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Title:
ACTIVE THERMAL INSULATING DEVICE FOR GAS PIPING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/114021
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an active thermal insulating device for gas piping, at a high temperature and pressure, comprising an outer tube (1) inside of which an inner conduit (3) is placed that contains pressure balancing holes (4) permitting a portion of the gas to pass between the outer tube (1) and the inner conduit (3) in order to balance the pressure on both sides of the inner conduit (3). The invention is characterized in that a bundle of tubes (2) capable of conveying a cooling liquid and of cooling this portion of gas is placed between the outer tube (1) and the inner tube (3). The inventive device is used, in particular, for supplying simulated altitude test benches.

Inventors:
FOATA ANTOINE (FR)
Application Number:
PCT/FR2005/001253
Publication Date:
December 01, 2005
Filing Date:
May 19, 2005
Export Citation:
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Assignee:
FRANCE ETAT (FR)
FOATA ANTOINE (FR)
International Classes:
F16L9/19; F16L53/00; F16L53/70; F16L59/147; (IPC1-7): F16L9/19; F16L59/147
Foreign References:
US3301320A1967-01-31
US2468902A1949-05-03
FR1276867A1961-11-24
GB743504A1956-01-18
Attorney, Agent or Firm:
Bureau, Propriete Intellectuelle DE. LA. (16 bis avenue Prieur de la Côte d'Or, Arcueil Cedex, FR)
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Description:
DISPOSITIF DE CALORIFUGE ACTIF POUR TUYAUTERIE DE GAZ

La présente invention a pour objet un dispositif de calorifugeage actif pour tuyauteries de gaz, en particulier pour des tuyauteries d'air à haute température et forte pression. Ce type de tuyauterie est utilisé, notamment, pour l'alimentation de bancs d'essais d'altitude simulée. Ces bancs permettent de reproduire les conditions de vol pour tester des pièces d'aéronefs, notamment des moteurs. La mise en œuvre de ce type d'essais nécessite une alimentation en air à des températures de l'ordre de 8000C et à une pression pouvant atteindre 60 bars. Ces bancs d'essais sont généralement placés dans des caissons. La production et le chauffage du gaz d'alimentation sont indépendants du caisson, il est donc acheminé par des tuyauteries depuis les équipements de l'unité de production jusqu'au caisson, en passant par les équipements de l'unité de chauffage. Dans ces conditions de service extrêmes le transfert du gaz nécessite des tuyauteries calorifugées afin d'éviter les déperditions thermiques et de minimiser les contraintes thermiques sur le tube extérieur pour une résistance mécanique accrue. Le calorifuge permet également d'apporter une protection contre les risques de brûlure du personnel. Pour cela, la technique couramment utilisée dans l'industrie consiste à utiliser un tube à double paroi dont la paroi intérieure en métal est de faible épaisseur ; un isolant de type laine de roche ou fibre de céramique est placé entre le tube extérieur et la paroi intérieure. Cette dernière se trouve en équipression avec la pression du gaz véhiculé. Ce phénomène d'équipression est réalisé grâce à des trous d'équilibrage, qui sont, en réalité, des trous sur la paroi intérieure associés à des grilles, ces dernières ayant pour fonction d'éviter le passage d'isolant vers le circuit de gaz . Dans ce cadre, on connaît le brevet US2468902 qui décrit un dispositif de calorifugeage d'un conduit intérieur ayant des trous d'équilibrage, ce dispositif comportant un conduit intermédiaire possédant lui-même des trous d'équilibrage et un tube extérieur, un isolant, tel par exemple que de la laine de roche, étant inséré entre le conduit intermédiaire et le tube extérieur. Malgré le fait que la technique décrite précédemment soit simple et très répandue dans l'industrie, elle présente un certain nombre d'inconvénients, notamment le fait que 1 ' isolant a tendance à perdre de son efficacité au cours du temps du fait des hautes températures rencontrées. Il a tendance à se désagréger et à passer au travers des trous d'équilibrage et, à terme, pollue le réseau et détériore rapidement les différents équipements situés en aval. De plus, la condensation présente entre le tube externe et le conduit intermédiaire entraîne une modification chimique de certains isolants, qui ensuite n'assurent plus leur fonction. Ce dispositif présente également l'inconvénient de posséder une certaine inertie : il impose des temps de montée et de descente en pression et en température non négligeables, de façon à minimiser les contraintes appliquées sur le tube. En effet, en cas de variation brutale des conditions, le conduit interne a tendance à imploser. Pour résoudre une partie de ces problèmes, le brevet US3301320 décrit une tuyauterie pour contenir des gaz corrosifs, chauds et sous pression, comportant, en coupe et en partant de son axe de révolution, une couche tubulaire interne réfractaire et thermiquement isolante, un tube interne, un chemisage renfermant des tubes de refroidissement, une couche externe thermiquement isolante et un tube externe. Il est en outre indiqué, d'une part, qu'un gaz non corrosif est injecté dans le chemisage à une pression légèrement supérieure à celle du gaz corrosif et, d'autre part, que le tube interne peut comporter quelques petits trous pour éviter une surcharge excessive de ce tube en permettant une diffusion du gaz non corrosif entre ce tube et la couche tubulaire interne thermiquement isolante. Un tel dispositif présente plusieurs inconvénient. Ainsi, il nécessite l'utilisation d'un second gaz à une pression supérieure à celle du gaz situé dans la veine ce qui, d'une part, complique le dispositif et, d'autre part, soumet le tube externe à une pression supérieure à celui de la veine ce qui nécessite son surdimensionnement. De plus, une couche tubulaire interne réfractaire et thermiquement isolante a tendance à perdre de son efficacité au cours du temps du fait des hautes températures rencontrées et a tendance à se désagréger directement dans le gaz corrosif, ce qui pollue le réseau et détériore rapidement les différents équipements situés en aval. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un dispositif de calorifugeage actif pour tuyauterie de gaz, notamment d'air, stable dans le temps, et ne présentant plus aucun risque de pollution. Un autre but de l'invention est de présenter un dispositif possédant un conduit intérieur à faible inertie permettant des temps de montée et de descente en pression et en température immédiats. Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de calorifugeage actif pour tuyauterie de gaz comportant un tube extérieur dans lequel est logé un conduit intérieur comprenant des trous d'équilibrage aptes à permettre le passage d'une partie du dit gaz entre le tube extérieur et le conduit intérieur afin d'équilibrer la pression de part et d'autre du conduit intérieur, caractérisé en ce qu'un faisceau de tubes, aptes à véhiculer un liquide de refroidissement et à refroidir ladite partie du gaz, est placé entre le tube extérieur et le conduit intérieur. Selon une caractéristique particulière, les tubes sont reliés par des lames intérieures et extérieures, ces dernières permettent d'augmenter la surface d'échange thermique et d'apporter une meilleure rigidité du faisceau de tubes . Le liquide de refroidissement est, de préférence, de l'eau à une température inférieure à 50 degrés. Le gaz présent entre le faisceau de tubes et le conduit intérieur, en équipression avec celui circulant dans ce dernier, peut-être apte à isoler thermiquement le tube extérieur. Ainsi, selon une caractéristique particulière permettant d'accroître les performances du calorifugeage, la section de passage totale des tubes du faisceau est supérieure ou égale à la section totale de passage du gaz entre le conduit intérieur et le tube extérieur. De préférence, le conduit intérieur est composé d'un matériau réfléchissant. Le dispositif peut comporter un moyen de drainage apte à évacuer les condensats présents entre le tube extérieur et le conduit intérieur. De préférence, le moyen de drainage comporte une vanne quart de tour. Le tube extérieur et le conduit intérieur peuvent comporter des moyens de raccordement à un autre dispositif de calorifugeage ou à un équipement. Ce dispositif de calorifugeage actif pour tuyauterie de gaz présente l'avantage de supprimer l'utilisation d'isolants polluants pour le réseau. Un autre avantage réside dans la stabilité du calorifugeage dans le temps. Le dispositif présente également l'avantage de comporter un conduit intérieur à faible inertie thermique, ce qui engendre un meilleur rendement de l'installation. Un autre avantage lié à la faible inertie thermique du conduit intérieur est celui de permettre une simulation des conditions de vol transitoire, car elles sont associées à des variations brutales de pression et de température. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée, non limitative, ci-dessous. Cette description sera faite en regard des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente une vue éclatée du dispositif de calorifugeage actif ; - la figure 2 représente une coupe transversale du dispositif ; En référence aux figures 1 et 2, on voit un dispositif de calorifugeage actif pour tuyauterie de gaz. L'assemblage de plusieurs dispositifs de ce type permet de composer un réseau de tuyauteries calorifugées. Ce dispositif se compose d'un conduit intérieur 3 dont la paroi est de faible épaisseur et où circule un gaz à transférer. Il comporte une multitude de trous d'équilibrage 4 permettant de mettre l'espace entre le conduit intérieur 3 et un tube extérieur 1 à la même pression que le gaz à transférer. Le conduit intérieur 3 est constitué d'un matériau permettant de réfléchir une grande partie du flux de chaleur, comme l'aluminium ou le nickel, de façon à casser le transfert de chaleur par rayonnement. Un faisceau de tubes 2, reliés par des lames intérieures 8 et extérieures 9, est disposé autour du conduit intérieur 3. Il comporte des tubulures d'entrée et de sortie 7 destinées à l'alimentation et au refoulement du liquide de refroidissement, notamment de l'eau, qui permet l'évacuation de calories. L'ensemble composé par le conduit intérieur 3 et le faisceau de tubes 2 est logé dans le tube extérieur 1 qui comporte, à chaque extrémité, une bride de raccordement 6 destinée à l'assemblage de plusieurs dispositifs de calorifugeage selon l'invention ou à la connexion à un équipement, non représenté sur les figures. Dans cet exemple de réalisation, la section totale des tubes 2 du faisceau est supérieure ou égale à la section totale de passage du gaz entre le conduit intérieur et le tube extérieur. En d'autres termes, la somme des sections individuelles de passage 10 des tubes 2 est supérieure à la somme des sections libres 11 délimitées par deux tubes 2 adjacents, le tube extérieur 1 et le conduit intérieur 3. Ainsi les mouvements de convection du gaz situé entre le conduit interne et le tube extérieur sont minimisés alors que le refroidissement de cette partie du gaz est maximisé. Le tube extérieur 1 comporte un moyen de drainage 5 composé d'un tube de petit diamètre et d'une vanne quart de tour. Le principe du calorifugeage selon cet exemple de réalisation est le suivant : le gaz à transférer sort d'une unité de chauffage (non représentée) à une température de l'ordre de 8000C et à une pression d'environ 60 bars. Il circule dans le conduit intérieur 3 et une partie de ce gaz passe par les trous d'équilibrage 4 et se propage dans l'espace entre le faisceau de tubes 2, le tube extérieur 1 et le conduit intérieur 3, mettant ainsi cet espace et l'intérieur du conduit intérieur 3 en équipression. Le gaz est refroidi au contact du faisceau de tubes 2 remplis d'eau de refroidissement à 45°. Le circuit de refroidissement est alimenté en permanence de façon à maintenir et contrôler la température de l'eau circulant dans le faisceau. Ainsi, on obtient une température de la paroi du tube extérieur 1 proche de la température du liquide de refroidissement lorsque du gaz à 800"degrés circule dans le conduit intérieur 3. Les conditions atmosphériques étant différentes de celle résidant dans le tube extérieur, on observe un phénomène de condensation, les condensats peuvent être éliminés en actionnant la vanne quart de tour du moyen de drainage 5 situé en point bas du réseau de tuyauterie. Bien évidemment de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi le faisceau de tubes peut être disposé autrement que longitudinalement comme montré sur les figures 1 et 2 ou être constitué par un ou plusieurs tubes disposés en spirale autour du conduit intérieur.