reven-  40) Tubular assembly according to resale

dication 3, caractérisé en ce que l'enroulement cons-  indication 3, characterized in that the winding

titué par le piège chimique ( 4) en forme de bande est  titrated by the chemical trap (4) in the form of a strip is

appuyé contre la paroi extérieure du tuyau.  pressed against the outside wall of the pipe.

) Ensemble tubulaire suivant la reven-  ) Tubular assembly according to resale

dication 1, caractérisé en ce que les pièges chimiques ( 4) absorbants des gaz résiduels sont constitués par des corps de piège frittés ( 7) qui sont disposés dans la fente annulaire ( 3) entre tuyaux ou qui s'avancent dans  dication 1, characterized in that the residual gas absorbing chemical traps (4) consist of sintered trap bodies (7) which are arranged in the annular gap (3) between pipes or which advance into

cette fente ( 3).this slot (3).

60) Ensemble tubulaire suivant la reven-  60) Tubular assembly according to resale

dication 5, caractérisé en ce que les corps frittés ( 7)  dication 5, characterized in that the sintered bodies (7)

peuvent être chauffés.can be heated.

) Ensemble tubulaire suivant l'une) Tubular assembly according to one

quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par des  any of claims 1 to 6, characterized by

dispositifs à bride prévus aux extrémités en question du système de tuyaux concentriques ( 1, 2) pour recevoir  flange devices provided at the relevant ends of the concentric pipe system (1, 2) for receiving

les pièges chimiques ( 4).chemical traps (4).

8 ) Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le tuyau extérieur qui est en contact avec l'enroulement est prévu pour pouvoir être chauffé. 9 ) Ensemble suivant l'une quelconque  8) An assembly according to claim 4, characterized in that the outer pipe which is in contact with the winding is provided to be able to be heated. 9) Assembly according to any one

des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, comme  claims 1 to 8, characterized in that, as

pièges chimiques ( 4), on utilise des composés zircon-  chemical traps (4), zirconia compounds are used

aluminium.aluminum.

) Ensemble suivant l'une quelconque   ) Set according to any one

des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, comme  claims 1 to 8, characterized in that, as

pièges chimiques ( 4), on utilise des composés zircon-  chemical traps (4), zirconia compounds are used

nickel-aluminium. 11 ) Ensemble suivant l'une quelconque  nickel-aluminum. 11) Assembly according to any one

des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que comme  claims 1 to 8, characterized in that as

pièges chimiques ( 4) on utilise des composés zircon-  chemical traps (4) zirconia compounds are used

carbone.carbon.