CA2788945A1 - Dispositif de distribution de gaz et installation comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de distribution de gaz et installation comportant un tel dispositif Download PDF

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Abstract

Dispositif de distribution de gaz pour mettre en relation de façon séquentielle plusieurs sources (E1, E2, E3, E4) de gaz sous pression avec un utilisateur (U), le dispositif comprenant un boîtier (20, 30) muni de plusieurs entrées de gaz (1, 2, 3, 4) destinées à être raccordées à des sources de gaz (E1, E2, E3, E4) respectives et une sortie (S1 ) destinée à être raccordée à un organe utilisateur (U), un organe (9) de distribution sélectivement mobile relativement au corps (20, 30) dans des positions de distribution distinctes permettant la mise en communication sélective et tour à tour de chaque entrée (1, 2, 3, 4) avec la sortie (S1 ) tandis que les autres entrées sont isolées de la sortie (S1 ), caractérisé en ce que le dispositif comporte un système (7, 1 1, 17, 27) d'évacuation d'urgence déplaçable dans une position active dans laquelle toutes les entrées (1, 2, 3, 4) de gaz sont mise en relation forcée simultanément avec une sortie d'évacuation de gaz.

Description

Dispositif de distribution de gaz et installation comportant un tel dispositif.

La présente invention concerne un dispositif et une installation de distribution de gaz.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de distribution de gaz pour mettre en relation de façon séquentielle plusieurs sources de gaz sous pression avec un utilisateur, le dispositif comprenant un boîtier muni de plusieurs entrées de gaz destinées à être raccordées à des sources de gaz respectives et une sortie destinée à être raccordée à un organe utilisateur, un organe de distribution sélectivement mobile relativement au corps dans des positions de distribution distinctes permettant la mise en communication sélective et tour à tour de chaque entrée avec la sortie tandis que les autres entrées sont isolées de la sortie.
Des applications industrielles, notamment utilisant de l'hydrogène gazeux, comprennent un système de distribution de gaz relié à un ou plusieurs réservoirs sous pression.
Par exemple, dans certaines applications utilisant l'hydrogène comme vecteur d'énergie, plusieurs réservoirs d'hydrogène sous pression peuvent être reliés en parallèle à une pile à combustible. La vidange des réservoirs est faite séquentiellement, c'est-à-dire l'un après l'autre.
La plupart des installations existantes utilisent des centrales d'inversion permettant de vider préférentiellement un réservoir par rapport à l'autre. Ces centrales sont typiquement composées de deux détendeurs montés en parallèles et réglés à deux pressions de détente différentes. Le réservoir branché sur la ligne comportant le détendeur réglé à la plus haute pression de détente se vide alors en premier. Ces centrales d'inversion sont adaptées au cas de deux réservoirs connectés à l'application. La fonction de coupure de gaz de sécurité est assurée en aval par une électrovanne sur le circuit commun.
Pour parer aux conséquences d'un incendie il est possible d'installer un fusible thermique sur chaque ligne, en amont de la centrale d'inversion.
Dans le cas où plus de deux réservoirs sont connectés en parallèle, les centrales d'inversion doivent être remplacées par d'autres dispositifs. Par exemple, un système connu utilise une baïonnette comprenant autant d'électrovannes que de réservoirs reliés en parallèle à la même sortie utilisateur. Un automate assure les séquences d'ouverture des électrovannes en fonction du réservoir à
vidanger.
Pour protéger les réservoirs du feu via un clapet d'évacuation sensible à la chaleur (fusible thermique notamment), il est alors nécessaire d'installer un tel clapet sur chaque ligne (en plus de chaque électrovanne).
2 Ces installations nécessitent un grand nombre de vannes et fusibles ainsi qu'une logique de programmation de l'automate de contrôle de l'ensemble. Cette architecture et coûteuse, peu compacte et augmente la probabilité de déclenchements intempestifs des fusibles.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé
en ce que le dispositif comporte un système d'évacuation d'urgence déplaçable dans une position active dans laquelle toutes les entrées de gaz sont mise en relation forcée simultanément avec une sortie d'évacuation de gaz.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le système d'évacuation d'urgence comprend un fusible thermique, - le système d'évacuation d'urgence comprend un actionneur sélectivement mobile manuellement ou de façon électromécanique, - l'actionneur est mobile en translation et comprend une extrémité faisant saillie en dehors du boîtier en vue de son actionnement, - le système d'évacuation d'urgence est déplaçable d'une position neutre vers la position active, en position neutre le système d'évacuation d'urgence autorisant le déplacement sélectif de l'organe de distribution dans les positions de distribution, en position active, le système d'évacuation d'urgence déplaçant l'organe de distribution dans une position débrayée empêchant lesdites positions de distribution, - l'organe de distribution est contraint par un organe de rappel vers la position débrayée et en ce qu'en position neutre le système d'évacuation d'urgence forme une butée amovible empêchant le déplacement de l'organe de distribution vers la position débrayée, - l'organe de distribution est mobile en rotation relativement au corps, lesdites positions de distribution étant définies par des positions angulaires respectives de l'organe de distribution par rapport au corps et aux entrées, - l'organe de distribution est déplaçable en translation relativement au corps vers la position débrayée, - l'organe de distribution comprend un canal interne ayant une extrémité aval en communication avec la sortie et une extrémité amont susceptible d'être mise en communication avec une ou toutes les entrées selon la position de l'organe de distribution relativement au corps,
3 - le système d'évacuation d'urgence est repositionnable dans sa position neutre après avoir été déplacé en position active, - le système d'évacuation d'urgence comprend un fusible thermique comprenant un eutectique métallique ayant une température de fusion déterminée comprise entre 85 C et 120 C degrés et de préférence comprise entre 105 C et 115 C degrés, - le boîtier est constitué d'une pièce ou plusieurs pièces assemblées, - le boîtier comprend une sortie d'évacuation d'éventuelles fuites internes, - le dispositif comprend un ou des joints d'étanchéité assurant l'étanchéité
fluidique du trajet de gaz entre les pièces mobiles les unes par rapport aux autres (en particulier entre le boîtier et l'organe de distribution), - l'organe de distribution est monté rotatif relativement au boîtier autour d'un axe monté sur le boîtier, - la sortie d'évacuation de gaz coïncide avec la sortie destinée à être raccordée à un organe utilisateur du gaz.
L'invention concerne également une installation de distribution de gaz à
partir de plusieurs sources de gaz sous pression utilisées séquentiellement pour alimenter un utilisateur, l'installation comprenant un dispositif de distribution conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, lesdites sources étant raccordées fluidiquement respectivement aux entrées de gaz du boîtier, l'utilisateur étant raccordé fluidiquement avec la sortie du boîtier.
L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente une vue schématique et partielle illustrant la structure d'un exemple d'installation de distribution de gaz selon l'invention, - la figure 2 représente une vue de derrière, schématique et partielle, d'un premier exemple de dispositif de distribution de gaz selon l'invention, - la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale selon la ligne AA du dispositif de distribution de gaz de la figure 2, - la figure 4 représente une vue de derrière, schématique et partielle, d'un deuxième exemple de dispositif de distribution de gaz selon l'invention, - la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale selon la ligne AA du dispositif de distribution de gaz de la figure 4.
La figure 1 illustre un exemple non limitatif d'installation comprenant quatre sources de gaz (El à E4) tel que des réservoirs de gaz sous pression (par exemple de l'hydrogène). Les quatre sources El à E4 sont reliées en parallèle à un
4 dispositif 14 distributeur de gaz comprenant une sortie Si reliée à un utilisateur U
de gaz (par exemple une pile à combustible). Les quatre sources El à E4 sont raccordées fluidiquement à des entrées 1, 2, 3, 4 respectives du dispositif 14 de distribution. Le dispositif de distribution est commandable pour alimenter l'utilisateur U à partir des sources vidangées de façon séquentielle.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif 14 de distribution possède un système 7, 27 d'évacuation d'urgence permettant de purger le gaz provenant desdites sources El à E4, le système 7, 27 d'évacuation d'urgence étant commun aux quatre sources de gaz. Ce système 7, 17 d'évacuation d'urgence évacue le gaz vers une sortie de façon commandée et/ou en réponse à une situation dangereuse (en cas de feu par exemple).
Dans l'exemple de réalisation non imitatif décrit aux figures 2 et 3, le dispositif 14 de distribution de gaz comporte un boîtier 20, 30, par exemple constitué de deux parties 20, 30. Le boîtier 20, 30 comprend à une de ses extrémités plusieurs orifices formant des entrées de gaz 1, 2, 3, 4 destinées à être raccordées à des sources de gaz El, E2, E3, E4 respectives. Une autre extrémité
du boîtier 20, 30 comprend un orifice formant une sortie Si de gaz destinée à
être raccordée à un organe utilisateur U du gaz fourni par les sources El, E2, E3, E4.
Un organe 9 de distribution est disposé de façon mobile dans le corps 20, 30. L'organe 9 de distribution est sélectivement mobile relativement au corps 20, et aux entrées 1, 2, 3, 4 dans des positions de distribution distinctes permettant la mise en communication sélective et tour à tour de chaque entrée 1, 2, 3, 4 avec la sortie Si (pendant que les autres entrées sont isolées de la sortie Si).
Par exemple, l'organe 9 de distribution est rotatif dans le boîtier 20, 30 25 autour d'un axe 111 longitudinal monté dans le boîtier 20, 30. L'organe 9 de distribution comprend un canal 10 interne ayant une extrémité aval en communication avec la sortie Si et une extrémité amont susceptible d'être mise en communication avec une ou toutes les entrées 1, 2, 3, 4 selon la position de l'organe 9 de distribution relativement au corps 2, 13. La position angulaire de 30 l'organe 9 de distribution est par exemple commandée via un actionneur électromagnétique ou tout autre système de commande approprié (non représenté).
Par exemple, les quatre entrées 1, 2, 3, 4 sont disposées à 90 degrés les unes relativement aux autres par rapport à l'axe 111. De cette façon, à chaque rotation de 90 degrés, les entrées 1 à 4 peuvent donc être mises successivement en communication avec la sortie Si via le canal 10. Comme représenté, entre deux positions de distribution, l'organe 9 de distribution passe par des positions à 45 dans lesquelles il y a une isolation entre la sortie Si les entrées 1 à 4.

Selon une architecture possible, l'organe 9 de distribution est contraint de façon étanche contre la face du boîtier 20 pourvue des entrées 1 à 4 via un élément de rappel tel qu'un ou des ressorts 17 et/ou une ou des rondelles de Belleville. L'étanchéité entre le canal 10 et les orifices peut être assurée par un ou
5 des joints 12 torique ou tout autre moyen approprié.
L'élément 17 de rappel qui contraint l'organe 9 de distribution contre les entrées 1 à 4 prend appui par exemple sur un fusible thermique 7 et un actionneur formant une cale 27 mécanique.
Un autre élément 11 de rappel tel qu'un ressort (notamment un ressort de compression) sollicite l'organe 9 de distribution en direction de la sortie S1. Dans cette position dite neutre le système 7, 17, 27 d'évacuation d'urgence permet un fonctionnement normal (séquentiel) du distributeur 14.
Le système 7, 11, 17, 27 d'évacuation d'urgence est cependant déplaçable dans une position dite active dans laquelle toutes les entrées 1, 2, 3, 4 de gaz sont mise en relation forcée simultanément avec une sortie d'évacuation de gaz.
Par exemple, en cas de feu, le fusible 7 fond à partir d'un seuil de température déterminé. L'organe de rappel 11 fait alors coulisser l'organe de distribution 9 longitudinalement vers la sortie S1. L'étanchéité entre le canal 10 et la face du boîtier 20,30 est alors perdue. Dans cette position, toutes les entrées 1 à
4 sont alors en simultanément en communication avec la sortie S1 et un orifice de fuite naturelle 13 facultatif.
Le même résultat se produit lorsque la cale 27 est déplacée (manuellement ou automatiquement). Par exemple l'actionneur 27 est mobile en translation dans le boîtier 20, 30 et comprend une extrémité faisant saillie en dehors du boîtier pour permettre son actionnement.
C'est-à-dire que deux commandes distinctes (via un fusible 7 thermique et/ou via un actionneur 27) permettent une évacuation d'urgence de gaz.
De préférence, un nouveau fusible 7 thermique et/ou l'actionneur 27 sont repositionnable (réarmement en position neutre).
L'évacuation du gaz en cas de commutation en position active est réalisée par exemple via la sortie S1. Bien entendu il est possible de prévoir que cette évacuation du gaz emprunte un autre orifice dédié à cet effet. Par exemple, en position active les entrées 1, 2, 3, 4 peuvent être mises en communication fluidique avec un autre orifice d'évacuation.
Le boîtier 2, 30 peut également comporter un orifice 13 de collecte et d'évacuation des fuites naturelles qui se produiraient au niveau de l'étanchéité 12 et entre les entrées 1 à 4 et la sortie S1.
6 Comme représenté, la sortie Si peut coïncider avec une tuyauterie 15 qui s'engage à l'intérieur du boîtier 20, 30 voir même à l'intérieur d'un logement du corps de l'organe 9 de distribution. Un ou des joints 16 d'étanchéité peuvent être prévus pour assurer l'étanchéité entre la tuyauterie 15 et le boîtier 20, 30 et l'organe 9 de distribution. Cette tuyauterie peut également assurer une fonction de guidage de l'organe 9 de distribution dans sa translation entre la position neutre et la position active.
La variante de réalisation représentée aux figures 4 et 5 se distingue de celles des figures 2 et 3 uniquement en ce qu'elle ne comporte pas d'actionneur.
C'est-à-dire que seul un fusible thermique maintient l'organe 9 de distribution dans les positions de distribution. Par soucis de concision les éléments identiques à
ceux décrits ci-dessus ne sont décrits une seconde fois et sont désignés par les mêmes références numériques.
L'invention permet donc de réaliser une alimentation séquentielle de plusieurs sources de gaz avec un système d'évacuation de sécurité qui purge l'installation en cas de feu et/ou en cas de situation jugée dangereuse via une commande séparée.
La structure est plus simple et moins coûteuse que les solutions existantes.

Claims (10)

1. Dispositif de distribution de gaz pour mettre en relation de façon séquentielle plusieurs sources (E1, E2, E3, E4) de gaz sous pression avec un utilisateur (U), le dispositif comprenant un boîtier (20, 30) muni de plusieurs entrées de gaz (1, 2, 3, 4) destinées à être raccordées à des sources de gaz (E1, E2, E3, E4) respectives et une sortie (S1) destinée à être raccordée à un organe utilisateur (U), un organe (9) de distribution sélectivement mobile relativement au corps (20, 30) dans des positions de distribution distinctes permettant la mise en communication sélective et tour à tour de chaque entrée (1, 2, 3, 4) avec la sortie (S1) tandis que les autres entrées sont isolées de la sortie (S1), caractérisé en ce que le dispositif comporte un système (7, 11, 17, 27) d'évacuation d'urgence déplaçable dans une position active dans laquelle toutes les entrées (1, 2, 3, 4) de gaz sont mise en relation forcée simultanément avec une sortie d'évacuation de gaz, le système (7, 11, 17, 27) d'évacuation d'urgence étant déplaçable d'une position neutre vers la position active et en ce qu'en position neutre le système (7, 11, 17, 27) d'évacuation d'urgence autorise le déplacement sélectif de l'organe (9) de distribution dans les positions de distribution en ce que, en position active, le système (7, 11, 17, 27) d'évacuation d'urgence déplace l'organe (9) de distribution dans une position débrayée empêchant lesdites positions de distribution, l'organe (9) de distribution étant contraint par un organe (11) de rappel vers la position débrayée et en ce qu'en position neutre le système (7, 11, 17, 27) d'évacuation d'urgence forme une butée (7, 27) amovible empêchant le déplacement de l'organe (9) de distribution vers la position débrayée et en ce que le système (7, 11, 17, 27) d'évacuation d'urgence comprend un fusible (7) thermique.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (7, 11, 17, 27) d'évacuation d'urgence comprend un actionneur (27) sélectivement mobile manuellement ou de façon électromécanique.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'actionneur (27) est mobile en translation et comprend une extrémité faisant saillie en dehors du boîtier (2,3) en vue de son actionnement.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe (9) de distribution est mobile en rotation relativement au corps (20, 30), lesdites positions de distribution étant définies par des positions angulaires respectives de l'organe (9) de distribution par rapport au corps (2, 3) et aux entrées (1, 2, 3, 4).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe (9) de distribution est déplaçable en translation relativement au corps (2, 3) vers la position débrayée.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe (9) de distribution comprend un canal (10) interne ayant une extrémité aval en communication avec la sortie (S1) et une extrémité amont susceptible d'être mise en communication avec une ou toutes les entrées (1, 2, 3, 4) selon la position de l'organe (9) de distribution relativement au corps (2, 13).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système d'évacuation d'urgence comprend un fusible (7) thermique comprenant un eutectique métallique ayant une température de fusion déterminée comprise entre 85° C et 120°C degrés et de préférence comprise entre 105°C et 115°C degrés.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier est constitué d'une pièce ou plusieurs pièces assemblées.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la sortie d'évacuation de gaz coïncide avec la sortie destinée à être raccordée à un organe utilisateur du gaz.
10. Installation de distribution de gaz à partir de plusieurs sources (E1, E2, E3, E4) de gaz sous pression utilisées séquentiellement pour alimenter un utilisateur (U), l'installation comprenant un dispositif de distribution conforme à
l'une quelconque des revendications 1 à 9, lesdites sources (E1, E2, E3, E4) étant raccordées fluidiquement respectivement aux entrées de gaz (1, 2,3, 4) du boîtier (2, 3), l'utilisateur (U) étant raccordé fluidiquement avec la sortie (S1) du boîtier (2, 3).
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