EP0390711A1 - Boîte pour fluide sous pression - Google Patents
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- F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
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- F17C2260/05—Improving chemical properties
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- F17C2270/00—Applications
- F17C2270/07—Applications for household use
- F17C2270/0709—Camping gas
Definitions
- the present invention relates to a box for pressurized fluid, of the lost or disposable packaging type, generally obtained by cutting and stamping relatively thin steel sheets, protected against corrosion and oxidation, for example by a coating of tin or other.
- fluid under pressure any body or mixture of bodies, in the liquid and / or gaseous state, and under pressure.
- a liquefied petroleum gas in the pure state or as a mixture, such as commercial butane, having two liquid and gaseous phases, under a pressure higher than the atmospheric pressure, and equal to the vapor pressure of the liquefied gas.
- these boxes have a metallic body with a cylindrical wall for the most part, having at its lower end a circular opening, as well as a concave or domed bottom, metallic, having in diametral section passing through the axis of the body the shape of a vault, and closing the aforementioned circular opening.
- the bottom is securely joined to the body by an annular connecting bead, for example an outer bead, connecting, on the one hand the edge of the body delimiting the circular opening, and on the other hand the right foot of the concave bottom covering the right edge of the same body.
- a valve for withdrawing fluid under pressure in particular of the aerosol type; this valve generally comprises a cup with rim crimped on the peripheral external bead of the axial opening.
- the invention also relates to the gas boxes defined above, completely closed, and filled with the pressurized fluid.
- FIG. 1 showing in simplified manner and in axial section, a valve cartridge containing commercial butane under pressure.
- this cartridge comprises: - a metal body (4) with a cylindrical wall (4a) having at its lower end a circular opening (4b), and at its opposite upper end, in continuity with the wall (4a), a convex closing dome (4c); the latter has an axial opening (4d) with annular and external bead (4e); - a sampling valve (5), with cup (6) crimped on the bead (4e), closing the opening (4d);
- this valve of the "female” type for example, comprises a valve (50) constituting the valve itself; - a concave bottom (7), metallic closing the circular opening (4b) of the body (4); - A crimp (8) bringing together the wall of the body (4) and that of the bottom (7), joining and connecting these two components in a sealed manner, in the form of a common and external annular bead.
- the structure of the setting is presented as follows: - the bottom (7) generally affects the shape of a vault; -
- the edge of the body (4) delimiting the circular opening (4b) is shaped like an anchor hook (4f) facing outwards, and comprising two branches, namely a straight edge (4g respectively) ) and an outer rim (4h) parallel to the cylindrical wall (4a) of the body; these two branches are separated by a curved part (4i) the concave bottom (7) successively has, from the inside towards the outside of the box, a circular internal arc (7a) symmetrical with respect to the axis (9) of the body, an internal right foot (7b), covering the right edge (4g) of the body (4), and an outer hook (7c) turned over and engaged in the anchoring hook (4f) of the circular edge of the body (4); this hook
- the cartridges described above In the case of thin-walled containers, and having a charge under flammable pressure, the cartridges described above must be safe, and in particular withstand pressure. It is in particular for this reason that a concave bottom is retained, having good intrinsic mechanical resistance to pressure, while being liable to turn over under the effect of higher pressure, in a convex conformation increasing the cartridge volume.
- the first relates to the pressure of the first permanent (therefore irreversible or final) and visible deformation; this threshold is also called test pressure.
- this pressure threshold all or part of the cartridge (body essentially bottom) undergoes non-elastic deformation, increasing the internal volume of the cartridge, but not altering its overall tightness. After this pressure threshold, the same deformation continues or other deformations appear, until "exhaustion" of all local or global possibilities of deformation of the cartridge, but always preserving the sealing of the latter.
- the second threshold relates to the burst pressure of the cartridge, at which the latter loses its tightness and therefore leaks.
- test and burst pressures of a cartridge the better the safety of storage, transport and use of such a cartridge.
- these are also the technical principles adopted in different countries, by the regulations respectively applicable in terms of security for these lost packaging, since generally for these countries: - the test pressure (Pep) must be at least equal to the vapor pressure of the gas at a temperature T, multiplied by a coefficient x; - the burst pressure (Pec) must be at least equal to this same vapor pressure, multiplied by a coefficient y; - x is between 1.5 and 1.55, and y is between 1.8 and 1.9; - the temperature T used is between 50 ° C and 55 ° C.
- the hydraulic pressure is increased inside a cartridge as shown in FIGS. 1 and 2, and both the evolution of the internal pressure is observed over time. , and the deformations of the seam (8) and / or of the concave bottom (7).
- the crimp (8) has the shape shown in exploded form in FIG. 2.
- the pressure increases rapidly to point A, corresponding to the test pressure (Pep).
- the test pressure (Pep).
- the test pressure thus determined is greater than x times the vapor pressure of commercial butane at temperature T, for example 3.1 bars, according to the applicable regulations.
- phase 2 the pressure first decreases abruptly, then oscillates according to new local or global deformations of the wall of the cartridge, passing through the complete reversal of the bottom (8) according to the figure (3e).
- the internal pressure increases again towards point B, corresponding to the bursting pressure of the cartridge, by unwinding and dissociation of the setting (8) according to the figure (3f).
- the burst pressure thus determined is greater than y times the vapor pressure of commercial butane at temperature T, for example 2.8 bars, according to the applicable regulations.
- This superiority can orient the excess pressure in the cartridge preferentially towards the bursting of the latter, in certain marginal cases, for example when the bottom has a certain resistance to overturning.
- the present invention sought what were the means of ensuring the superiority of the burst pressure of the cartridge, namely (Pec), compared to the pressure d '' test of the latter, namely (Pep), and so as to ensure and secure the chronology described with reference to Figure 3, that is to say a burst always following one or more sealed deformations of the cartridge .
- a first way of solving the problem thus posed consisted in considering that if the test pressure exceeded the burst pressure, it was because the concave bottom presented too strong resistance to overturning. We therefore sought to weaken the concave bottom, so as to improve its outward deformability.
- a first solution consisting in using a relatively soft steel sheet must be discarded, since the bottom then turns over too soon.
- a second solution consisting in using a relatively thinner sheet must also be ruled out, since crimping involves the use of sheets of minimum thickness.
- a third solution consisting in reducing the concavity, that is to say increasing the radius of curvature of the bottom must also be ruled out, because it decreases or eliminates the possibility of stacking the cartridges on top of each other on the one hand , and it limits or even cancels the increase in the volume of safety provided by the reversal of the concave bottom, on the other hand.
- the present invention considered another way of resolution, in itself inventive, and which could be formulated in the following manner. If the burst pressure remains lower than the test pressure, it is because, in accordance with FIG. 2, the right foot (7b) of the arch (7) of the concave bottom, yields or slides too easily by relative to the right edge (4g) of the body (4). This sliding is further favored by the clearing path of current stamping tools, letting the internal pressure act in the manner of a "wedge" between the portions (4g) and (7b).
- the invention sought all means making it possible to reduce or hinder the possibilities of sliding of the bottom relative to the cylindrical body of the gas box.
- the solution according to the invention takes the form of an overlap zone extending in height from a lower level situated at the base of the seam (8) to an upper level situated above the latter.
- the height of the overlap area being expressed by the ratio between (see FIG. 4) the internal height (c) of the right foot (7b) and the external height (s) of the setting, it was determined that this ratio should be at least equal to obtain the desired result. Below this value, one obtains, in fact, a great proximity between the test and burst pressures, or the inferiority of the second compared to the first.
- a hydraulic test graph is obtained having the following characteristics: - the pressure Pec is actually higher than the pressure Pep, - the sealed deformation of the bottom mainly concerns the arch (7a) of the bottom, excluding the seam (8); cf. Figure 5c; - bursting occurs after this complete deformation; cf. figure 5d.
- the invention also provides the following determining advantages.
- the test or first visible deformation pressure remains relatively unchanged.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne une boîte pour fluide sous pression, du type emballage perdu ou jetable, obtenue généralement par découpe et emboutissage de tôles d'acier relativement minces, protégées contre la corrosion et l'oxydation, par exemple par un revêtement d'étain ou autre.
- Par "fluide sous pression", on entend tout corps ou mélange de corps, à l'état liquide et/ou gazeux, et sous pression. Au rang de ces fluides, et à titre d'exemple, on peut citer un gaz de pétrole liquéfié, à l'état pur ou en mélange, tel que du butane commercial, présentant deux phases liquide et gazeuse, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, et égale à la tension de vapeur du gaz liquéfié.
- De manière générale, ces boîtes présentent un corps métallique à paroi cylindrique pour l'essentiel, présentant à son extrémité inférieure une ouverture circulaire, ainsi qu'un fond concave ou bombé, métallique, présentant en section diamétrale passant par l'axe du corps la forme d'une voûte, et fermant l'ouverture circulaire précitée. Le fond est solidarisé de manière étanche au corps par un cordon annulaire de liaison, par exemple un bourrelet extérieur, reliant, d'une part la bordure du corps délimitant l'ouverture circulaire, et d'autre part le pied droit du fond concave recouvrant le bord droit du même corps.
- A partir de cette définition générale, on peut ensuite distinguer :
- les cartouches perforables pour lesquelles la partie du corps cylindrique opposée à l'ouverture circulaire est complétement fermée, sous la forme d'un dôme convexe, en continuité avec la paroi cylindrique ; et le dôme supérieur convexe comporte en son centre une zone destinée à la perforation, prenant par exemple la forme d'un cupule sphérique en creux, pour coopérer de manière rigide et étanche avec un perforateur, appartenant à un appareil d'utilisation, par exemple un réchaud de cuisson.
- les cartouches à valve, pour lesquelles la partie du corps opposée a l'ouverture circulaire est fermée sous la forme d'un dôme convexe, en continuité avec la paroi cylindrique ; mais le dôme supérieur convexe comporte en son centre une ouverture axiale circulaire avec un bourrelet extérieur périphérique, fermée ou destinée à être fermée de manière étanche par une valve de prélèvement de fluide sous pression, notamment du type aérosol ; cette valve comporte en général une coupelle avec rebord serti sur le bourrelet extérieur périphérique de l'ouverture axiale. - Tous ces récipients ou contenants sont bien connus par l'homme de métier, par exemple sous forme de cartouches dites aérosol. Ils peuvent être remplis de différentes manières, selon les machines ou équipements utilisés, par exemple :
- par l'ouverture circulaire du corps cylindrique disposé "tête en bas", avec sertissage postérieur du fond concave,
- par l'ouverture axiale du corps, pour les cartouches à valve, avec sertissage postérieur de la valve. - Bien entendu, l'invention concerne également les boîtes à gaz définies précédemment, complétement fermées, et remplies avec le fluide sous pression.
- A titre d'exemple non limitatif, mais représentatif de l'art antérieur, on se référera à la figure 1, représentant de manière simplifiée et en coupe axiale, une cartouche à valve contenant du butane commercial sous pression.
- Comme déjà indiqué, outre la charge 1 de butane liquide déterminant un interface 2 entre ladite charge et le ciel gazeux 3, cette cartouche comporte :
- un corps métallique (4) à paroi cylindrique (4a) présentant à son extrémité inférieure une ouverture circulaire (4b), et à son extrémité supérieure opposée, en continuité avec la paroi (4a), un dôme convexe (4c) de fermeture ; ce dernier comporte une ouverture axiale (4d) avec bourrelet (4e) annulaire et extérieur ;
- une valve de prélèvement (5), avec coupelle (6) sertie sur le bourrelet (4e), fermant l'ouverture (4d) ; cette valve, du type "femelle" par exemple, comporte un clapet (50) constituant la valve proprement dite ;
- un fond concave (7), métallique fermant l'ouverture circulaire (4b) du corps (4) ;
- un serti (8) rassemblant et la paroi du corps (4) et celle du fond (7), solidarisant et reliant ces deux composants de manière étanche, sous la forme d'un bourrelet annulaire commun et extérieur. - Par référence à la figure 2, représentant de manière simplifiée et éclatée à grande échelle, et en coupe diamétrale, à la fois le serti et les parties adjacentes du corps (4) et du fond (7), la structure du serti se présente comme suit :
- le fond (7) affecte de manière générale la forme d'une voûte ;
- la bordure du corps (4) délimitant l'ouverture circulaire (4b) est conformée à la manière d'un crochet d'ancrage (4f) tourné vers l'extérieur, et comprenant deux branches, à savoir respectivement un bord droit (4g) et un rebord extérieur (4h) parallèle à la paroi cylindrique (4a) du corps ; ces deux branches sont séparées par une partie courbe (4i)
- le fond concave (7) présente successivement, de l'intérieur vers l'extérieur de la boîte, un arc intérieur circulaire (7a) symétrique par rapport à l'axe (9) du corps, un pied droit (7b) intérieur, recouvrant le bord droit (4g) du corps (4), et un crochet extérieur (7c) retourné et engagé dans le crochet d'ancrage (4f) de la bordure circulaire du corps (4) ; ce crochet (7c) est relié au pied droit par une partie courbe (7d) homologue de la partie courbe (4i) ; ce crochet (7c) ayant la forme d'une épingle à cheveux comporte deux branches droites, parallèles au rebord extérieur (4h), l'une (7e) extérieure au crochet (4f) et l'autre (7f) intérieure à ce dernier ; ces deux branches (7e) et (7f) sont reliées par une partie courbe (7g). - S'agissant de récipients à paroi mince, et comportant une charge sous pression inflammable, les cartouches décrites précédemment doivent être sûres, et en particulier résister à la pression. C'est notamment pour cette raison que l'on retient un fond concave, ayant une bonne résistance mécanique intrinsèque à la pression, tout en étant susceptible de se retourner sous l'effet d'une pression plus élevée, dans une conformation convexe augmentant le volume de la cartouche.
- A cet égard, et sous l'effet d'une pression interne croissante, on peut distinguer et caractériser une telle cartouche par deux seuils de pression.
- Le premier est relatif à la pression de première déformation permanente (donc irréversible ou définitive) et visible ; ce seuil est encore appelé pression d'épreuve. A ce seuil de pression, tout ou partie de la cartouche (corps plus fond essentiellement) subit une déformation non élastique, augmentant le volume interne de la cartouche, mais n'altérant pas son étanchéité globale. Passé ce seuil de pression, la même déformation se poursuit ou d'autres déformations apparaissent, jusqu'à "épuisement" de toutes les possibilités locales ou globales de déformation de la cartouche, mais toujours en préservant l'étanchéité de cette dernière.
- Le second seuil est relatif à la pression d'éclatement de la cartouche, à laquelle cette dernière perd son étanchéité et donc fuit.
- Plus les pressions d'épreuve et d'éclatement d'une cartouche sont élevées, meilleure est la sécurité de stockage, de transport, et d'utilisation d'une telle cartouche. Tels sont également les principes techniques retenus dans différents pays, par les règlementations respectivement applicables en matière de sécurité à ces emballages perdus, puisque de manière générale pour lesdits pays :
- la pression d'épreuve (Pep) doit être au moins égale à la tension de vapeur du gaz à une température T, multipliée par un coefficient x ;
- la pression d'éclatement (Pec) doit être au moins égale à cette même tension de vapeur, multipliée par un coefficient y ;
- x est compris entre 1,5 et 1, 55, et y est compris entre 1,8 et 1,9 ;
- la température T retenue est comprise entre 50° C et 55° C. - Ceci étant, par référence à la figure 3, éclatée en six figures partielles (3e à 3f), la Demanderesse a établi qu'une cartouche telle que décrite par référence aux figures 1 et 2 pouvait être parfaitement conforme aux règlementations applicables en matière de sécurité, tout en montrant les caractéristiques secondaires explicitées ci-après.
- Selon le graphe d'épreuve hydraulique de la figure 3a, on augmente la pression hydraulique à l'intérieur d'une cartouche telle que représentée aux figures 1 et 2, et on observe à la fois l'évolution dans le temps de la pression interne, et les déformations du serti (8) et/ou du fond concave (7).
- Au départ, selon la figure 3b, le serti (8) a la forme représentée de manière éclatée à la figure 2.
- Pendant la phase 1, la pression augmente rapidement jusqu'au point A, correspondant à la pression d'épreuve (Pep). A cette pression, on constate une première déformation locale, et en tout cas dissymétrique, consistant soit en un glissement du pied droit (7b) du fond (7) par rapport au bord droit (4g) du corps, selon la figure 3c, soit en un bossage convexe apparaissant dans la partie en arc (7a) de la voûte (7), selon la figure 3d. La pression d'épreuve ainsi déterminée est supérieure à x fois la pression de vapeur du butane commercial à la température T, par exemple 3, 1 bars, selon la règlementation applicable.
- Pendant la phase 2, la pression diminue tout d'abord brutalement, puis oscille au gré des nouvelles déformations locales ou globales de la paroi de la cartouche, en passant par le retournement complet du fond (8) selon la figure (3e). A la fin de la phase 2, toutes les possibilités de déformation locale ayant été "épuisées", la pression interne augmente à nouveau vers le point B, correspondant à la pression d' éclatement de la cartouche, par déroulement et dissociation du serti (8) selon la figure (3f). La pression d'éclatement ainsi déterminée est supérieure à y fois la pression de vapeur du butane commercial à la température T, par exemple 2,8 bars, selon la règlementation applicable.
- Selon le descriptif expérimental précédent, on observe que tout en satisfaisant la règlementation en vigueur, et en manifestant diverses déformations avant d'éclater, la pression d'épreuve (Pep) est supérieure à la pression d'éclatement (Pec).
- Cette supériorité peut orienter l'excès de pression dans la cartouche préférentiellement vers l'éclatement de cette dernière, dans certains cas marginaux, par exemple lorsque le fond présente une certaine résistance au retournement.
- Soucieuse de dépasser le seuil de sécurité prévu par les règlementations en vigueur, la présente invention a recherché quels étaient les moyens d'assurer la supériorité de la pression d'éclatement de la cartouche, à savoir (Pec), par rapport à la pression d'épreuve de cette dernière, à savoir (Pep), et ce de manière à assurer et sécuriser la chronologie décrite par référence à la figure 3, c'est-à-dire un éclatement succédant toujours à une ou plusieurs déformations étanches de la cartouche.
- Une première voie de résolution du problème ainsi posé a consisté à considérer que si la pression d'épreuve excédait la pression d'éclatement, c'était parce que le fond concave présentait une trop forte résistance au retournement. On a donc cherché à affaiblir le fond concave, de manière à améliorer sa déformabilité vers l'extérieur.
- Une première solution consistant à utiliser une tôle en acier relativement mou doit être écartée, car le fond se retourne alors beaucoup trop tôt.
- Une deuxième solution consistant à utiliser une tôle relativement plus mince doit être également écartée, car le sertissage implique la mise en oeuvre de tôles d'épaisseur minimum.
- Une troisième solution consistant à diminuer la concavité, c'est-à-dire à augmenter le rayon de courbure du fond doit être également écartée, car elle diminue ou supprime la possibilité d'empiler les cartouches les unes sur les autres d'une part, et elle limite voire annule l'augmentation du volume de sécurité apportée par le retournement du fond concave, d'autre part.
- C'est alors que, toujours pour résoudre le même problème technique, la présente invention a considéré une autre voie de résolution, en soi inventive, et pouvant être formulée de la manière suivante. Si la pression d'éclatement demeure moins importante que la pression d'épreuve, c'est parce que, conformément à la figure 2, le pied droit (7b) de la voûte (7) du fond concave, céde ou glisse trop facilement par rapport au bord droit (4g) du corps (4). Ce glissement est en outre favorisé par la trajectoire dégageante des outils actuels d'emboutissage, laissant la pression interne agir à la manière d'un "coin" entre les portions (4g) et (7b).
- Partant de ce constat, l'invention a recherché tous moyens permettant de diminuer ou gêner les possibilités de glissement du fond par rapport au corps cylindrique de la boîte à gaz.
- De manière générale, selon l'invention, et par référence à la figure 4 en section diamétrale, on a trouvé qu'une zone de recouvrement entre le pied droit (7b) du fond concave (7) et le bord droit (4g) du corps cylindrique (4), s'étendant en hauteur d'un niveau inférieur correspondant au cordon (8) annulaire de liaison, à un niveau supérieur situé au-dessus dudit cordon, conduit à un bon appui de la voûte (7a,7b) sur le corps (4), empêchant tout éclatement ou fuite éventuel pendant la ou les déformations visibles de la boîte à gaz, sous l'effet de la pression interne.
- La solution, selon l'invention, se matérialise par une zone de recouvrement s'étendant en hauteur d'un niveau inférieur situé à la base du serti (8) a un niveau supérieur situé au-dessus de ce dernier.
- Préférentiellement, la hauteur de la zone de recouvrement étant exprimée par le rapport entre (Cf. figure 4) la hauteur interne (c) du pied droit (7b) et la hauteur externe (s) du serti, on a déterminé que ce rapport devait être au moins égal pour obtenir le résultat recherché. En dessous de cette valeur, on obtient en effet, ou une grande proximité entre les pressions d'épreuve et d'éclatement, ou l'infériorité de la seconde par rapport à la première.
- Par référence à la figure 5, similaire à la figure 3, mais pour une cartouche selon l'invention, on obtient un graphe d'épreuve hydraulique présentant les caractéristiques suivantes :
- la pression Pec est effectivement supérieure à la pression Pep,
- la déformation étanche du fond concerne principalement l'arc (7a) du fond, à l'exclusion du serti (8) ; cf. figure 5c ;
- l'éclatement intervient après cette déformation complète ; cf. figure 5d. - L'invention apporte en outre les avantages déterminants suivants.
- Elle ne modifie pas les autres caractéristiques de construction de la cartouche, telles que l'épaisseur des tôles métalliques mises en oeuvre.
- La pression d'épreuve ou de première déformation visible demeure relativement inchangée.
- Seule la pression d'éclatement est relativement augmentée par rapport à la pression d'épreuve, ce qui signifie qu'on accroît notablement la sécurité d'utilisation d'une telle cartouche. De ce point de vue, et s'agissant de cartouches de butane, on peut alors envisager avec sécurité des remplissages de mélanges butane-propane présentant des tensions de vapeur relativement plus élevées, dits "butane dopé".
Claims (6)
- la bordure du corps est conformée à la manière d'un crochet d'ancrage (4f) tourné vers l'extérieur
- le fond concave (7) présente successivement de l'intérieur vers l'extérieur de la boîte, un arc intérieur (7) symétrique par rapport à l'axe (9) du corps, le pied droit (7b) intérieur, et un crochet extérieur (7c) retourné et engagé dans le crochet d'ancrage (4f) de la bordure circulaire
- la zone de recouvrement entre le pied droit (7b) du fond concave (7) et le bord droit (4g) du corps cylindrique (4) s'étendant en hauteur à partir d'un niveau inférieur situé à la base du serti
caractérisée en ce que le bord droit (4g) s'étend en hauteur jusqu'à un niveau supérieur situé au-dessus du serti (8).
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