WO1999018387A1 - Procede et installation de remplissage d'un reservoir sous pression - Google Patents

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WO1999018387A1
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L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the invention relates to a method and an installation for filling a pressure tank with a gas.
  • the invention aims to propose a method and an installation for filling a pressure tank which obviates the aforementioned drawbacks of known techniques and allows reliable filling, which can be implemented, on a launch pad for launchers, without risk of pollute xenon.
  • the invention relates to a method for filling a pressure tank with a gas, characterized in that it consists of:
  • the intermediate container serves as a thermal compressor, that is to say allows the pressure of the gas to be raised relative to its pressure in a source such as a mother bottle.
  • This thermal compressor is light, efficient compared to other solutions, and does not include a moving part, which is a guarantee of good reliability.
  • the method also consists in heating the quantity of gas in the intermediate container, after the intermediate communication between the intermediate container and the reservoir. Thanks to this aspect of the invention, when the intermediate container and the reservoir have been placed in communication, the maintenance of the heating leads to a heating of the quantity of gas included in the intermediate container, which makes it possible to discharge continuously this quantity of gas which is then under high pressure towards the reservoir.
  • the transfer of gas from the intermediate container to the tank takes place at substantially constant pressure.
  • the refrigeration liquid used with the process of the invention is advantageously liquid nitrogen, the industrial production of which is well controlled.
  • the invention also relates to an installation making it possible to implement the method of the invention and, more specifically, an installation which comprises at least one compressor thermal formed by an intermediate container disposed between a gas source and the reservoir, this thermal compressor comprising means of liquefaction by cooling a quantity of the gas being introduced into the intermediate container and means of heating this quantity gas inside the intermediate container.
  • the liquefaction means comprise a tube for circulating a cooling liquid such as, in particular, liquid nitrogen.
  • a cooling liquid such as, in particular, liquid nitrogen.
  • the means for heating the quantity of gas included in the intermediate container comprise an electric heating element.
  • an electric heating element allows rapid heating of the quantity of gas included in the intermediate container, and therefore a substantial reduction in the cycle time of a filling operation compared to known techniques.
  • the circulation tube and the electric heating element are placed inside the intermediate container. Thus, only a small part of the thickness of the wall of the thermal compressor sees its temperature decrease or increase as a function of that of the fluid that it contains, so that the thermal inertia of the compressor is reduced.
  • the intermediate container comprises a gas inlet in its lower part and a gas outlet in its upper part. This allows the gas to be drawn off in the part of the intermediate container in which the temperature of the gas is highest.
  • the intermediate container may contain a cup for receiving the liquefied gas, this cup being spaced from the internal wall of the container. Thanks to this aspect of the invention, the thermal inertia of the compressor is also reduced.
  • the invention also relates to an installation which comprises two thermal compressors capable of operating in opposition, one working on the liquefaction of a quantity of gas while the other works on the vaporization-compression of another quantity of gas. This makes it possible to carry out the liquefaction operations in masked time, and therefore to reduce the total duration of a tank filling operation.
  • the invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly in the light of the following description of an embodiment of a tank filling installation in accordance with its principle and its process of implementation, given only by way of example and made with reference to the appended drawings in which:
  • FIG. 1 is a fluid block diagram of a filling installation according to the invention
  • FIG. 2 is a vertical section of a thermal compressor used in the installation of Figure 1.
  • a mother bottle 1 contains an amount of xenon, for example 50 kg, under a pressure of the order of 60 bars at 20 ° C.
  • the role of the installation is to fill a tank 2 made of titanium, steel or carbon, intended to be carried on a satellite, at a pressure of between 80 and 300 bars approximately, for example of the order of 180 bars.
  • the installation comprises an intermediate container 3 whose inlet 3a. is connected, by a line 4 through a valve 5, to the mother bottle 1.
  • a line 6 connects the outlet 3b of the intermediate container 3 to the tank 2 through a valve 7.
  • the container 3 comprises an enclosure 3ç_ defining an interior volume 3d of the exchanger 3, of the order of a few liters, for example about 4 liters.
  • a tube 10 In this interior volume 3d is placed a tube 10 inside which circulates liquid nitrogen coming from a source 11 such as a bottle of liquid nitrogen.
  • a valve 12 is provided for controlling the supply of the tube 10 from the source 11.
  • a collecting member 13 is provided for receiving the liquid or gaseous nitrogen after it has circulated in the tube 10.
  • An electric heater such as for example a heating resistor 15, is also arranged inside. volume 3d and connected to a potential source 16 by being controlled by a switch 17.
  • the heating element 15 is also wound in the form of a spiral inside the volume 3d_ around the same axis.
  • a cup 20 is disposed inside the intermediate container 3 around the tube 10 while being kept away from the internal wall of the enclosure 3ç_ by spacers 21.
  • This cup 20 is intended to receive the liquefied gas, such so that it is kept at a distance from the enclosure 3ç_, which makes it possible to reduce the heat exchanges and therefore the thermal inertia of the container 3.
  • the arrival 3a. xenon is disposed in the lower part of the intermediate container 3, while the outlet 3b is arranged in the upper part.
  • the arrows LN 2 indicate the direction of circulation of the nitrogen
  • the arrows X e indicate the direction of circulation of the xenon
  • the arrow Q e indicates the quantity of electricity supplied to the resistor 15.
  • the valve 7 When it is desired to fill the reservoir 2 from the cylinder 1 containing xenon, the valve 7 being closed, the valve 5 is opened to put the mother bottle 1 and the intermediate container 3 into communication, so that the gas is discharged from the cylinder 1 to the reservoir 3.
  • the latter At fr and as the gas arrives in the reservoir 3, the latter is liquefied by contact with the tube 10 in which circulates liquid nitrogen at approximately -180 ° vs.
  • the diameter of the tube 10 and the flow speed of the liquid nitrogen in this tube are calculated so that the consumption of liquid nitrogen is not too great and so that the nitrogen leaves the intermediate container 3 at a temperature close to the saturation temperature of xenon, i.e. 165K at 1 bar.
  • the flow of liquid nitrogen in the tube 10 is between 2 and 20 g / s.
  • the valve 5 and the switch 17 are then closed, so that the flow of current inside the resistor 15 results in a rapid rise in the temperature of the xenon contained in the container 3.
  • This induces vaporization liquefied gas, then compression of this gas inside the container 3, this compression making it possible to quickly reach a pressure of the order of 180 bars.
  • the intermediate container 3 therefore constitutes a "thermal compressor” making it possible to raise the pressure of a gas and comprising no moving part.
  • valve 7 When a pressure of the order of 180 bars is reached, the valve 7 is opened so as to put the container 3 and the tank in fluid communication. The gas then discharges into the tank 2.
  • the switch 17 is kept closed, so that the heating continues inside the intermediate container 3, which tends to increase the pressure inside the tank 3, the gas then being gradually evacuated.
  • the discharge of gas from the intermediate container 3 to the tank 2 takes place while the pressure inside the intermediate container is kept substantially constant, or even slightly increases.
  • the tests carried out have made it possible to show that, during the isochoric compression of the quantity of gas by heating in the container 3, the temperature of the xenon goes from approximately 210 K to approximately 245 K. Maintaining the heating after the opening of the valve 7 makes it possible to increase the temperature of the xenon vaporized from approximately 245 K to approximately 310 K.
  • An exchanger 22 with high thermal inertia is arranged around the pipe 6. This exchanger, which can be formed of a block of aluminum, is able to receive, at the inlet, a gas between -30 ° C and 40 ° c and to deliver, at the outlet, a gas at approximately 5 ° C. This makes it possible to supply the tank 2 at a temperature above 5 ° C and to avoid any risk of condensation in or on the external surface of the tank 2.
  • the thermal compressor or intermediate container 3 must be able to withstand low temperatures when the gas is liquefied, but also be sized according to the pressure at which the tank 2 must be filled.
  • the thickness of the enclosure 3c is determined by based on these criteria.
  • the thermal inertia of the compressor must be as low as possible so as not to penalize the performance of the process and, in particular, the cycle time.
  • the volume of the compressor must be large enough to accommodate the tube 10 and the heating element 15, but not too large so as to limit the thermal inertia.
  • the wall of the thermal compressor 3 may have a thickness of around 10 mm, its total mass being around 30 kg.
  • the compressor is equipped with a pressure sensor and a temperature sensor, which are not shown in the figures, in order to check the correct operation of the device.
  • the thermal compressor 3 can be installed on a scale.
  • the power dissipated by the heating element 15 is not necessarily very large insofar as the quantity of fluid to be heated for each cycle is relatively small.
  • the heating element 15 could be replaced by a water exchanger or any other fluid with high heat capacity.
  • the arrangement of the inputs 3a. and 3b, as well as the arrangement of the inlet and outlet of the tube 10 and of the inlet and outlet of the heating element 15 could be modified.
  • a refrigeration system with a fluid having a vaporization temperature close to 200K could be used in place of the tube 10 containing liquid nitrogen.
  • the invention has been presented with a tank filling installation with xenon. It is understood that it is applicable with other gases at relatively high critical temperature and, in particular, with krypton.
  • a preferred field of application of the invention is the filling on the ground of a xenon tank having to have a purity greater than 99.995, this xenon being used for the plasma propulsion of satellites. It is understood that the installation of the invention can constitute a light and compact assembly which can be easily moved on the launch pads of these satellites.
  • the invention can also be used in xenon or krypton recovery installations, for example in the lamp industry.

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Abstract

Procédé de remplissage d'un réservoir sous pression avec un gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à: introduire une quantité dudit gaz dans un récipient intermédiaire (3), liquéfier ladite quantité de gaz, au fur et à mesure de son introduction dans ledit récipient intermédiaire par échange thermique (10) avec un liquide de réfrigération, réchauffer ladite quantité de gaz dans ledit récipient intermédiaire par contact thermique avec une source chaude (15), mettre en communication fluidique ledit récipient intermédiaire et ledit réservoir lorsque la pression dans ledit récipient intermédiaire devient supérieure à la pression dudit réservoir. L'installation est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un compresseur thermique formé d'un récipient intermédiaire (3) qui comporte des moyens de liquéfaction (10) et des moyens de chauffage (15) de la quantité de gaz qu'il reçoit.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE REMPLISSAGE D'UN RESERVOIR SOUS PRESSION
L'invention a trait à un procédé et à une installation de remplissage d'un réservoir sous pression avec un gaz.
Dans le domaine spatial, il est connu d'utiliser un réservoir rempli de xénon pour la propulsion plasmigue des satellites, un tel réservoir devant être rempli, pour des raisons de sécurité, juste avant le lancement du satellite. Ce réservoir est rempli à une pression de l'ordre de 180 bars. L'installation permettant un tel remplissage, parfois dénommé "skid de remplissage", doit être légère et peu encombrante, car elle est transportée sur les pas de tir à proximité des lanceurs .
Pour remplir un réservoir de xénon à haute pression, il existe plusieurs procédés connus. On peut procéder au remplissage avec un compresseur mécanique, de préférence du type à membrane, pour éviter toute pollution. Les compresseurs à membranes sont très lourds et autorisent seulement de faibles débits αe gaz, de sorte que le remplissage d'un réservoir peut s'avérer très long. Il est également possible de procéder au remplissage avec un surpresseur hydropneumatique. Cependant, de tels surpresseurs présentent des risques de pollution du gaz, ce qui n'est pas admissible pour certaines applications envisagées, notamment dans le domaine spatial. Il pourrait être envisagé de remplir le réservoir en le trempant dans un bain d'azote liquide de façon a liquéfier le xénon. Cette méthode n'est pas adaptée pour les réservoirs en composite ou en acier brut, ni pour les réservoirs αéjà intégrés au sein d'une structure telle que, par exemple, un satellite. On peut également envisager de chauffer la bouteille mère contenant le gaz, mais cette méthode est applicable si le volume au réservoir à remplir est bien plus faible que celui de la bouteille mère.
L'invention vise à proposer un procédé et une installation de remplissage d'un réservoir sous pression qui obvie aux inconvénients précités des techniques connues et permet un remplissage fiable, pouvant être mis en oeuvre, sur un pas de tir de lanceurs, sans risque de polluer le xénon.
Dans cet esprit, l'invention concerne un procédé de remplissage de réservoir sous pression avec un gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- introduire une quantité dudit gaz dans un récipient intermédiaire ,
- liquéfier ladite quantité de gaz au fur et à mesure de son introduction dans ledit récipient intermédiaire, par échange thermique avec un fluide de réfrigération,
- réchauffer et vaporiser ladite quantité de gaz dans ledit récipient intermédiaire par contact thermique avec une source chaude, - mettre en communication fluidique ledit récipient intermédiaire et ledit réservoir lorsque la pression dans le récipient intermédiaire devient supérieure à la pression du réservoir.
Grâce à l'invention, le récipient intermédiaire sert de compresseur thermique, c'est-à-dire permet d'élever la pression du gaz par rapport à sa pression dans une source telle qu'une bouteille mère. Ce compresseur thermique est léger, performant par rapport aux autres solutions, et ne comprend pas de pièce en mouvement, ce qui est un gage de bonne fiabilité. Selon un premier aspect avantageux de l'invention, le procédé consiste également à chauffer la quantité de gaz dans le récipient intermédiaire, postérieurement à la mise en communication fluidique du récipient intermédiaire et du réservoir. Grâce à cet aspect de l'invention, lorsque la mise en communication du récipient intermédiaire et du réservoir a été effectuée, le maintien du chauffage conduit à un échauffe- ment de la quantité de gaz comprise dans le récipient intermédiaire, ce qui permet de décharger continûment vers le réservoir cette quantité de gaz qui est alors sous haute pression. Selon un autre aspect avantageux, le transfert de gaz du récipient intermédiaire vers le réservoir a lieu à pression sensiblement constante.
Le liquide de réfrigération utilisé avec le procédé de l'invention est avantageusement de l'azote liquide dont la production industrielle est bien maîtrisée.
L'invention concerne également une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention et, plus précisément, une installation qui comprend au moins un compresseur thermique formé d'un récipient intermédiaire disposé entre une source du gaz et le réservoir, ce compresseur thermique comportant des moyens de liquéfaction par refroidissement d'une quantité du gaz en cours d'introduction dans le récipient intermédiaire et des moyens de chauffage de cette quantité de gaz à l'intérieur du récipient intermédiaire.
Selon un premier aspect avantageux, les moyens de liquéfaction comprennent un tube de circulation d'un liquide de refroidissement tel que, notamment, de l'azote liquide. Ces moyens de liquéfaction sont connus en soi et relativement faciles à mettre en oeuvre.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les moyens de chauffage de la quantité de gaz comprise dans le récipient intermédiaire comprennent un élément électrique chauffant. L'utilisation d'un élément électrique chauffant permet un chauffage rapide de la quantité de gaz comprise dans le récipient intermédiaire, et donc une diminution substantielle du temps de cycle d'une opération de remplissage par rapport aux techniques connues . Selon un autre aspect avantageux, le tube de circulation et l'élément électrique chauffant sont placés à l'intérieur du récipient intermédiaire. Ainsi, seule une faible partie de l'épaisseur de la paroi du compresseur thermique voit sa température diminuer ou augmenter en fonction de celle du fluide qu'elle contient, de sorte que l'inertie thermique du compresseur en est diminuée.
Avantageusement, le récipient intermédiaire comprend une arrivée de gaz dans sa partie inférieure et un départ de gaz dans sa partie supérieure. Ceci permet un soutirage du gaz dans la partie du récipient intermédiaire dans laquelle la température du gaz est la plus élevée.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le récipient intermédiaire peut renfermer une coupelle de réception du gaz liquéfié, cette coupelle étant distante de la paroi interne du récipient. Grâce à cet aspect de l'invention, l'inertie thermique du compresseur est également diminuée.
L'invention concerne également une installation qui comprend deux compresseurs thermiques aptes à fonctionner en opposition, l'un travaillant à la liquéfaction d'une quantité de gaz alors que l'autre travaille à la vaporisation-compression d'une autre quantité de gaz. Ceci permet de réaliser les opérations de liquéfaction en temps masqué, et donc de diminuer la durée totale d'une opération de remplissage d'un réservoir. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une installation de remplissage d'un réservoir conforme à son principe et de son procédé de mise en oeuvre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma fluide de principe d'une installation de remplissage conforme à l'invention ; - la figure 2 est une coupe verticale d'un compresseur thermique utilisé dans l'installation de la figure 1.
A la figure 1, une bouteille mère 1 contient une quantité de xénon, par exemple 50 kg, sous une pression de l'ordre de 60 bars à 20°C. Le rôle de l'installation est de remplir un réservoir 2 en titane, en acier ou en carbone, destiné à être embarqué sur un satellite, à une pression comprise entre 80 et 300 bars environ, par exemple de l'ordre de 180 bars.
Pour ce faire, l'installation comprend un récipient intermédiaire 3 dont l'entrée 3a. est reliée, par une conduite 4 à travers une vanne 5, à la bouteille mère 1. De la même manière, une conduite 6 relie la sortie 3b du récipient intermédiaire 3 au réservoir 2 à travers une vanne 7. Le récipient 3 comprend une enceinte 3ç_ définissant un volume intérieur 3d de 1 ' échangeur 3, de l'ordre de quelques litres, par exemple 4 litres environ. Dans ce volume intérieur 3d est disposé un tube 10 à l'intérieur duquel circule de l'azote liquide en provenance d'une source 11 telle qu'une bonbonne d'azote liquide. Une vanne 12 est prévue pour la commande de l'alimentation du tube 10 à partir de la source 11. Un organe de collecte 13 est prévu pour recevoir l'azote liquide ou gazeux après qu'il a circulé dans le tube 10.
Un réchauffeur électrique, tel que par exemple une résistance chauffante 15, est également disposé à l'intérieur du volume 3d et relié à une source de potentiel 16 en étant commandé grâce à un interrupteur 17.
Comme il ressort plus clairement de la figure 2, le tube
10 est enroulé en forme de spirale avec un axe globalement vertical, alors que l'élément chauffant 15 est également enroulé en forme de spirale à l'intérieur du volume 3d_ autour du même axe .
Une coupelle 20 est disposée à l'intérieur du récipient intermédiaire 3 autour du tube 10 tout en étant maintenue à distance de la paroi interne de l'enceinte 3ç_ par des écarteurs 21. Cette coupelle 20 est destinée à recevoir le gaz liquéfié, de telle sorte que celui-ci est maintenu à distance de l'enceinte 3ç_, ce qui permet de réduire les échanges thermiques et donc l'inertie thermique du récipient 3. On note que l'arrivée 3a. du xénon est disposée dans la partie inférieure du récipient intermédiaire 3 , alors que la sortie 3b est disposée dans la partie supérieure.
Sur la figure 2, les flèches LN2 indiquent le sens de circulation de l'azote, les flèches Xe indiquent le sens de circulation du xénon et la flèche Qe indique la quantité d'électricité fournie à la résistance 15.
Le fonctionnement de l'installation résulte des explications qui précèdent. Lorsqu'on souhaite remplir le réservoir 2 à partir de la bonbonne 1 contenant du xénon, la vanne 7 étant fermée, on ouvre la vanne 5 pour mettre en communication la bouteille mère 1 et le récipient intermédiaire 3 , de telle sorte que le gaz est déchargé de la bouteille 1 vers le réservoir 3. Au f r et à mesure de 1 ' arrivée du gaz dans le réservoir 3 , celui-ci est liquéfié par contact avec le tube 10 dans lequel circule de l'azote liquide à environ -180°C. Le diamètre du tube 10 et la vitesse d'écoulement de l'azote liquide dans ce tube sont calculés pour que la consommation d'azote liquide ne soit pas trop importante et pour que l'azote sorte du récipient intermédiaire 3 à une température proche de la température de saturation du xénon, soit 165K à 1 bar. En pratique, le débit d'azote liquide dans le tube 10 est compris entre 2 et 20 g/s.
On obtient ainsi une quantité de xénon liquéfié recueilli dans la coupelle 20 à l'intérieur du récipient intermédiaire 3.
On ferme alors la vanne 5 et l'interrupteur 17, de telle sorte que la circulation du courant à l'intérieur de la résistance 15 résulte dans une élévation rapide de la tempéra- ture du xénon contenu dans le récipient 3. Ceci induit une vaporisation du gaz liquéfié, puis une compression de ce gaz à l'intérieur du récipient 3, cette compression permettant d'atteindre rapidement une pression de l'ordre de 180 bars. Le récipient intermédiaire 3 constitue donc un "compresseur thermique" permettant d'élever la pression d'un gaz et ne comportant pas de pièce en mouvement.
Lorsqu'une pression de l'ordre de 180 bars est atteinte, on ouvre la vanne 7 de façon à mettre en communication fluidique le récipient 3 et le réservoir 2. Le gaz se décharge alors dans le réservoir 2.
On maintient l'interrupteur 17 fermé, de telle sorte que le chauffage continue à l'intérieur du récipient intermédiaire 3, ce qui a tendance à faire augmenter la pression à l'intérieur du réservoir 3, le gaz étant alors progressivement évacué. Ainsi, la décharge du gaz du récipient intermédiaire 3 vers le réservoir 2 a lieu alors que la pression à l'intérieur du récipient intermédiaire est maintenue sensiblement constante, voire augmente légèrement.
Les essais conduits ont permis de montrer que, lors de la compression isochore de la quantité de gaz par chauffage dans le récipient 3, la température du xénon passe d'environ 210 K à environ 245 K. Le maintien du chauffage après l'ouverture de la vanne 7 permet d'augmenter la température du xénon vaporisé d'environ 245 K à environ 310 K. Un échangeur 22 a forte inertie thermique est disposé autour de la conduite 6. Cet échangeur, qui peut être formé d'un bloc d'aluminium, est apte à recevoir, en entrée, un gaz entre -30°C et 40°c et à délivrer, en sortie, un gaz à environ 5°C. Ceci permet d'alimenter le réservoir 2 à une température supérieure à 5°C et d'éviter tout risque de condensation dans ou sur la surface externe du réservoir 2.
En outre, le maintien du chauffage lorsque le récipient 3 est en communication avec le réservoir 2 conduit à la création d'un gradient de température relativement important à l'intérieur du compresseur thermique, le gaz le plus chaud ayant tendance à s'accumuler à proximité de l'orifice de sortie ou de départ 3b qui est situé en partie haute, ce qui facilite son transfert vers le réservoir 2.
Le compresseur thermique ou récipient intermédiaire 3 doit être capable de supporter des basses températures lorsque le gaz est liquéfié, mais également être dimensionné en fonction de la pression à laquelle doit être rempli le réservoir 2. L'épaisseur de l'enceinte 3ç_ est déterminée en fonction de ces critères. L'inertie thermique du compresseur doit être la plus faible possible pour ne pas pénaliser les performances du procédé et, en particulier, le temps de cycle.
Le volume du compresseur doit être suffisamment grand pour permettre d'y loger le tube 10 et l'élément chauffant 15, mais pas trop important de façon à limiter l'inertie thermique. Un volume de quelques litres, notamment de 4 à 6 litres, permet de remplir un réservoir de quelques centaines de litres en quelques dizaines de cycles. Dans ce cas, la paroi du compres- seur thermique 3 peut avoir une épaisseur de l'ordre de 10 mm environ, sa masse totale étant de l'ordre de 30 kg environ.
Avantageusement, le compresseur est équipé d'un capteur de pression et d'un capteur de température, qui ne sont pas représentés sur les figures, afin de vérifier le bon fonction- nement du dispositif. Dans un même but, le compresseur thermique 3 peut être installé sur une balance.
La puissance dissipée par l'élément chauffant 15 n'est pas nécessairement très importante dans la mesure où la quantité de fluide devant être chauffé pour chaque cycle est relativement faible. En pratique, un élément chauffant avec une puissance nominale de l'ordre de quelques kilowatts, par exemple entre 2 et 4 kW, est suffisant.
Par ailleurs, plusieurs compresseurs peuvent être utilisés en parallèle pour augmenter le débit total de l'installation. Notamment, on peut utiliser deux compresseurs thermiques fonctionnant en opposition, l'un travaillant à la liquéfaction d'une quantité de gaz alors que l'autre travaille à la vaporisation-compression d'une autre quantité de gaz. Selon une variante non représentée de l'invention, l'élément chauffant 15 pourrait être remplacé par un échangeur à eau ou tout autre fluide à forte capacité calorifique. Bien entendu, la disposition des entrées 3a. et 3b, de même que la disposition des entrée et sortie du tube 10 et des entrée et sortie de l'élément chauffant 15 pourrait être modifiée. De même, un système de réfrigération avec un fluide ayant une température de vaporisation proche de 200K pourrait être utilisé à la place du tube 10 contenant de l'azote liquide. L'invention a été présentée avec une installation de remplissage de réservoir avec du xénon. Il est bien entendu qu'elle est applicable avec d'autres gaz à température critique relativement élevée et, notamment, avec du krypton.
Un domaine d'application privilégié de l'invention est le remplissage au sol d'un réservoir de xénon devant avoir une pureté supérieure à 99,995, ce xénon étant utilisé pour la propulsion plasmique des satellites. On comprend que l'installation de l'invention peut constituer un ensemble léger et compact pouvant être aisément déplacé sur les pas de tir de ces satellites.
L'invention peut également être utilisée dans des installation de récupération de xénon ou de krypton, par exemple dans l'industrie des lampes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de remplissage d'un réservoir sous pression avec un gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- introduire une quantité dudit gaz dans un récipient intermédiaire (3),
- liquéfier ladite quantité de gaz, au fur et à mesure de son introduction dans ledit récipient intermédiaire, par échange thermique (10) avec un fluide de réfrigération,
- réchauffer et vaporiser ladite quantité de gaz dans ledit récipient intermédiaire par contact thermique avec une source chaude (15),
- mettre en communication fluidique ledit récipient intermédiaire et ledit réservoir (2) lorsque la pression dans ledit récipient intermédiaire devient supérieure à la pression dudit réservoir.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste également à chauffer (15) ladite quantité de gaz dans ledit récipient intermédiaire postérieurement à la mise en communication fluidique dudit récipient intermédiaire (3) et dudit réservoir (2) .
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transfert de gaz dudit récipient intermédiaire (3) vers ledit réservoir (2) a lieu à pression sensiblement constante.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit liquide de réfrigération est de l'azote liquide.
5. Installation de remplissage d'un réservoir sous pression avec un gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un compresseur thermique formé d'un récipient intermédiaire (3) disposé entre une source (1) dudit gaz et ledit réservoir (2), ledit compresseur thermique comportant des moyens (10) de liquéfaction par refroidissement d'une quantité dudit gaz en cours d'introduction dans ledit récipient intermédiaire et des moyens de chauffage (15) de ladite quantité de gaz à l'intérieur dudit récipient intermédiaire.
6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de liquéfaction de ladite quantité de gaz comprennent un tube (10) de circulation d'un fluide de refroidissement tel que, notamment, de l'azote liquide.
7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractéri- sée en ce que lesdits moyens de chauffage de ladite quantité de gaz comprennent un élément électrique chauffant (15).
8. Installation selon les revendication 6 et 7 , caractérisée en ce que ledit tube de circulation (10) et ledit élément électrique chauffant (15) sont placés à l'intérieur dudit récipient intermédiaire.
9. Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ledit récipient intermédiaire (3) comprend une arrivée de gaz (3a.) dans sa partie inférieure et un départ de gaz (3b) dans sa partie supérieure. 10. Installation selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que ledit récipient intermédiaire renferme une coupelle (20) de réception du gaz liquéfié, ladite coupelle étant distante de la paroi interne dudit récipient (3) .
11. Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend deux compresseurs thermiques aptes à fonctionner en opposition, l'un travaillant à la liquéfaction d'une quantité de gaz alors que l'autre travaille à la vaporisation-compression d'une autre quantité de gaz.
REVENDICATIONS MODIFIEES
[reçues par le Bureau international le 19 août 1998 (19.08.98); revendications 1-11 remplacées par les revendications 1-12 modifiées (2 pages)]
1. Procédé de remplissage d'un réservoir sous pression avec un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- introduire une quantité dudit gaz dans un récipient intermédiaire (3),
5 _- liquéfier ladite quantité de gaz dans le récipient intermédiaire, par échange thermique (10) avec un fluide de réfrigération,
- réchauffer et vaporiser ladite quantité de gaz dans le récipient intermédiaire par apport thermique dans le récipient intermédiaire, puis
- mettre en communication fluidique le récipient intermédiaire et le 10 réservoir (2) lorsque la pression dans le récipient intermédiaire devient supérieure à la pression du réservoir.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'apport thermique dans le récipient intermédiaire est prolongé temporairement postérieurement à la mise en communication fluidique du récipient
15 intermédiaire (3) et du réservoir (2).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le transfert de gaz du récipient intermédiaire (3) vers le réservoir (2) a lieu à pression sensiblement constante.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 20 l'échange thermique s'effectue avec un flux d'azote liquide circulant dans le récipient intermédiaire (3).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz est le Xénon.
6. Installation de remplissage d'un réservoir sous pression avec un 25 gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un compresseur thermique formé d'un récipient intermédiaire (3) connectable sélectivement à une source (1 ) dudit gaz et au réservoir (2), le compresseur thermique comportant, dans une enceinte (3c), des moyens (10) de liquéfaction par refroidissement d'une quantité dudit gaz introduit dans le récipient intermédiaire, et des moyens de 30 chauffage (15) de la quantité de gaz à l'intérieur dudit récipient intermédiaire.
7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de liquéfaction comprennent un circuit (10) de circulation d'un fluide de refroidissement.
8. Installation selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les moyens de chauffage comprennent un élément électrique chauffant (15).
9. Installation selon les revendication 7 et 8, caractérisée en ce que le circuit de circulation (10) et l'élément électrique chauffant (15) sont disposés concentriquement dans le récipient intermédiaire.
10. Installation selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le récipient intermédiaire (3) comprend, dans sa partie inférieure, un accès
(3a) de raccordement à une source dudit gaz (1 ) et dans sa partie supérieure un passage de raccordement au réservoir (3b).
11. Installation selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que le récipient intermédiaire renferme une coupelle (20) de réception du gaz liquéfié, ladite coupelle étant écartée de la paroi interne de l'enceinte (3c) dudit récipient (3).
12. Installation selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend deux compresseurs thermiques aptes à fonctionner en opposition, l'un travaillant à la liquéfaction d'une quantité de gaz alors que l'autre travaille à la vaporisation-compression d'une autre quantité de gaz.
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