[0001] Le présent brevet est relatif à un dispositif cryostatique destiné à être embarqué
à bord d'un véhicule susceptible de subir des accélérations importantes selon plusieurs
directions. De tels dispositifs se composent essentiellement d'un réservoir que l'on
emplit d'un liquide cryogénique, air liquide, azote liquide ou autre, préalablement
au départ du véhicule, tel qu'un avion sans pilote ou drône ; ledit réservoir, après
avoir subi les accélérations dues au départ et aux modifications de la trajectoire
dudit véhicule, doit contenir encore assez de liquide cryogénique pour lui permettre
d'être opérationnel pendant le temps prévu.
[0002] Les dispositifs cryostatiques connus se présentent sous la forme d'un réservoir à
double paroi avec orifice de remplissage à la partie supérieure. On conçoit aisément
que ce dispositif cryostatique simple placé, tel une bouteille, dans un véhicule se
vide par son orifice supérieur si le véhicule est soumis à une accélération verticale
importante, dite positive parce que de même sens que la pesanteur. On considère comme
importante une accélération supérieure à celle de la pesanteur.
[0003] Dans un premier temps, pour remédier à cet inconvénient, un tube plongeur, prolongeant
l'orifice de remplissage environ jusqu'au milieu du réservoir, a été utilisé pour
limiter le volume de liquide cryogénique éjecté par l'orifice de remplissage à chaque
accélération positive verticale importante. Toutefois ce perfectionnement ne donne
pas entière satisfaction, l'éjection de liquide cryogénique étant encore trop importante.
[0004] Pour pallier cet inconvénient, le dispositif cryostatique selon l'invention, qui
est un dispositif cryostatique comportant une paroi interne et une paroi externe réunies
en leurs parties supérieures par l'orifice de remplissage, le vide étant fait entre
les deux parois, est remarquable en ce que le réservoir de liquide cryogénique, qui
est délimité par la paroi interne, est divisé par une cloison séparative en deux réservoirs,
un réservoir primaire et un réservoir secondaire, en ce que le réservoir secondaire
entoure tout ou partie du réservoir primaire, en ce que l'orifice de remplissage aboutit
dans le réservoir secondaire et en ce que le réservoir primaire et le réservoir secondaire
communiquent par un orifice situé dans la cloison séparative à un niveau tel que le
volume du réservoir primaire sis au-dessous dudit orifice soit approximativement égal
au volume sis au-dessus de ce même orifice dans ce même réservoir.
[0005] Dans le cas où le réservoir primaire est de forme cylindrique ledit orifice de communication
est alors situé approximativement à mi-hauteur dudit réservoir primaire.
[0006] Toujours selon l'invention, le dispositif cryostatique comportera avec avantage un
ou plusieurs conduits capillaires dans la partie supérieure de la cloison séparative.
Lesdits conduits capillaires sont situés approximativement au-dessus de l'orifice
de communication, par exemple dans le cas d'un réservoir primaire cylindrique sur
la même génératrice ou sur des génératrices voisines. Ainsi le dispositif cryostatique
selon l'invention aura-t-il un moins bon comportement seulement pour les accélérations
de même direction que le déplacement du drône mais de sens contraire à ce déplacement
; or dans la pratique, ce type d'accélération se rencontre rarement.
[0007] Toujours selon l'invention l'orifice de communication entre le réservoir primaire
et le réservoir secondaire sera avantageusement protégé par un déflecteur sis à l'intérieur
dudit réservoir primaire.
[0008] Le principal avantage du dispositif cryostatique selon l'invention réside dans le
fait que le liquide cryogénique est conservé au maximum dans ledit dispositif cryostatique
malgré les accélérations auxquelles il est susceptible d'être soumis suivant différentes
directions. Des essais réalisés sur un dispositif cryostatique selon l'invention,
embarqué à bord d'un drône, ont montré qu'une quantité de liquide cryogénique équivalente
à la moitié de la contenance du réservoir primaire était conservée quels que soient
le nombre, l'intensité et la direction desdites accélérations, étant bien entendu
que les accélérations de même direction que le déplacement du drône et de sens contraire
sont statistiquement peu nombreuses au cours d'un vol.
[0009] Un autre avantage du dispositif cryostatique selon l'invention réside dans le fait
que le réservoir secondaire, qui entoure partiellement ou totalement le réservoir
primaire, a un rôle supplémentaire de refroidissement des parois du réservoir primaire,
ce qui diminue l'évaporation du liquide cryogénique au contact de celles-ci.
[0010] D'autres caractéristiques et d'autres avantages du dispositif cryostatique selon
l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, pour la compréhension
de laquelle on se reportera aux figures données en annexe.
[0011] Les figures 1 et 2 représentent deux exemples de réalisation du dispositif cryostatique
selon l'invention.
[0012] Les figures 3 et 4 représentent chacune une vue en coupe d'un dispositif cryostatique
selon l'invention muni de divers perfectionnements.
[0013] La figure 5 est une coupe orthogonale aux précédentes d'un dispositif cryostatique
muni d'un perfectionnement en facilitant la vidange.
[0014] Sur la figure 1, sont représentées, en 1, la paroi externe du dispositif cryostatique
selon l'invention et, en 2, la paroi interne de ce même dispositif. Entre ces deux
parois 1 et 2, selon la technique habituelle et connue, le vide a été fait en 3. Selon
l'invention une cloison séparative 4 partage le réservoir de liquide cryogénique délimité
par la paroi interne 2, en deux réservoirs, le réservoir primaire 5 et le réservoir
secondaire 6. Un orifice 7 percé dans la cloison 4 approximativement à mi-hauteur
du réservoir primaire 5 fait communiquer ledit réservoir primaire 5 avec le réservoir
secondaire 6 lui-même prolongé par l'orifice de remplissage 8.
[0015] Le dispositif représenté à titre d'exemple par la figure 1 est de forme cylindrique
et la figure 1 représente une coupe selon deux génératrices diamétralement opposées
de ce dispositif. Aucune relation n'est imposée entre la hauteur et le diamètre dudit
dispositif cryostatique. Lorsque ledit dispositif cryostatique est embarqué à bord
d'un drône, il est placé en position verticale, l'orifice de remplissage 8 étant à
sa partie supérieure, et l'orifice de communication 7 étant placé vers l'avant du
drône, le sens normal de déplacement dudit drône étant figuré par la flèche 9. L'orifice
de communication 7 doit rester petit par rapport à la hauteur du réservoir primaire
5, cet orifice de communication 7 est de section circulaire ou ovale.
[0016] Le diamètre de l'orifice de remplissage 8 a été ici limité pour réduire les pertes
par conduction. Sa position exacte peut être choisie en fonction des caractéristiques
des accélérations subies en utilisation et éventuellement de la résistance des matériaux
utilisés.
[0017] Bien entendu, ledit dispositif cryostatique selon l'invention peut comporter tous
les aménagements nécessaires à son utilisation et bien connus par ailleurs. Ainsi,
sur la paroi interne 2 et dans l'enceinte sous vide 3 peuvent être fixés divers éléments
10 devant être refroidis et dans la paroi externe 1 peuvent être inclus une zone 11
transparente à certains rayonnements et un élément 12 étanche au vide et porteur de
passages électriques 13.
[0018] A titre d'exemple, les parois 1 et 2 et la cloison 4 peuvent être réalisées en verrerie,
mais il est évident qu'une réalisation métallique, par exemple alliage cuivreux ou
acier inoxydable, ne sort pas du cadre de la présente invention. Dans le cas d'une
réalisation en verrerie on fera utilement, selon la technique connue, une métallisation
des parois pour diminuer les pertes thermiques par rayonnement.
[0019] La figure 2 est également une vue en coupe d'un dispositif cryostatique selon l'invention.
Dans ledit dispositif cryostatique représenté sur cette figure 2, pour des raisons
de commodité de réalisation technologique, la paroi interne 2 présente un décrochement
15 à la base duquel vient se fixer la cloison 4. Sur toutes les figures annexées à
la présente description les mêmes éléments des différentes réalisations du dispositif
selon l'invention sont repérés par les mêmes numéros.
[0020] La figure 3 met en évidence quelques perfectionnements du dispositif cryostatique
selon l'invention. Suivant les cas, lesdits perfectionnements peuvent être utilisés
indépendamment les uns des autres ou simultanément. Le premier desdits perfectionnements
consiste en un ou plusieurs conduits capillaires 16 reliant le réservoir primaire
5 au réservoir secondaire 6, lesdits trous capillaires 16 étant situés dans la partie
supérieure de la cloison séparative 4. Lesdits trous capillaires 16 ont pour but de
faciliter le remplissage du réservoir primaire 5, ils permettent notamment de procéder
à un remplissage presque total du réservoir primaire 5, tandis qu'en leur absence,
le niveau de remplissage est limité au droit de l'orifice de communication 7.
[0021] Un second perfectionnement du dispositif cryostatique selon l'invention réside dans
la fixation d'un déflecteur 17 à proximité de l'orifice de communication 7. Ce déflecteur
est situé à l'intérieur du réservoir primaire 5 et en dessous de l'orifice de communication
7. Lorsque le liquide cryogénique contenu dans la partie basse du réservoir primaire
5 est projeté sous l'influence d'une accélération vers la partie haute de ce même
réservoir, la présence du déflecteur 17 diminue fortement la quantité de liquide cryogénique
éjectée par l'orifice 7. On peut mettre également un second déflecteur 18 sis également
à l'intérieur du réservoir primaire 5, mais en dessus de l'orifice de communication
7.
[0022] Un troisième perfectionnement du dispositif cryostatique selon l'invention consiste
en un prolongement 19, à l'intérieur du réservoir secondaire 6, de l'orifice de remplissage
8. Ce prolongement 19 a pour but de retenir au maximum le liquide cryogénique qui
se trouve dans le réservoir secondaire 6, à l'intérieur du dispositif cr
yo-statique selon l'invention.
[0023] La figure 4 met en évidence deux autres perfectionnements pouvant être apportés au
dispositif cryostatique selon l'invention. Tout d'abord pour faciliter l'opération
de vidange du dispositif cryostatique, une certaine pente peut être donnée aux parois
du réservoir primaire en 20 et 21 pour faciliter l'écoulement volontaire du liquide
cryogénique ou d'un liquide de condensation indésirable. La figure 5 est une coupe
suivant A-A du dispositif cryostatique représenté sur la figure 4, cette figure 5
explicite la forme des pentes 20 et 21.
[0024] Il est à noter qu'il est inutile d'apporter à un même dispositif cryostatique le
perfectionnement concernant les pentes 20 et 21 et le perfectionnement concernant
le prolongement 19 de l'orifice de remplissage 8.
[0025] La figure 4 met en évidence un autre perfectionnement possible du dispositif cryostatique
selon l'invention. Ce perfectionnement réside dans le fait que la partie supérieure
de la cloison séparative 4 présente une légère concavité 22 orientée de telle sorte
qu'elle forme une cuvette sous l'orifice de remplissage 8, de telle sorte que, dès
le début du remplissage, une certaine quantité de liquide cryogénique s'amasse dans
ladite cuvette et améliore les conditions de mise en froid du dispositif cryostatique
selon l'invention.
[0026] Il est rappelé que les dispositifs cryostatiques, décrits ci-dessus et représentés
par les dessins, ne sont donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, l'utilisation
de volumes cylindriques n'a rien d'impératif et, en fonction de diverses exigences,
on peut fort bien utiliser des'volumes de sections carrées, rectangulaires, ovales
ou autres.
[0027] L'utilisation principale du dispositif cryostatique selon l'invention est évidemment
la conservation de liquide cryogénique à bord de véhicules soumis à de fortes accélérations.
[0028] Il est évident que ledit dispositif cryostatique peut également être adapté au transport
d'un liquide quelconque à bord d'un véhicule soumis à de fortes accélérations. Dans
ce dernier cas la paroi externe 1 dudit dispositif peut être supprimée.
1. Dispositif cryostatique comportant une paroi interne (2) et une paroi externe (1)
réunies en leurs parties supérieures par l'orifice de remplissage (8), le vide étant
fait entre les deux parois, caractérisé par le fait que le réservoir de liquide cryogénique,
qui est délimité par la paroi interne (2), est divisé par une cloison séparative (4)
en deux réservoirs, un réservoir primaire (5) et un réservoir secondaire (6), le réservoir
secondaire entourant tout ou partie du réservoir primaire, l'orifice de remplissage
(8) aboutissant dans le réservoir secondaire et le réservoir primaire et le réservoir
secondaire communiquant par un orifice (7) situé dans la cloison séparative à un niveau
tel que le volume du réservoir primaire sis au-dessous dudit orifice soit approximativement
égal au volume sis au-dessus de ce même orifice dans ce même réservoir.
2. Dispositif cryostatique selon la revendication 1 comportant un ou plusieurs conduits
capillaires (16) dans la partie supérieure de la cloison séparative (4), approximativement
au-dessus de l'orifice de communication (7) entre les réservoirs primaire et secondaire.
3. Dispositif cryostatique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'orifice
de communication (7) entre le réservoir primaire et le réservoir secondaire est protégé
par un déflecteur (17, 18) sis à l'intérieur dudit réservoir primaire.
4. Dispositif cryostatique selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 dans lequel l'orifice
de remplissage se prolonge à l'intérieur du réservoir secondaire.
5. Dispositif cryostatique selon la revendication 1 dans lequel la partie supérieure
de la cloison séparative présente une concavité (22) formant cuvette en dessous de
l'orifice de remplissage.
6. Dispositif cryostatique selon la revendication 1, dans lequel les parois du réservoir
primaire forment des pentes (20, 21) dirigées vers l'orifice de communication entre
les réservoirs primaire et secondaire.
1. Cryostatic device comprising an inner wall (2) and an outer wall (1) connected
at their upper parts by the filling orifice (8), a vacuum being made between the two
walls, characterized in that the tank of cryogenic liquid, which is defined by the
inner wall (2), is divided by a separating partition (4) into two tanks, a primary
tank (5) and a secondary tank (6), the secondary tank surrounding all or part of the
primary tank, the filling orifice (8) opening into secondary tank and the primary
tank and the secondary tank communicating via an orifice (7) located in the separating
partition at a level such that the volume of the primary tank located below said orifice
is approximately equal to the volume located above this same orifice in this same
tank.
2. Cryostatic device according to Claim 1, comprising one or more capillary conduits
(16) in the upper part of the separating partition (4), approximately above the communicating
orifice (7) between the primary and secondary tanks.
3. Cryostatic according to one of Claims 1 or 2, wherein the communicating orifice
(7) between the primary tank and the secondary tank is protected by a deflector (17,
18) located inside said primary tank.
4. Cryostatic device according to one of Claims 1, 2 or 3, wherein the filling orifice
extends inside the secondary tank.
5. Cryostatic device according to Claim 1, wherein the upper part of the separating
partition has a concavity (22) forming a dish below the filling orifice.
6. Cryostatic device according to Claim 1, wherein the walls of the primary tank are
designed to form inclinations (20, 21) directed towards the orifice communicating
between the primary and secondary tanks.
1. Kryostat, bestehend aus einer Innerwand (2) und einer Außenwand (1), die zwischen
sich einen Vakuumraum begrenzen und im Bereich ihrer Oberseiten unter Bildung einer
Füllöffnung (8) zusammengeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Innenwand
(2) begrenzte Speicherraum für die kryogene Flüssigkeit durch eine Trennwand (4) in
einen Primärspeicher (5) und einen Sekundärspeicher (6) unterteilt ist, der ganz oder
teilweise den Primärspeicher umgibt, daß die Füllöffnung (8) in den Sekundärspeicher
mündet, und daß der Primärspeicher und der Sekundärspeicher durch eine Öffnung (7)
miteinander in Verbindung stehen, die in der Trennwand (4) in einer solchen Höhe angebracht
ist, daß das unterhalb dieser Öffnung liegende Volumen des Primärspeichers etwa gleich
groß ist wie das oberhalb dieser Öffnung liegende Volumen des gleichen Speichers.
2. Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen oberhalb
der die Primär- und Sekundärspeicher verbindenden Öffnung (7) eine oder mehrere Kapillaröffnungen
(16) im Bereich der Oberseite der Trennwand (4) angebracht sind.
3. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung
(7) zwischen dem Primärspeicher und dem Sekundärspeicher durch eine in dem Primärspeicher
angeordnete Umlenkfläche (17, 18) geschützt ist.
4. Kryostat nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich
die Füllöffnung in den Sekundärspeicher ausdehnt.
5. Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Trennwand
unter Bildung einer unterhalb der Füllöffnung liegenden Schale konkav gewölbt ist.
6. Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände des Primärspeichers
Schrägflächen (20, 21) aufweisen, die in Richtung auf die Öffnung zwischen dem Primärspeicher
und dem Sekundärspeicher hin schräggestellt sind.