INSTALLATION ET PROCÉDÉ DE PRODUCTION D'HÉLIUM LIQUIDE

Description

[0001] La présente invention concerne une installation et un procédé de production d'hélium, conformément aux préambules des revendications 1 et 7 respectivement et connus du document JP-A-2 056 213.

[0002] L'invention concerne plus particulièrement une installation de production d'hélium liquide comportant un dispositif de réfrigération/liquéfaction, le dispositif de réfrigération/liquéfaction comprenant un circuit de travail soumettant un fluide de travail enrichi en hélium à un cycle thermodynamique pour produire de l'hélium liquide, le circuit comprenant au moins un organe de compression du fluide de travail et plusieurs échangeurs de chaleur pour refroidir/réchauffer le fluide à des niveaux de température déterminés au cours du cycle, l'installation comprenant plusieurs conduites de récupération de fluide ayant des extrémités amont respectives destinées à être raccordées sélectivement à des réservoirs respectifs pour transférer du fluide des réservoirs vers le dispositif de réfrigération/liquéfaction, l'installation comprenant une première conduite collectrice ayant une extrémité amont reliée aux conduites de récupération et une extrémité aval reliée à un organe récepteur susceptible d'alimenter le circuit de travail en fluide de travail.

[0003] L'invention concerne notamment la production et la distribution d'hélium liquide. L'hélium, gaz noble, s'obtient généralement à partir de gaz naturel dans des installations où le gaz naturel est purifié (enrichi en hélium) puis liquéfié dans un dispositif réfrigérateur et/ou liquéfacteur.

[0004] La distribution d'hélium nécessite généralement un refroidissement de l'hélium à une température inférieure à 4,5 K (état liquide), puis son transport et sa distribution dans des réservoirs mobiles, par exemple sur des semi-remorques. Ces réservoirs, qui peuvent être isolés à l'azote, doivent généralement être maintenus à une température ne dépassant pas 50 a 60 K. Pour cette raison, il n'est pas recommandé de vider complètement ces réservoirs de leur hélium.

[0005] En pratique, après livraison, ces réservoirs « vidés » reviennent aux stations de remplissage à des températures de l'ordre de 150 K et plus. Ainsi, lorsque le réservoir revient après livraison du client et avant de le remplir avec de l'hélium, il faut le refroidir à 4,5 K car sinon l'hélium liquide introduit s'évaporerait.

[0006] Généralement, le contenu restant dans ces réservoirs est réinjecté dans l'installation de production d'hélium pour éviter des pertes de ce gaz coûteux.

[0007] Le refroidissement des réservoirs est réalisé habituellement dans les stations de remplissage en faisant circuler (en boucle) de l'hélium de la station à travers le réservoir à refroidir pour ainsi en abaisser la température.

[0008] Du fait des évaporations potentielles, il est parfois nécessaire de purifier ce gaz et de le re-liquéfier.

[0009] Cette récupération de gaz relativement chaud, sa purification éventuelle et sa liquéfaction nécessitent de grandes consommations énergétiques.

[0010] En outre, l'hélium gazeux éventuellement produit pendant le refroidissement peut dépasser la capacité des installations de liquéfaction d'hélium équipant l'installation.

[0011] Pour certains liquéfacteurs et/ou réfrigérateurs hélium, les retours de gaz « chauds » des réservoirs (c'est-à-dire à une température supérieure à la température de production nominale de liquide) sont renvoyés dans le réfrigérateur/liquéfacteur à différents niveaux dans le réfrigérateur/liquéfacteur. Par exemple, ces gaz chauds récupérés sont réinjectés à des endroits déterminés dans le circuit de travail du dispositif de réfrigération/liquéfaction entre les extrémités « froide » et «chaude », c'est-à-dire à des niveaux déterminés de températures de l'hélium dans le circuit de travail.

[0012] De plus, lorsque le fluide contenu dans les réservoirs présente un taux d'impuretés important il est nécessaire de le purifier au préalable dans système de récupération et d'épuration de l'installation.

[0013] Ainsi, le fluide des différents réservoirs est soit envoyé dans le système de récupération et d'épuration de l'installation (lorsqu'il présente des impuretés), soit est collecté dans un collecteur commun avant d'être injecté dans le circuit de travail du liquéfacteur/réfrigérateur (lorsque le fluide est relativement pur). Ce mélange de fluides purs collectés dans les différents réservoirs concernés est envoyé dans le circuit de travail à un niveau de pression/température correspondant au niveau de température du mélange de fluides.

[0014] Ces procédés connus nécessitent des consommations énergétiques importantes pour assurer la production d'hélium liquide tout en récupérant les fluides plus ou moins chauds provenant des réservoirs vides.

[0015] Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.

[0016] A cette fin, l'installation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que qu'elle comprend au moins une seconde et une troisième conduites collectrices ayant chacune une extrémité amont reliée aux conduites de récupération et une extrémité aval reliée au circuit de travail, les extrémités aval des seconde et troisième conduites collectrices étant raccordées à des positions distinctes déterminées du circuit de travail correspondants respectivement à des niveaux de température distincts du fluide de travail dans le circuit de travail.

[0017] De cette façon, en supprimant le mélange des fluides purs avant injection dans le circuit de travail du réfrigérateur/liquéfacteur, la demanderesse a constaté une augmentation significative de l'efficacité énergétique de l'installation.

[0018] En effet, les vapeurs qui reviennent des différents réservoirs ne sont pas forcement aux mêmes températures et leur mélange aboutit à une température moyenne. La récupération différenciée des vapeurs « propres » (pures) selon leur température permet d'utiliser au mieux l'énergie froide véhiculée par le fluide récupéré.

[0019] Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• au moins l'extrémité aval de l'une conduites collectrices comprend une dérivation de sorte que la conduite collectrice concernée est sélectivement raccordable à au moins deux positions distinctes déterminées du circuit de travail correspondant respectivement à des niveaux distincts de température du fluide de travail dans le circuit de travail,
• les conduites de récupération comportent chacune une extrémité amont raccordable à un réservoir et une pluralité d'extrémité aval reliées en parallèle à l'extrémité amont, lesdites extrémités aval étant raccordées respectivement aux différentes conduites collectrices, les extrémités aval des conduites de récupération étant munies de vannes respectives pour distribuer le fluide du réservoir sélectivement vers la ou les conduites collectrices,
• l'installation comporte une conduite d'alimentation en fluide de travail ayant une extrémité amont raccordée à au moins une source de fluide et une extrémité aval raccordée au circuit de travail, la conduite d'alimentation comportant au moins un organe de purification pour enrichir en hélium le fluide provenant de la ou des sources, pour alimenter le circuit avec un fluide de travail enrichi en hélium, l'organe récepteur étant disposé en amont de l'organe de purification et constituant une source de fluide,
• l'installation comporte une conduite de fourniture d'hélium liquide ayant une extrémité amont reliée au circuit de travail et au moins une extrémité aval reliée sélectivement à au moins un stockage destiné à alimenter en hélium liquide sélectivement au moins un réservoir,
• l'installation comporte un réservoir tampon raccordé sélectivement au circuit de travail pour stocker du fluide de travail, le réservoir tampon étant raccordé en outre à une conduite de purge sélectivement connectable à au moins un réservoir.

[0020] L'invention concerne également un procédé de production d'hélium liquide à partir d'une installation comportant un dispositif de réfrigération/liquéfaction, le dispositif de réfrigération/liquéfaction comprenant un circuit de travail soumettant un fluide de travail enrichi en hélium à un cycle thermodynamique pour produire de l'hélium liquide, le circuit comprenant au moins un organe de compression du fluide de travail et plusieurs échangeurs de chaleur pour refroidir/réchauffer le fluide à des niveaux de température déterminés au cours du cycle, l'installation comprenant plusieurs conduites de récupération ayant des extrémités amont respectives destinées à être raccordées sélectivement à des réservoirs respectifs pour transférer du fluide des réservoirs vers le circuit, le procédé comportant :

• une étape de raccordement de plusieurs réservoirs au niveau des extrémités amont de conduites de récupération respectives,
• une étape de transfert du fluide contenu dans les réservoirs vers de dispositif de réfrigération/liquéfaction, le procédé étant caractérisé en ce que :
  les fluides des différents réservoirs sont transférés indépendamment les uns des autres dans le circuit de travail à des niveaux de température respectifs déterminés en fonction des température respectives du fluide dans les réservoirs considérés.

[0021] Selon d'autres particularités possibles:

• l'installation comportant une conduite d'alimentation en fluide de travail ayant une extrémité amont raccordée à au moins une source de fluide et une extrémité aval raccordée au circuit de travail, la conduite d'alimentation comportant au moins un organe de purification pour enrichir en hélium le fluide provenant de la au moins une source et alimenter le circuit avec un fluide de travail enrichi en hélium, lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs présente une concentration d'impuretés supérieure à un seuil, le contenu des réservoirs concernés étant transféré à une source, en amont de l'organe de purification,
• lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs présente une concentration en hélium inférieure à un seuil, le contenu des réservoirs considérés est transféré à une source, en amont de l'organe de purification, et lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs présente une température supérieure à un premier seuil déterminé, le contenu des réservoirs considérés est transféré au niveau d'au moins une première position du circuit de travail correspondant à des premiers niveaux de température, lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs présente une température inférieure audit premier seuil déterminé, le contenu des réservoirs considérés étant transféré au niveau d'au moins une seconde position du circuit de travail correspondant à des seconds niveaux de température,
• l'étape de transfert du fluide contenu dans un réservoir (6) vers l'installation comprend au moins l'une parmi :
  • une étape de dépressurisation du réservoir par transfert du gaz sous pression contenu dans le réservoir vers l'installation,
  • une étape de refroidissement du contenu dudit réservoir par circulation d'hélium provenant du dispositif de réfrigération/liquéfaction vers le réservoir et puis retour de cet hélium vers le dispositif de réfrigération/liquéfaction,
  • une étape de remplissage du réservoir refroidi avec de l'hélium provenant du dispositif de réfrigération/liquéfaction.

[0022] D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d'une installation selon un exemple de réalisation de l'invention.

[0023] L'installation de production d'hélium liquide représentée à la figure comporte classiquement un dispositif de réfrigération/liquéfaction 1, c'est-à-dire un appareil susceptible de réfrigérer et/ou de liquéfier de l'hélium à très basse température, par exemple jusqu'à 4 à 5 K ou en dessous.

[0024] Le dispositif de réfrigération/liquéfaction 1 comprenant ainsi un circuit 2 de travail soumettant un fluide de travail enrichi en hélium à un cycle thermodynamique pour produire de l'hélium liquide. A cet effet, le circuit 2 de travail comprend au moins un organe 3 de compression du fluide de travail tel que des compresseurs et plusieurs échangeurs 4 de chaleur pour refroidir/réchauffer le fluide à des niveaux de température déterminés au cours du cycle.

[0025] Le circuit 2 de travail peut comprendre également classiquement un ou plusieurs organes de détente du fluide tel que des turbines (non représentées par soucis de simplification).

[0026] Le fluide de travail (généralement de l'hélium) subit ainsi un cycle dans le circuit de travail entre une extrémité chaude (compression) et une extrémité froide où il est liquéfié (par détente et refroidissement).

[0027] Pour récupérer le fluide restant dans les réservoirs 6 de retour de livraison, l'installation comprend plusieurs conduites 5 de récupération de fluide.

[0028] Chaque conduite 5 de récupération de fluide comporte une extrémité amont destinée à être raccordée sélectivement à un réservoir 6 mobile.

[0029] L'installation comprend également une première conduite 7 collectrice de fluide ayant une extrémité amont reliée aux conduites 5 de récupération et une extrémité aval reliée à un organe 8 récepteur susceptible de stocker du gaz en vue d'alimenter le circuit 2 de travail en fluide de travail.

[0030] L'installation comprend une seconde conduite collectrice 9 et une troisième conduite collectrice 10 ayant chacune une extrémité amont reliée aux conduites 5 de récupération.

[0031] L'extrémité aval de la seconde conduite collectrice 9 est raccordée à une position déterminée du circuit 2 de travail correspondant respectivement à un premier niveau de température déterminé du fluide de travail dans le circuit 2 de travail.

[0032] L'extrémité aval de la troisième conduite collectrice 10 est raccordée à une position déterminée du circuit 2 de travail correspondant respectivement à un second niveau de température déterminé du fluide de travail dans le circuit 2 de travail.

[0033] Par exemple, l'extrémité aval de la troisième conduite collectrice 10 est raccordée au circuit 2 de travail à un endroit relativement plus chaud du circuit 2 de travail que l'extrémité aval de la seconde conduite collectrice 9.

[0034] C'est-à-dire que les seconde 9 et troisième conduites collectrices 10 sont raccordées fluidiquement à des endroits distincts du cycle de travail, c'est-à-dire à des endroits du circuit 2 travail où le fluide de travail présente des conditions thermodynamiques différentes, notamment en terme de température.

[0035] Le contenu de chaque réservoir 6 peut être raccordé sélectivement soit à l'organe 8 récepteur, soit à la seconde 9 conduite collectrice soit à la troisième conduites collectrices 10.

[0036] Ainsi, le contenu de chaque réservoir 6 peut être raccordé, indépendamment des autres réservoirs 6, à des niveaux distincts du circuit 2 de travail et en particulier à un niveau de température de cycle adapté à la température du fluide du réservoir 6. C'est-à-dire que lorsque le fluide du réservoir 6 est plus ou moins « chaud », il est réinjecté à des niveaux plus ou moins chaud du circuit 2 de travail pour perturber le moins possible le rendement dudit circuit 2 de travail.

[0037] Comme représenté, l'extrémité aval des seconde et troisième conduites collectrices 9, 10 peuvent comporter des dérivations 110, 109 de sorte que chaque conduite collectrice 9, 10 concernée est sélectivement raccordable à plusieurs positions distinctes déterminées du circuit 2 de travail. De cette façon, l'installation permet de multiplier les possibilités d'injection dans le circuit 2 de travail (et donc multiplier les niveaux de température du cycle). A cet effet, les seconde et troisième conduites collectrices 9, 10 peuvent comporter des vannes 20 de distribution respectives.

[0038] De même, les conduites 5 de récupération comportent chacune une extrémité amont raccordable à un réservoir 6 et une pluralité d'extrémités aval reliées en parallèle à l'extrémité amont. Les extrémités aval de chaque conduite 5 de récupération sont raccordées respectivement aux différentes conduites collectrices 7, 9, 10 par exemple via des vannes 11 respectives.

[0039] Comme représenté, le circuit 2 de travail peut être alimenté avec un fluide de travail enrichi en hélium via une conduite 13 d'alimentation en fluide de travail ayant une extrémité amont raccordée à au moins une source 8, 14 de fluide et une extrémité aval raccordée au circuit 2 de travail. En aval des sources 8, 14, la conduite 13 d'alimentation peut comporter au moins un organe 12 de purification pour enrichir en hélium le fluide provenant de la ou des sources 8, 14. Une source 14 peut comprendre, par exemple, une alimentation en gaz naturel traité. Une autre source 8 peut par exemple stocker le gaz impur récupéré des réservoirs 6 via la première conduite 7 collectrice. Le gaz provenant du l'une ou des deux sources 8, 14 peut être comprimé (compresseurs 21) puis purifié dans l'organe 12 de purification (par exemple du type à adsorption) pour alimenter en hélium le circuit 2 de travail.

[0040] Pour assurer la purge préalable des réservoirs 6 avant leur refroidissement et remplissage, l'installation peut comporter un réservoir 17 tampon raccordé sélectivement au circuit 2 de travail pour stocker du fluide de travail provenant de la station de compression (extrémité chaude du circuit 2 de travail). Ce réservoir 17 tampon est relié à une conduite 117 de purge sélectivement connectable à au moins un réservoir 6 (sur la figure le premier réservoir de gauche étant en situation de purge).

[0041] Pour assurer le refroidissement et le remplissage des réservoirs 6 avec de l'hélium liquide froid (4 à 5 K par exemple), l'installation peut également comporter une conduite 16 de fourniture d'hélium liquide ayant une extrémité amont reliée à l'extrémité froide du circuit 2 de travail et au moins une extrémité aval reliée sélectivement à au moins un stockage 15. Les stockages 15 de liquide sont destinés à alimenter en hélium liquide le ou les réservoirs 6. Sur la figure, le troisième réservoir 6 (de gauche à droite) est représenté schématiquement en situation de refroidissement : une circulation d'hélium est réalisée d'un stockage 15 vers le réservoir 6 puis cet hélium est réinjecté dans le circuit de travail via la troisième conduites collectrices 10 (à un niveau de température relativement « chaud », cf. les flèches avec traits pleins).

[0042] Sur la figure, le quatrième réservoir 6 (de gauche à droite) est représenté schématiquement en situation de remplissage : une boucle de circulation d'hélium est réalisée du circuit 2 de travail vers le stockage 15 puis vers le réservoir 6 (cf. les flèches avec traits pleins). L'hélium excédentaire du réservoir 6 est réinjecté dans le circuit de travail via la seconde conduites collectrices 9 (à un niveau de température relativement « froid »).

[0043] Sur la figure, le second réservoir 6 (de gauche à droite) est représenté schématiquement en situation de transfert du gaz depuis le réservoir 6 vers la source 8 via la première conduite 7 collectrice (cf. les flèches avec traits pleins).

[0044] L'installation selon l'invention permet ainsi de relier les vapeurs contenues dans les réservoirs 6 « vides » sélectivement et indépendamment à trois conduites collectrices :

• la première 7 pour diriger les vapeurs impures et relativement chaudes en amont de l'organe 12 de purification,
• la seconde 9 pour diriger les vapeurs pures relativement froides dans une zone relativement froide du circuit 2 de travail en vue de la re-liquéfaction de ces vapeurs,
• la troisième 10 pour diriger les vapeurs pures relativement chaudes dans une zone relativement chaude du circuit 2 de travail en vue de la re-liquéfaction de ces vapeurs.

[0045] Cette répartition des vapeurs est réalisée en fonction de la nature et notamment de la température des vapeurs contenues dans chacun des réservoirs 6.

[0046] La demanderesse a constaté qu'en traitant indépendamment les divers contenus des réservoirs 6 (sans mélange entre les contenus de réservoirs 6 à des températures distinctes avant injection dans le circuit 2 de travail), permet d'optimiser les récupérations de frigories des vapeurs dans le dispositif de réfrigération/liquéfaction. Ceci améliore l'efficacité de ce dernier et notamment son rendement au regard de sa consommation énergétique.

[0047] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit ci-dessus. Ainsi, par exemple, le nombre conduites 5 de récupération pouvant être reliées à des réservoirs 6 n'est pas limité à quatre mais peut être inférieur ou supérieur à quatre.

[0048] De même, le nombre de conduites collectrices peut être supérieur au nombre de conduites 7, 9, 10 décrit ci-dessus.

[0049] Dans une alternative non couverte par la présente invention, le nombre de conduites collectrices peut être inférieur au nombre de conduites 7, 9, 10 décrit ci-dessus. De même, dans une alternative non couverte par la présente invention, les vapeurs récupérés des réservoirs peuvent provenir d'applications stationnaires qui utilisent de l'hélium liquide pour un refroidissement (par exemple pour le refroidissement de câbles supraconducteurs). Dans ce cas, un ou des réservoirs 6 mobiles de la figure sont remplacés par une liaison fluidique qui ramène de l'hélium ayant échangé thermiquement avec une application à refroidir.

Revendications

1. Installation de production d'hélium liquide comportant un dispositif de réfrigération/liquéfaction (1), le dispositif de réfrigération/liquéfaction (1) comprenant un circuit (2) de travail soumettant un fluide de travail enrichi en hélium à un cycle thermodynamique pour produire de l'hélium liquide, le circuit (2) comprenant au moins un organe (3) de compression du fluide de travail et plusieurs échangeurs (4) de chaleur pour refroidir/réchauffer le fluide à des niveaux de température déterminés au cours du cycle, l'installation comprenant plusieurs conduites (5) de récupération de fluide ayant des extrémités amont respectives sélectivement raccordables à des réservoirs (6) respectifs mobiles, notamment sur des semi-remorques, pour transférer du fluide des réservoirs (6) vers le dispositif de réfrigération/liquéfaction (1) de sorte que le circuit (2) de travail est du type ouvert et accueille sélectivement du fluide extérieur au circuit au niveau des conduites (5) de récupération, l'installation comprenant un organe (8) récepteur susceptible d'alimenter le circuit (2) de travail en fluide de travail et 2. une première conduite (7) collectrice ayant une extrémité amont reliée aux conduites (5) de récupération et une extrémité aval reliée à l'organe (8) récepteur l'installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une seconde (9) et une troisième (10) conduites collectrices ayant chacune une extrémité amont reliée aux conduites (5) de récupération et une extrémité aval reliée au circuit (2) de travail, les extrémités aval des seconde (9) et troisième (10) conduites collectrices étant raccordées à des positions distinctes déterminées du circuit (2) de travail correspondants respectivement à des niveaux de température distincts du fluide de travail dans le circuit (2) de travail.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins l'extrémité aval de l'une conduites collectrices (9, 10) comprend une dérivation (110, 109) de sorte que la conduite collectrice (9, 10) concernée est sélectivement raccordable à au moins deux positions distinctes déterminées du circuit (2) de travail correspondant respectivement à des niveaux distincts de température du fluide de travail dans le circuit (2) de travail.

3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les conduites (5) de récupération comportent chacune une pluralité d'extrémité aval reliées en parallèle à l'extrémité amont, lesdites extrémités aval étant raccordées respectivement aux différentes conduites collectrices (7, 9, 10), les extrémités aval des conduites (5) de récupération étant munies de vannes (11) respectives pour distribuer le fluide du réservoir (6) sélectivement vers la ou les conduites collectrices (7, 9, 10).

4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une source de fluide (8,14) et une conduite (13) d'alimentation en fluide de travail ayant une extrémité amont raccordée à l' au moins une source (8, 14) de fluide et une extrémité aval raccordée au circuit (2) de travail, la conduite (13) d'alimentation comportant au moins un organe (12) de purification pour enrichir en hélium le fluide provenant de la ou des sources (8, 14), pour alimenter le circuit (2) avec un fluide de travail enrichi en hélium, l'organe (8) récepteur étant disposé en amont de l'organe (12) de purification et constituant une source de fluide.

5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un stockage (15) destiné à alimenter en hélium liquide sélectivement au moins un réservoir (6) et une conduite (16) de fourniture d'hélium liquide ayant une extrémité amont reliée au circuit (2) de travail et au moins une extrémité aval reliée sélectivement à l' au moins un stockage (15)

6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un réservoir (17) tampon raccordé sélectivement au circuit (2) de travail pour stocker du fluide de travail, le réservoir (17) tampon étant raccordé en outre à une conduite (117) de purge sélectivement connectable à au moins un réservoir (6).

7. Procédé de production d'hélium liquide à partir d'une installation comportant un dispositif de réfrigération/liquéfaction (1), le dispositif de réfrigération/liquéfaction (1) comprenant un circuit (2) de travail soumettant un fluide de travail enrichi en hélium à un cycle thermodynamique pour produire de l'hélium liquide, le circuit (2) comprenant au moins un organe (3) de compression du fluide de travail et plusieurs échangeurs (4) de chaleur pour refroidir/réchauffer le fluide à des niveaux de température déterminés au cours du cycle, l'installation comprenant plusieurs conduites (5) de récupération ayant des extrémités amont respectives sélectivement raccordables à des réservoirs (6) respectifs mobiles, notamment sur des semi-remorques, pour transférer du fluide des réservoirs (6) vers le circuit (2) de sorte que le circuit (2) de travail est du type ouvert et accueille sélectivement du fluide extérieur au circuit au niveau des conduites (5) de récupération, le procédé comportant :

- une étape de raccordement de plusieurs réservoirs (6) au niveau des extrémités amont de conduites (5) de récupération respectives,

- une étape de transfert du fluide contenu dans les réservoirs (6) vers de dispositif de réfrigération/liquéfaction, le procédé étant caractérisé en ce que :

- les fluides des différents réservoirs (6) sont transférés indépendamment les uns des autres dans le circuit (2) de travail à des niveaux de température respectifs déterminés en fonction des température respectives du fluide dans les réservoirs (6) considérés.

8. Procédé selon la revendication 7, l'installation comportant une conduite (13) d'alimentation en fluide de travail ayant une extrémité amont raccordée à au moins une source (8, 14) de fluide et une extrémité aval raccordée au circuit (2) de travail, la conduite (13) d'alimentation comportant au moins un organe (12) de purification pour enrichir en hélium le fluide provenant de la au moins une source (8, 14) et alimenter le circuit (2) avec un fluide de travail enrichi en hélium, le procédé étant caractérisé en ce que, lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs (6) présente une concentration d'impuretés supérieure à un seuil, le contenu des réservoirs (6) concernés est transféré à une source (8), en amont de l'organe (12) de purification.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs (6) présente une concentration en hélium inférieure à un seuil, le contenu des réservoirs (6) considérés est transféré à une source (8), en amont de l'organe (12) de purification, et lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs (6) présente une température supérieure à un premier seuil déterminé, le contenu des réservoirs (6) considérés est transféré au niveau d'au moins une première position du circuit (2) de travail correspondant à des premiers niveaux de température, et en ce que lorsque le fluide d'un ou plusieurs réservoirs (6) présente une température inférieure audit premier seuil déterminé, le contenu des réservoirs (6) considérés est transféré au niveau d'au moins une seconde position du circuit (2) de travail correspondant à des seconds niveaux de température.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'étape de transfert du fluide contenu dans un réservoir (6) vers l'installation comprend au moins l'une parmi :

- une étape de dépressurisation du réservoir (6) par transfert du gaz sous pression contenu dans le réservoir (6) vers l'installation,

- une étape de refroidissement du contenu dudit réservoir (6) par circulation d'hélium provenant du dispositif de réfrigération/liquéfaction (1) vers le réservoir (6) et puis retour de cet hélium vers le dispositif de réfrigération/liquéfaction (1)

- une étape de remplissage du réservoir (6) refroidi avec de l'hélium provenant du dispositif de réfrigération/liquéfaction (1).

Ansprüche

1. Anlage zur Erzeugung von flüssigem Helium, umfassend eine Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1), wobei die Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1) einen Arbeitskreislauf (2) umfasst, der ein Arbeitsfluid, angereichert mit Helium, einem thermodynamischen Zyklus unterzieht, um flüssiges Helium zu erzeugen, wobei der Kreislauf (2) mindestens ein Organ (3) zur Verdichtung des Arbeitsfluids und mehrere Wärmeaustauscher (4) umfasst, um das Fluid auf Temperaturniveaus abzukühlen/zu erwärmen, die im Laufe des Zyklus festgesetzt werden, wobei die Anlage mehrere Leitungen (5) zur Wiedergewinnung von Fluid umfasst, die entsprechende stromaufwärtige Enden aufweisen, die selektiv an jeweilige mobile Behälter (6), insbesondere auf Aufliegern, angeschlossen werden können, um Fluid von den Behältern (6) hin zur Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1) zu übertragen, so dass der Arbeitskreislauf (2) vom offenen Typ ist und selektiv Fluid von außerhalb des Kreislaufs im Bereich der Leitungen zur Wiedergewinnung (5) aufnimmt, wobei die Anlage ein Empfangsorgan (8) umfasst, das den Arbeitskreislauf (2) mit Arbeitsfluid versorgen kann, und wobei eine erste Sammelleitung (7) ein stromaufwärtiges Ende aufweist, das mit den Leitungen zur Wiedergewinnung (5) verbunden ist, und ein stromabwärtiges Ende, das mit dem Empfangsorgan (8) verbunden ist, wobei die Anlage dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens eine zweite (9) und eine dritte (10) Sammelleitung umfasst, die jeweils ein stromaufwärtiges Ende, das mit den Leitungen zur Wiedergewinnung (5) verbunden ist, und ein stromabwärtiges Ende aufweisen, das mit dem Arbeitskreislauf (2) verbunden ist, wobei die stromabwärtigen Enden der zweiten (9) und dritten (10) Sammelleitung an verschiedene bestimmte Positionen des Arbeitskreislaufs (2) angeschlossen sind, die jeweils verschiedenen Temperaturniveaus des Arbeitsfluids im Arbeitskreislauf (2) entsprechen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das stromabwärtige Ende einer der Sammelleitungen (9, 10) eine Abzweigung (110, 109) umfasst, so dass die betreffende Sammelleitung (9, 10) selektiv an mindestens zwei verschiedene bestimmte Positionen des Arbeitskreislaufs (2) angeschlossen werden kann, die jeweils verschiedenen Temperaturniveaus des Arbeitsfluids im Arbeitskreislauf (2) entsprechen.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen zur Wiedergewinnung (5) jeweils eine Vielzahl von stromabwärtigen Enden umfassen, die parallel mit dem stromaufwärtigen Ende verbunden sind, wobei die stromabwärtigen Enden jeweils an verschiedene Sammelleitungen (7, 9, 10) angeschlossen sind, wobei die stromabwärtigen Enden der Leitungen zur Wiedergewinnung (5) mit jeweiligen Ventilen (11) ausgestattet sind, um das Fluid des Behälters (6) selektiv hin zu der oder den Sammelleitung(en) (7, 9, 10) zu verteilen.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Fluidquelle (8, 14) und eine Leitung (13) zur Versorgung mit Arbeitsfluid umfasst, die ein stromaufwärtiges Ende aufweist, das an die mindestens eine Fluidquelle (8, 14) angeschlossen ist, und ein stromabwärtiges Ende, das an den Arbeitskreislauf (2) angeschlossen ist, wobei die Leitung (13) zur Versorgung mindestens ein Organ (12) zur Reinigung umfasst, um das Fluid, das von der oder den Quellen (8, 14) stammt, mit Helium anzureichern, um den Kreislauf (2) mit einem Arbeitsfluid, angereichert mit Helium, zu versorgen, wobei das Empfangsorgan (8) stromaufwärts vom Organ (12) zur Reinigung angeordnet ist, und eine Fluidquelle darstellt.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Speicher (15) umfasst, der dazu bestimmt ist, um mit flüssigem Helium selektiv mindestens einen Behälter (6) und eine Leitung (16) zur Lieferung von flüssigem Helium zu versorgen, die ein stromaufwärtiges Ende aufweist, das mit dem Arbeitskreislauf (2) verbunden ist, und mindestens ein stromabwärtiges Ende, das selektiv mit dem mindestens einem Speicher (15) verbunden ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Pufferbehälter (17) umfasst, der selektiv an den Arbeitskreislauf (2) angeschlossen ist, um Arbeitsfluid zu speichern, wobei der Pufferbehälter (17) weiter an eine Entlüftungsleitung (117) angeschlossen ist, die selektiv mit mindestens einem Behälter (6) verbunden werden kann.

7. Verfahren zur Erzeugung von flüssigem Helium ausgehend von einer Anlage, die eine Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1) umfasst, wobei die Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1) einen Arbeitskreislauf (2) umfasst, der ein Arbeitsfluid, angereichert mit Helium, einem thermodynamischen Zyklus unterzieht, um flüssiges Helium herzustellen, wobei der Kreislauf (2) mindestens ein Organ (3) zur Verdichtung des Arbeitsfluids und mehrere Wärmeaustauscher (4) umfasst, um das Fluid auf Temperaturniveaus abzukühlen/zu erwärmen, die im Laufe des Zyklus bestimmt werden, wobei die Anlage mehrere Leitungen zur Wiedergewinnung (5) umfasst, die jeweilige stromaufwärtige Enden aufweisen, die selektiv an jeweilige mobile Behälter (6) angeschlossen werden können, insbesondere auf Aufliegern, um Fluid von den Behältern (6) hin zum Kreislauf (2) zu übertragen, so dass der Arbeitskreislauf (2) vom offenen Typ ist und selektiv Fluid von außerhalb des Kreislaufs im Bereich der Leitungen zur Wiedergewinnung (5) aufnimmt, wobei das Verfahren umfasst:

- einen Schritt des Anschließens von mehreren Behältern (6) im Bereich der stromaufwärtigen Enden von entsprechenden Leitungen zur Wiedergewinnung (5),

- einen Schritt des Übertragens des Fluids, das in den Behältern (6) enthalten ist, hin zur Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass:

- die Fluide der verschiedenen Behälter (6) unabhängig voneinander in den Arbeitskreislauf (2) bei jeweiligen Temperaturniveaus übertragen werden, die je nach den jeweiligen Temperaturen des Fluids in den betreffenden Behältern (6) bestimmt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Anlage eine Leitung (13) zur Versorgung mit Arbeitsfluid umfasst, die ein stromaufwärtiges Ende aufweist, das an mindestens eine Fluidquelle (8, 14) angeschlossen ist, und ein stromabwärtiges Ende, das an den Arbeitskreislauf (2) angeschlossen ist, wobei die Leitung (13) zur Versorgung mindestens ein Organ (12) zur Reinigung umfasst, um das Fluid, das von der mindestens einen Quelle (8, 14) stammt, mit Helium anzureichern und den Kreislauf (2) mit einem Arbeitsfluid, angereichert mit Helium, zu versorgen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn das Fluid eines oder mehrerer Behälter (6) eine Konzentration von Verunreinigungen aufweist, die größer als eine Schwelle ist, der Inhalt der betreffenden Behälter (6) an eine Quelle (8) stromaufwärts vom Organ (12) zur Reinigung übertragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Fluid eines oder mehrerer Behälter (6) eine Heliumkonzentration von weniger als einer Schwelle aufweist, der Inhalt der betreffenden Behälter (6) an eine Quelle (8) stromaufwärts vom Organ (12) zur Reinigung übertragen wird, und wenn das Fluid eines oder mehrerer Behälter (6) eine Temperatur aufweist, die höher als eine erste bestimmte Schwelle ist, der Inhalt der betreffenden Behälter (6) im Bereich mindestens einer ersten Position des Arbeitskreislaufs (2) übertragen wird, das ersten Temperaturniveaus entspricht, und dadurch, dass, wenn das Fluid eines oder mehrerer Behälter (6) eine Temperatur von weniger als der vorbestimmten ersten Schwelle aufweist, der Inhalt der betreffenden Behälter (6) im Bereich mindestens einer zweiten Position der Arbeitskreislaufs (2) übertragen wird, die zweiten Temperaturniveaus entspricht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Übertragens des Fluids, das in einem Behälter (6) enthalten ist, hin zur Anlage mindestens eines umfasst aus:

- einem Schritt des Druckentlastens des Behälters (6) durch Übertragen des Gases unter Druck, das im Behälter (6) enthalten ist, hin zur Anlage,

- einen Schritt des Abkühlens des Inhalts des Behälters (6) durch Zirkulieren von Helium, das aus der Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1) stammt, hin zum Behälter (6) und dann Rückführen dieses Heliums hin zur Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1)

- einen Schritt des Füllens des abgekühlten Behälters (6) mit Helium, das aus der Kühl-/Verflüssigungsvorrichtung (1) stammt.

Claims

1. Installation for the production of liquid helium comprising a refrigeration/liquefaction device (1), the refrigeration/liquefaction device (1) comprising a working circuit (2) subjecting a working fluid enriched with helium to a thermodynamic cycle to produce liquid helium, the circuit (2) comprising at least one compressor member (3) of the working fluid and several heat exchangers (4) to cool/reheat the fluid to determined temperature levels during the cycle, the installation comprising several fluid recovery pipes (5) having respective upstream ends selectively connectable to respective mobile tanks (6), in particular semi-trailers, to transfer the fluid from the tanks (6) to the refrigeration/liquefaction device (1) such that the working circuit (2) is of open type and selectively collects the fluid external to the circuit at the recovery pipes (5), the installation comprising one receptor member (8) capable of feeding the working circuit (2) with working fluid and a first collecting pipe (7) having an upstream end connected to the recovery pipes (5) and one downstream end connected to the receptor member (8), the installation being characterised in that it comprises at least one second (9) and one third (10) collecting pipe each having one upstream end connected to the recovery pipes (5) and one downstream end connected to the working circuit (2), the downstream ends of the second (9) and third (10) collecting pipes being connected to separate determined positions of the working circuit (2) corresponding respectively to the separate temperature levels of the working fluid in the working circuit (2).

2. Installation according to claim 1, characterised in that at least the downstream end of one of the collecting pipes (9, 10) comprises a bypass (110, 109) such that the collecting pipe (9, 10) concerned is selectively connectable to the at least two separate determined positions of the working circuit (2) corresponding respectively to the separate temperature levels of the working fluid in the working circuit (2).

3. Installation according to claim 1 or 2, characterised in that the recovery pipes (5) each comprise a plurality of downstream ends connected in parallel to the upstream end, said downstream ends being connected respectively to the different collecting pipes (7, 9, 10), the downstream ends of the recovery pipes (5) being equipped with respective valves (11) to distribute the fluid from the tank (6) selectively to the collecting pipes (7, 9, 10).

4. Installation according to any one of claims 1 to 3, characterised in that it comprises at least one source of fluid (8, 14) and one supply pipe (13) of working fluid having one upstream end connected to the at least one source (8, 14) of fluid and one downstream end connected to the working circuit (2), the supply pipe (13) comprising at least one purification member (12) to enrich with helium the fluid coming from the sources (8, 14), to supply the circuit (2) with a working fluid enriched with helium, the receptor member (8) being arranged upstream of the purification member (12) and constituting a source of fluid.

5. Installation according to any one of claims 1 to 4, characterised in that it comprises at least one storage (15) intended to supply selectively with liquid helium at least one tank (6) and one pipe (16) of liquid helium supply having one upstream end connected to the working circuit (2) and at least one downstream end selectively connected to the at least one storage (15).

6. Installation according to any one of claims 1 to 5, characterised in that it comprises a buffer tank (17) selectively connected to the working circuit (2) to store the working fluid, the buffer tank (17) being furthermore connected to a bleed pipe (117) selectively connectable to the at least one tank (6).

7. Method for producing liquid helium from an installation comprising a refrigeration/liquefaction device (1), the refrigeration/liquefaction device (1) comprising a working circuit (2) subjecting a working fluid enriched with helium to a thermodynamic cycle to produce liquid helium, the circuit (2) comprising at least one compressor member (3) of the working fluid and several heat exchangers (4) to cool/reheat the fluid to determined temperature levels during the cycle, the installation comprising several fluid recovery pipes (5) having respective upstream ends selectively connectable to respective mobile tanks (6), in particular semi-trailers, to transfer the fluid from the tanks (6) to the circuit (2) such that the working circuit (2) is of open type and selectively collects the fluid external to the circuit at the recovery pipes (5), the method comprising:

- a step of connecting several tanks (6) at the upstream ends of the respective recovery pipes (5),

- a step of transferring the fluid contained in the tanks (6) to the refrigeration/liquefaction device, the method being characterised in that:

- the fluids from the different tanks (6) are transferred independently from one another in the working circuit (2) at determined respective temperature levels according to the respective temperatures of the fluid in the tanks (6) in question.

8. Method according to claim 7, the installation comprising a supply pipe (13) of working fluid having an upstream end connected to at least one source of fluid (8, 14) and a downstream end connected to the working circuit (2), the supply pipe (13) comprising at least one purification member (12) to enrich the fluid coming from the at least one source (8, 14) with helium, and to provide the circuit (2) with a helium-enriched working fluid, the method being characterised in that, when the fluid of one or more tanks (6) has a concentration of impurities greater than a threshold, the content of the tanks (6) in question is transferred to a source (8), upstream from the purification member (12).

9. Method according to claim 8, characterised in that when the fluid of one or more tanks (6) has a helium concentration less than a threshold, the content of the tanks (6) in question is transferred to a source (8), upstream from the purification member (12), and when the fluid of one or more tanks (6) has a temperature greater than a first determined threshold, the content of the tanks (6) in question is transferred to the level of at least one first position of the working circuit (2) corresponding to first temperature levels, and in that when the fluid of one or more tanks (6) has a temperature less than said first determined threshold, the content of the tanks (6) in question is transferred to the level of at least one second position of the working circuit (2) corresponding to second temperature levels.

10. Method according to any one of claims 7 to 9, characterised in that the step of transferring the fluid contained in a tank (6) to the installation comprises at least one from among:

- a step of depressurising the tank (6) by transferring pressurised gas contained in the tank (6) to the installation,

- a step of cooling the content of said tank (6) by circulation of helium coming from the refrigeration/liquefaction device (1) to the tank (6) and then return this helium to the refrigeration/liquefaction device (1),

- a step of filling the cooled tank (6) with helium coming from the refrigeration/liquefaction device (1).

Dessins