La présente invention concerne un système de robinet pour bouteille deThe present invention relates to a valve system for a bottle of
fluide sous pression. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des gaz et mélanges utilisés notamment dans la fabrication industrielle de composants électroniques ou l'analyse de laboratoire. Pour la mise en oeuvre de fluide sous pression à partir d'une bouteille, un système simple de robinet consiste à connecter à la bouteille des équipements externes qui peuvent être, soit des moyens d'acquisition de la pression du fluide comme des capteurs de pression situés dans la bouteille ou io en aval, soit des organes de contrôle du débit de fluide comme des détendeurs ou des régulateurs de débit. Ce type de solution nécessite cependant de mettre en place ces équipements à chaque mise en service, de les purger avant utilisation, puis de les démonter lorsque la bouteille doit être déplacée. 15 Un autre système de robinet consiste à utiliser un régulateur détendeur intégré, appelé RDI, qui permet de réguler le flux de gaz en pression ou en débit sans adjonction d'autres équipements à la bouteille, ce qui, contrairement à la solution précédente, évite le démontage du système à chaque changement d'utilisation. Un RDI est intégré dans un chapeau de 20 bouteille qui assure la sécurité du système contre les chocs qui pourraient endommager les RDI, en particulier les chocs consécutifs à la chute d'une bouteille d'un véhicule de transport lors d'un transfert des bouteilles. Un premier type de régulateur détendeur intégré RDI permet de contrôler la pression dans une certaine gamme au moyen d'un régulateur de 25 pression dont la valeur de consigne est fixée manuellement au moyen d'un bouton de réglage. Deux manomètres fournissent les valeurs de la pression respectivement en sortie de la bouteille et à l'entrée du réseau d'utilisation, en aval du détendeur. Un second type de régulateur détendeur intégré RDI met en oeuvre une 30 pré-détente à une valeur donnée, puis le débit de fluide est fixé par un sélecteur à barillet offrant le choix parmi une douzaine de valeurs, ou par une vanne à aiguille permettant un réglage de débit continu. fluid under pressure. The invention finds a particularly advantageous application in the field of gases and mixtures used in particular in the industrial manufacture of electronic components or laboratory analysis. For the implementation of pressurized fluid from a bottle, a simple faucet system consists in connecting to the bottle external equipment that can be either means for acquiring the pressure of the fluid such as pressure sensors. located in the bottle or downstream, or fluid flow control members such as regulators or flow controllers. This type of solution, however, requires the establishment of these equipment at each commissioning, purge before use, and then disassemble when the bottle must be moved. Another faucet system consists in using an integrated regulator regulator, called RDI, which makes it possible to regulate the flow of gas under pressure or flow without adding other equipment to the bottle, which, unlike the previous solution, avoids disassembly of the system at each change of use. An RDI is integrated in a bottle cap which ensures the safety of the system against shocks which could damage the RDI, in particular shocks resulting from the dropping of a bottle of a transport vehicle during a transfer of the bottles. . A first type of RDI integrated regulator regulator allows the pressure to be controlled within a certain range by means of a pressure regulator whose setpoint is set manually by means of an adjustment knob. Two manometers provide the values of the pressure respectively at the outlet of the bottle and at the entrance of the network of use, downstream of the regulator. A second type of RDI integrated expansion regulator operates a pre-expansion at a given value, then the fluid flow is fixed by a barrel selector offering the choice among a dozen values, or by a needle valve allowing a continuous flow control.
Cependant, ces systèmes connus de robinet pour bouteille de fluide sous pression ne sont pas totalement satisfaisants à plusieurs égards, à savoir la précision de manipulation, la manipulation à distance et l'encombrement. However, these known pressure fluid bottle tap systems are not completely satisfactory in many respects, namely handling precision, remote handling and bulk.
S'agissant de la précision de manipulation, il faut constater d'une manière générale que la nature mécanique des équipement adjoints à la bouteille sont générateurs d'une imprécision des manipulations, comme pour les vannes et les lectures d'informations sur les manomètres par exemple. Plus précisément, avec les régulateurs détendeurs intégrés RDI actuels le io réglage de la pression ou du débit de consigne est effectué par intervention humaine en tournant manuellement le bouton d'une vanne, tandis que la valeur de consigne est contrôlée par simple lecture sur un afficheur constitué par une aiguille se déplaçant devant des graduations dont la précision est généralement très faible. 15 De plus, les systèmes de robinet connus aujourd'hui ne permettent pas d'assurer la traçabilité de la consommation. En effet, dans de nombreuses applications, une même bouteille de fluide est susceptible d'être déplacée successivement en différents endroits où des quantités limitées de fluide sont consommées. C'est le cas par exemple des bouteilles de gaz dites nomades, 20 installées dans des ambulances ou utilisées pour des opérations ponctuelles sur des chantiers ou des stations de contrôle de la qualité de l'air. Dans toutes ces situations, il faut à la fois connaître avec précision la quantité de fluide consommée, ce qui n'est pas garanti avec les systèmes actuels, et traiter cette information de manière à pouvoir fournir une facturation détaillée 25 à l'utilisateur. En pratique, les données nécessaires à la facturation sont relevées manuellement sur la bouteille à chaque consommation de fluide, sans qu'aucune trace ne subsiste. Concernant la manipulation à distance des bouteilles de fluide, les solutions existantes sont généralement des systèmes classiques de gestion 30 de réseau sur lequel la bouteille est branchée. Cependant, ces solutions sont le plus souvent limitées à des systèmes mécaniques comme de simples vannes qui coupent la conduite de circulation de fluide jusqu'à la bouteille. De même, il existe des manomètres sur la tuyauterie qui transmettent la pression présente dans le réseau mais non celle de la bouteille. Enfin, on connaît également des systèmes de basculement d'une bouteille à une autre dans les armoires à deux bouteilles, connues sous le nom de gas cabinet . D'autre part, lorsque des bouteilles sont placées en plusieurs endroits d'une installation comme une usine, se pose le problème de l'action sur les parties mécaniques de son équipement d'utilisation, vanne par exemple, ou encore le relais d'informations localisées sur la bouteille comme la pression ou le débit. Il faut en effet se rendre auprès de la bouteille pour ouvrir ou fermer une vanne, régler une valeur de consigne, lire un manomètre, etc. io Enfin, une contrainte supplémentaire consiste en l'encombrement des systèmes de robinet actuels. Ceci est particulièrement vrai pour les régulateurs détendeurs intégrés RDI qui doivent pouvoir être intégrés dans un chapeau de bouteille prévu, comme on l'a vu plus haut, pour accroître la sécurité du système et celle de l'utilisateur. Cependant, les dimensions d'un 15 chapeau de RDI sont relativement importantes et constituent une contrainte d'encombrement qui limite d'autant les fonctionnalités pouvant être incluses dans un RDI. Aussi, l'invention a pour but d'apporter des solutions aux différentes difficultés qui viennent d'être évoquées ci-dessus. 20 En particulier, l'invention propose un système de robinet pour bouteille de fluide sous pression, remarquable en ce que ledit système comprend des des moyens d'acquisition de données numériques relatives audit fluide et des moyens de traitement desdites données numériques. De manière avantageuse, lesdits moyens d'acquisition concernent au 25 moins l'une des grandeurs suivantes : pression du fluide en sortie de la bouteille, pression du fluide en aval d'un détendeur placé en sortie de la bouteille, débit massique de fluide. Les moyens d'acquisition de pression peuvent être des micro-capteurs de pression, capteurs piézo-électriques par exemple, ou des jauges de contrainte, disposés dans la bouteille. 30 On comprend que l'acquisition de données numériques augmente considérablement la précision de manipulation par rapport aux systèmes existants à simple lecture de manomètres. With regard to handling precision, it should be noted in general that the mechanical nature of the equipment attached to the bottle generates imprecision of the manipulations, as for the valves and the reading of information on the manometers by example. More precisely, with the current RDI regulator regulators, the regulation of the pressure or of the setpoint flow is effected by human intervention by manually turning the knob of a valve, while the setpoint is controlled by simple reading on a display. consisting of a needle moving in front of graduations whose accuracy is usually very low. In addition, faucet systems known today do not ensure the traceability of consumption. Indeed, in many applications, the same bottle of fluid can be moved successively in different places where limited quantities of fluid are consumed. This is the case, for example, of so-called nomadic gas cylinders installed in ambulances or used for occasional operations on building sites or air quality control stations. In all these situations, it is necessary at the same time to know precisely the quantity of fluid consumed, which is not guaranteed with the current systems, and to process this information so as to be able to provide detailed billing to the user. In practice, the data required for billing are manually recorded on the bottle at each fluid consumption, without any trace remaining. With respect to the remote handling of fluid bottles, the existing solutions are generally conventional network management systems on which the bottle is connected. However, these solutions are most often limited to mechanical systems such as simple valves that cut the fluid flow line to the bottle. Similarly, there are manometers on the pipe that transmit the pressure present in the network but not that of the bottle. Finally, there are also known tilting systems from one bottle to another in two-bottle cabinets, known as gas cabinet. On the other hand, when bottles are placed in several places of an installation such as a factory, there is the problem of the action on the mechanical parts of its equipment of use, valve for example, or the relay of information located on the bottle such as pressure or flow. You have to go to the bottle to open or close a valve, set a setpoint, read a manometer, and so on. Finally, an additional constraint is the clutter of the current faucet systems. This is especially true for the RDI integrated regulator regulators that should be able to be integrated into a planned bottle cap, as discussed above, to increase the safety of the system and that of the user. However, the dimensions of an RDI cap are relatively large and constitute a congestion constraint which limits all the functionalities that can be included in an RDI. Also, the invention aims to provide solutions to the various difficulties that have just been mentioned above. In particular, the invention proposes a valve system for a bottle of pressurized fluid, characterized in that said system comprises means for acquiring digital data relating to said fluid and means for processing said digital data. Advantageously, said acquisition means concern at least one of the following quantities: pressure of the fluid at the outlet of the bottle, pressure of the fluid downstream of an expander placed at the outlet of the bottle, mass flow rate of fluid. The pressure acquisition means may be pressure micro-sensors, piezoelectric sensors for example, or strain gauges, arranged in the bottle. It is understood that the acquisition of digital data greatly increases the handling accuracy compared to existing single-reading manometer systems.
Afin de permettre la traçabilité des bouteilles nomades, l'invention prévoit que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de stockage desdites données numériques et des moyens de calcul de consommation du fluide. On peut ainsi par exemple mémoriser les données de pression et/ou de débit à chaque poste où la bouteille a été utilisée, puis de traiter ultérieurement ces données afin de calculer la consommation de chaque et d'établir une facturation en conséquence. De manière à automatiser le système de robinet conforme à l'invention, il est prévu que ledit système comprend en outre des moyens de commande io d'au moins un organe de contrôle de débit de fluide. Selon l'invention, ledit organe de contrôle de débit de fluide est l'un des organes suivants : détendeur placé en sortie de la bouteille, régulateur de débit massique, vanne d'arrêt. Avantageusement, lesdits moyens de commande sont aptes à fournir 15 audit organe de contrôle une valeur de consigne. En réponse, une valeur de ladite consigne est retournée aux moyens de commande. Une manipulation à distance du système de robinet conforme à l'invention peut être obtenue du fait que ledit système comprend un boîtier de communication avec une unité de pilotage distante. 20 Enfin, selon une caractéristique particulièrement avantageuse, le système de robinet, objet de l'invention, comprend un bloc fonctionnel constitué par un microsystème électromécanique intégrant au moins un organe de contrôle. Cette disposition permet de réduire notablement l'encombrement du système par l'utilisation d'une technologie connue sous le 25 nom de MEMS ( Micro Electro Mechanical System ). On peut ainsi augmenter les fonctionnalités du système de robinet tout en restant dans les limites de volume imposées par le chapeau d'un RDI. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et 30 comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma d'un système de robinet conforme l'invention. In order to allow the traceability of nomadic bottles, the invention provides that said processing means comprise means for storing said digital data and fluid consumption calculation means. For example, it is possible to store the pressure and / or flow data at each station where the bottle was used, and then to process these data later in order to calculate the consumption of each and to establish a billing accordingly. In order to automate the valve system according to the invention, it is provided that said system further comprises means for controlling at least one fluid flow control member. According to the invention, said fluid flow control member is one of the following organs: pressure regulator placed at the outlet of the bottle, mass flow controller, shut-off valve. Advantageously, said control means are able to supply said control member with a set value. In response, a value of said setpoint is returned to the control means. Remote manipulation of the valve system according to the invention can be achieved because said system comprises a communication box with a remote control unit. Finally, according to a particularly advantageous characteristic, the valve system, which is the subject of the invention, comprises a functional block constituted by an electromechanical microsystem integrating at least one control element. This arrangement can significantly reduce the size of the system by the use of a technology known as MEMS (Micro Electro Mechanical System). This increases the functionality of the faucet system while remaining within the volume limits imposed by the RDI cap. The following description with reference to the accompanying drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear what the invention consists of and how it can be achieved. Figure 1 is a diagram of a valve system according to the invention.
Sur la figure 1 est représenté un système de robinet pour une bouteille 10 de fluide. A partir de la bouteille 10, on trouve successivement les équipements suivants : - une prise 11 de remplissage de la bouteille, s -un moyen 12 d'acquisition numérique de la pression P1 (de l'ordre de 200 à 300 bars) à l'intérieur de la bouteille 10, comme un capteur piézo-électrique ou une jauge de contrainte, - une première vanne 13 d'arrêt destinée à isoler du reste du système de robinet le fluide contenu dans la bouteille, io - un détendeur 14 apte à fixer la pression P2 aval à une valeur préréglée, de 5 bars par exemple, - une soupape 15 de sécurité en aval du détendeur 14 permettant d'éviter toute augmentation de la pression préréglée P2, - un moyen 16 d'acquisition numérique de la pression P2, 15 - un régulateur 17 de débit massique Dm de fluide associé à un moyen d'acquisition numérique, non représenté, du débit massique Dm, comme un débitmètre, - un passage 18 permettant de contourner ( by-pass ) le régulateur 17 de débit massique si un débit particulièrement important est requis, par exemple 20 pour réaliser une purge des la bouteille 10, ou si l'utilisateur préfère travailler en pression plutôt qu'en débit, - une deuxième vanne 19 d'arrêt destinée à isoler le système de robinet de l'atmosphère extérieure tout en restant sous l'atmosphère du fluide de travail. Les données numériques P1, P2 et Dm ainsi acquises par les moyens 25 d'acquisition précités sont transmises à un boîtier 20 de communication propre à la bouteille 10, puis à une unité 30 de pilotage distante où ces données sont stockées et traitées afin de calculer par exemple la consommation de fluide et d'en assurer la traçabilité quand la bouteille est destinée à être déplacée de poste de travail en poste de travail. Bien entendu, 30 une même unité 30 de pilotage distante peut piloter plusieurs boîtiers 20 de communication associés à des bouteilles différentes. De même, la présence de l'unité distante 30 n'est pas indispensable, chaque système de robinet associé à une bouteille pouvant fonctionner de manière autonome à partir de son propre boîtier 20 de communication. Le boîtier 20 de communication et/ou l'unité 30 de pilotage peut comporter un écran, non représenté, permettant à l'utilisateur de visualiser des informations sur la bouteille 10, telles que les données P1, P2, Dm, et de commander à distance au moins un organe de contrôle du débit de fluide choisi parmi le détendeur 14, le régulateur 17 de débit massique et la vanne 19 d'arrêt. En pratique, la commande est effectuée en envoyant une valeur de consigne à l'organe de contrôle concerné. Un valeur de ladite consigne est io alors retournée aux moyens de commande de manière à rendre compte de l'exécution de la consigne reçue. La liaison entre le boîtier 20 de communication et l'unité 30 de pilotage distante peut être réalisée de manière classique par liaison filaire : Intranet, Ethernet, Internet, RNIS, etc., ou par liaison sans fil du type GSM, GPRS, 15 WiFi, radiofréquence, etc. Comme l'indique la figure 1, le système de robinet est en partie réalisé sous la forme d'un microsystème électromagnétique constituant un bloc 40 rassemblant ici, mais de façon non limitative, les fonctions d'acquisition de la pression préréglée P2 et de régulation de débit massique. Les microsystèmes 20 électromagnétique, ou MEMS, sont issus de la technologie de la micro-électronique et se sont développés dans de nombreux secteurs, notamment les secteurs des capteurs de pression à base de matériaux piézo-électriques, et des vannes de contrôle fluidique. On notera que toutes les fonctionnalités en aval de la fonction de 25 détente assurée par le détendeur 14 sont fixes chez l'utilisateur. La bouteille 10 par elle-même ne comporte que la première vanne 13 d'arrêt et le détendeur 14. L'interface avec les autres équipements installés à demeure chez l'utilisateur est réalisée au moyen d'un raccord rapide. Les avantages de cette solution sont, d'une part un investissement moindre pour le fournisseur 30 de bouteilles de fluide, et d'autre part un moyen de connexion rapide au réseau pour l'utilisateur. 20 In Figure 1 is shown a valve system for a bottle 10 of fluid. From the bottle 10, there are successively the following equipment: - a plug 11 for filling the bottle, s -a means 12 for digital acquisition of the pressure P1 (of the order of 200 to 300 bar) at the inside of the bottle 10, such as a piezoelectric sensor or a strain gauge, - a first shut-off valve 13 intended to isolate the fluid contained in the bottle from the rest of the tap system, - an expander 14 capable of set the downstream pressure P2 to a preset value, for example 5 bars, - a safety valve 15 downstream of the expander 14 to prevent any increase in the preset pressure P2, - a means 16 for digital pressure acquisition P2, 15 - a mass flow controller 17 Dm of fluid associated with a digital acquisition means, not shown, the mass flow Dm, such as a flow meter, - a passage 18 for bypassing the regulator 17 of mass flow if a d Particularly important flow rate is required, for example to purge the bottle 10, or if the user prefers to work in pressure rather than flow, - a second shutoff valve 19 for isolating the valve system from the valve. outside atmosphere while remaining under the atmosphere of the working fluid. The digital data P1, P2 and Dm thus acquired by the aforementioned acquisition means 25 are transmitted to a communication box 20 specific to the bottle 10, then to a remote control unit 30 where these data are stored and processed in order to calculate for example fluid consumption and to ensure traceability when the bottle is intended to be moved from workstation to workstation. Of course, the same remote control unit 30 can control several communication boxes 20 associated with different bottles. Likewise, the presence of the remote unit 30 is not essential, each valve system associated with a bottle being able to operate autonomously from its own communication housing. The communication box 20 and / or the control unit 30 may comprise a screen, not shown, allowing the user to display information on the bottle 10, such as the data P1, P2, Dm, and to control distance at least one fluid flow control member selected from the expander 14, the mass flow controller 17 and the stop valve 19. In practice, the command is carried out by sending a set value to the control body concerned. A value of said setpoint is then returned to the control means so as to account for the execution of the setpoint received. The link between the communication box 20 and the remote control unit 30 can be made conventionally by wire connection: Intranet, Ethernet, Internet, ISDN, etc., or by wireless connection of the GSM, GPRS, WiFi type. , radio frequency, etc. As indicated in FIG. 1, the valve system is partly made in the form of an electromagnetic microsystem constituting a block 40 gathering here, but in a nonlimiting manner, the functions of acquisition of the preset pressure P2 and regulation mass flow. Electromagnetic microsystems, or MEMS, are derived from microelectronics technology and have developed in many sectors, including the sectors of pressure sensors based on piezoelectric materials, and fluidic control valves. It should be noted that all the functionalities downstream of the relaxation function provided by the expander 14 are fixed at the user's premises. The bottle 10 by itself comprises only the first stop valve 13 and the expander 14. The interface with the other equipment permanently installed at the user is achieved by means of a quick connector. The advantages of this solution are, on the one hand, a lesser investment for the fluid bottle supplier 30 and, on the other hand, a quick network connection means for the user. 20