Dispositif cryostatique destiné à supporter des accélérations

Description

[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.

Revendications

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.

Claims

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.

Ansprüche

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.

Dessins