EP4433739A1 - Dispositif et procédé d'accouplement - Google Patents

Dispositif et procédé d'accouplement

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EP4433739A1
EP4433739A1 EP22799948.9A EP22799948A EP4433739A1 EP 4433739 A1 EP4433739 A1 EP 4433739A1 EP 22799948 A EP22799948 A EP 22799948A EP 4433739 A1 EP4433739 A1 EP 4433739A1
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EP
European Patent Office
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connection
pipe
valve
pipes
valve mechanisms
Prior art date
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Pending
Application number
EP22799948.9A
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German (de)
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Inventor
Gaëtan COLEIRO
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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    • F16L37/252—Couplings of the quick-acting type in which the connection is made by inserting one member axially into the other and rotating it to a limited extent, e.g. with bayonet-action the coupling being co-axial with the pipe the male part having lugs on its periphery penetrating into the corresponding slots provided in the female part
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/1624—Destructible or deformable element controlled
    • Y10T137/1632—Destructible element
    • Y10T137/1654—Separable valve coupling or conduit

Definitions

  • the invention relates to a coupling device and method.
  • the invention relates more particularly to a coupling device for the transport of cryogenic fluid separable in the event of an emergency and with automatic closing, the device comprising two fluid transport pipes extending in a longitudinal direction and each comprising, at a connection end, a valve mechanism configured to automatically close the pipe when the connection ends are separated and allow the opening of the pipe when the connection ends are mated, the device further comprising an outer tube disposed around each pipe transport and defining a vacuum space for the thermal insulation of the transport pipe, the device comprising a mechanism for rapid connection of the two pipes comprising conjugate mechanical attachment members located respectively at the level of the two connection ends, the device further comprising an emergency separation system configured to allow separation of the two lines when the connecting ends are mated via the quick connect mechanism.
  • Coupling devices for the transfer of cryogenic fluids use a "Johnston" type fitting.
  • cryogenic fluids e.g. liquefied hydrogen
  • Known devices require the line to be purged before and after coupling.
  • a problem with coupling devices for the transfer of liquid hydrogen is the need to provide a quick and reliable connection that allows safe separation in the event of a problem.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the device according to the invention is essentially characterized in that the emergency separation system is located at the level of one end of connection of a first pipe and comprises a set of movable connection parts between a first configuration providing a rigid mechanical connection between the connection end provided with attachment member(s) of said first pipe and the rest of the first pipe and a second split configuration in which the connection end of the first pipe provided with member(s) for mechanical attachment(s) of the quick-connect mechanism is separated from the rest of the first pipe.
  • the invention also relates to a method for coupling two transport pipes of a device according to any one of the characteristics above or below, comprising a step of bringing the two connection ends together in which the two ends of connection are coupled in leaktight manner with respect to the outside, a step of bringing the two valve mechanisms (4, 6, 8, 5, 7, 9) into contact, a step of opening two valve mechanisms (4, 6, 8, 5, 7, 9) and a cryogenic fluid circulation step from one pipe to another.
  • the method comprises, before the step of opening the two valve mechanisms, an intermediate configuration in which the two connection ends are coupled in leaktight manner with respect to the outside and the two valve mechanisms are in the closed position, the step of opening the two valve mechanisms being carried out via an additional relative bringing together of the two fluid transport pipes and/or a relative displacement of at least a part of the two valve mechanisms .
  • the invention also relates to a method for separating two coupled transport pipes from a device according to any one of the characteristics above or below, comprising a step of closing the two valve mechanisms via a relative spacing of the two fluid transport pipes and/or a relative movement of at least a part of the two valve mechanisms, then a step of separating the two connection ends.
  • the method comprises, between the step of closing the two valve mechanisms and the separation step, an intermediate configuration in which the two connection ends remain coupled in a leaktight manner with respect to the outside and the two valve mechanisms are in the closed position, the step of closing the two valve mechanisms being carried out via an additional relative separation of the two fluid transport pipes and/or a relative displacement of at least a part of the two valve mechanisms.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 represents a longitudinal sectional view, schematic and partial, illustrating a first embodiment of the coupling device in an uncoupled configuration
  • FIG. 1 represents a longitudinal sectional view, schematic and partial, illustrating the first embodiment of the coupling device in a coupled configuration
  • FIG. 1 represents a longitudinal sectional view, schematic and partial, illustrating the first embodiment of the coupling device in a separated configuration via the emergency separation system
  • FIG. 1 represents a longitudinal sectional view, schematic and partial, illustrating a second embodiment of the coupling device in an uncoupled configuration
  • FIG. 1 shows a side view, diagrammatic, partial and in transparency, of a detail second example of embodiment of the coupling device in a coupled position
  • FIG. 1 shows a view in longitudinal section, of another embodiment of the valve mechanisms of the coupling device in an open position.
  • the illustrated coupling device 1 is configured for transporting cryogenic fluid, for example liquid hydrogen.
  • This device is of the type with quick coupling and separable in case of emergency and with automatic closing.
  • the device 1 comprises two fluid transport pipes 2, 3 extending in a longitudinal direction and each comprising, at one connection end, a valve mechanism 4, 6, 8, 5, 7, 9 configured to automatically close the pipe 2, 3 when the connection ends are separated.
  • the valve mechanisms are configured to allow the opening of the pipe 2, 3 and the circulation of fluid when the connection ends are coupled.
  • the device 1 further comprises an outer tube 10, 11 disposed around each transport pipe 2, 3 and defining a vacuum space for thermal insulation of the transport pipe 2, 3.
  • the vacuum space between the outer tube 10, 11 and the transport pipe 2, 3 may comprise a thermal insulator, for example of the multilayer (“MLI”) type.
  • connection ends preferably form a system of the male/female type in which a male end 3, 11 is housed in the female end 2, 10 when the connection ends are coupled.
  • valve mechanism 4, 6, 8 of one of the two transport pipes 2 can be housed relatively further back inside its outer tube 10 than the other valve mechanism 5, 7, 9 in its tube 11 so as to form the male and female type system in which, in the assembled position of the two transport pipes 2, 3, one connection end enters the other connection end.
  • the device 1 comprises a mechanism for quick connection of the two pipes 2, 3 comprising conjugate mechanical attachment members 12, 13 located respectively at the two connection ends.
  • the mechanism for quick connection of the two pipes 2, 3 preferably comprises at least one protruding part 12 located on one connection end and at least one housing 13 configured to receive the protruding part(s).
  • the quick-connect mechanism is of the bayonet type (cf. : at least one lug 12 is received in a groove 13).
  • the quick-connect mechanism can be of any other appropriate type, for example with balls and/or claws and/or screw and nut (quick coupling used by the hydraulic lines of firefighters' apparatus in particular).
  • the device 1 further comprises an emergency separation system ("breakaway" in English) configured to allow the separation of the two pipes 2, 3 when the connecting ends are coupled via the quick connection mechanism 12, 13.
  • an emergency separation system (“breakaway” in English) configured to allow the separation of the two pipes 2, 3 when the connecting ends are coupled via the quick connection mechanism 12, 13.
  • the emergency separation system is located at a connection end of a first pipe and comprises a set of movable connection parts between a first configuration providing a rigid mechanical connection between the connection end provided with organs (s) hooking 12, 13 of said first pipe 2, 3 and the rest of the first pipe 2, 3 (cf. for example Or and a second split or separate configuration in which the connection end of the first pipe provided with mechanical attachment member(s) 12, 13 of the quick-connect mechanism is separated from the rest of the first pipe 2, 3 (cf. ). That is, the emergency separation system is separate from the quick connect mechanism.
  • connection end provided with the emergency separation system comprises a structure with two separable sections 24, 15, the separation system comprising a mechanical connection separably connecting the two separable sections 24, 15.
  • this mechanical connection is of the ball type (cf. which will be described in more detail below).
  • the separable mechanical connection can comprise any other mechanism, for example a collar 22 connecting two bides 21 belonging to the two adjacent separable sections.
  • the mechanical connection may comprise a system of frangible screws 19 (“breaking screws”) ensuring a connection between two flanges 21 belonging to the two adjacent separable sections cf. [cf. ].
  • the emergency separation system comprises a set of balls 16 mounted at a junction between the two separable sections 24, 15.
  • the balls 16 are for example mounted to move radially relative to the two sections 24, 15 between a first position cooperating in abutment or clamping with the two sections 24, 15 for a rigid longitudinal connection between the sections 24, 15 and a second position in which the balls 16 are not in abutment or clamping with one 24 of the sections to allow the separation of the sections 24, 15.
  • the emergency separation system preferably further comprises a movable locking ring 17 between a locking position locking the balls 16 in their first position and an unlocking position allowing the balls 16 to move to their second position.
  • the emergency separation system comprises a return member 18 such as a spring urging the locking ring 17 towards its locking position.
  • the locking ring 17 blocks and prevents the separation of the two sections 24, 15.
  • the displacement of the locking ring 17 makes it possible to unlock this mechanical ball connection, the two sections can be separated.
  • the locking ring 17 can be slidably mounted in the longitudinal direction on a section 15 secured to the outer tube 10 of the pipe 2 concerned.
  • each end 5, 7, 9, 4, 6, 8 of connection can be of the movable valve type urged towards a seat by a return member such as a spring.
  • valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 are preferably configured to pass sequentially from a first configuration to a second configuration. In the first configuration, the connection ends can be in contact and the valve mechanisms are not actuated in opening.
  • a first of the transport pipes 3 may comprise a movable valve 5 urged by a return member 9 towards a closed position against a fixed seat 7 disposed around the valve 5.
  • the valve mechanism of the second transport pipe 2 may comprise meanwhile reference valve 4 and a movable seat 6 arranged around the reference valve 4, the movable seat 6 being biased towards a closed position against the reference valve 4 by a return member 8.
  • the reference valve 4 of the second transport pipe 2 is fixed and cannot be moved relative to its transport pipe 2 and in the second configuration one end of the reference valve 4 of the second transport pipe 2 automatically pushes the movable valve 5 of the first pipe 3 for transport out of its seat 7 to ensure opening and fluid communication between the two pipes 2, 3 for transport.
  • the reference valve 4 of the second transport pipe 2 does not push the movable valve 5 of the first transport pipe 3 out of its seat 7, keeping the valve mechanism closed.
  • the movable seat 6 remains in its closed position against the reference valve 4.
  • the valve mechanisms are actuated in opening (for example mutual actuation of the valve mechanisms).
  • connection ends are in contact and the reference valve 4 of the second transport pipe 2 pushes the movable valve 5 of the first transport pipe 3 out of its seat 7 and causes the opening of the mechanism valve(s).
  • connection end of the first transport pipe 3 does not push back the movable seat 6 of the second transport pipe 2 relative to its reference valve 4 to maintain closure and prevent fluid communication. between the two transport lines 2, 3.
  • connection end of the first transport pipe 3 pushes the movable seat 6 of the second transport pipe 2 relative to its reference valve 4 to ensure opening and fluid communication between the two transport lines 2, 3.
  • connection end of the first transport pipe 3 can optionally push back automatically by abutment the movable seat 6 of the second transport pipe 2 relative to its reference valve 4 to ensure the opening and a fluid communication between the two conduits 2, 3 for transport.
  • the transition from the first configuration (valve mechanisms closed) to the second configuration (valve mechanisms open) can be achieved by a relative rimpedement of the two pipes 2, 3 for transporting fluid and / or a relative approximation of the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 for example manually and/or in a controlled manner by a control member.
  • a coupling sequence of two transport pipes 2, 3 of such a device may comprise a step of bringing the two connection ends together in which the two connection ends are coupled in a sealed manner with respect to the outside. , then a step of bringing the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 into contact, a step of opening two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 and a circulation step of cryogenic fluid from one line to the other.
  • the sequence may comprise, before the step of opening the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9, a stable intermediate configuration in which the two connection ends are coupled in a sealed manner with respect to from the outside and the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 are in the closed position, the step of opening the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 being carried out via an additional relative bringing together of the two pipes 2, 3 for transporting fluid and/or a relative displacement of at least part of the two valve mechanisms.
  • the closing of the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 can be obtained via a relative spacing of the two conduits 2, 3 for transporting fluid and/or a relative displacement of at least a part of the two mechanisms. of valves. This closure can be followed by a step of separating the two connection ends.
  • the device can also pass through a stable intermediate configuration in which the two connection ends remain coupled in such a way sealed vis-à-vis the outside and the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 are in the closed position.
  • the step of closing the two valve mechanisms 4, 6, 8, 5, 7, 9 can be carried out via an additional relative spacing of the two pipes 2, 3 for transporting fluid and/or a relative displacement of at least one part of the two valve mechanisms.
  • the device 1 while having a simple and ergonomic structure, allows reliable connections and disconnections, for example manually.
  • the device minimizes heat entry into the cold parts.
  • the external parts are at cryogenic temperature.
  • the device does not require purging before and after fluid transfer.
  • the tight coupling/uncoupling and the opening/closing of the valve mechanisms can be carried out sequentially.
  • Both ends have both a quick-connect mechanism and an emergency separation system that does not release fluid in the event of separation. That is to say that the same device combines a quick connection and a separation system.
  • the quick connection mechanism can remain active, but in the event of an incident an operator can separate the two connection ends via the separation mechanism.
  • the separation permitted by the separation system is carried out on the relatively hotter connection end. This has the effect of protecting the relatively cooler cold side and not exposing the operator to its contact.
  • the quick-connect mechanism may, if necessary, be of the same type as the separation system.
  • a gripping member 14 can be provided to manipulate a connection end, in particular at its quick-connection mechanism. This gripping member 14 can remain connected to the other connection end after separation from the separation system.
  • Another gripping member 23, for example of the same type, may be provided elsewhere on this connection end (and/or on the other connection end).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)

Abstract

Dispositif d'accouplement pour le transport de fluide cryogénique séparable en cas d'urgence et à fermeture automatique, le dispositif comprenant deux conduites (2, 3) de transport de fluide s'étendant selon une direction longitudinale et comprenant chacune, à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) configuré pour fermer automatiquement la conduite (2, 3) lorsque les extrémités de raccordement sont séparées et permettre l'ouverture de la conduite (2, 3) lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le dispositif (1) comprenant en outre un tube (10, 11) externe disposé autour de chaque conduites (2, 3) de transport et définissant un espace sous vide pour l'isolation thermique de la conduite (2, 3) de transport, le dispositif (1) comprenant un mécanisme de connexion rapide des deux conduites (2, 3) comprenant des organes d'accrochage (12, 13) mécaniques conjugués situés au niveau respectivement des deux extrémités de raccordement, le dispositif (1) comprenant en outre un système (24, 15, 16, 17, 18, 19, 21) de séparation d'urgence configuré pour permettre la séparation des deux conduites (2, 3) lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées via le mécanisme de connexion rapide (12, 13), caractérisé en ce que le système (24, 15, 16, 17, 18, 19, 21) de séparation d'urgence est situé au niveau d'une extrémité de raccordement d'une première conduite et comprend un ensemble de pièces de liaison déplaçable entre une première configuration assurant une liaison mécanique rigide entre l'extrémité de raccordement munie d'organe(s) d'accrochage (12, 13) de ladite première conduite (2, 3) et le reste de la première conduite (2, 3) et une seconde configuration scindée dans laquelle l'extrémité de raccordement de la première conduite munie d'organe(s) d'accrochage (12, 13) mécanique(s) du mécanisme de connexion rapide est séparée du reste de la première conduite (2, 3).

Description

    Dispositif et procédé d’accouplement
  • L’invention concerne un dispositif et un procédé d’accouplement.
  • L’invention concerne plus particulièrement un dispositif d’accouplement pour le transport de fluide cryogénique séparable en cas d’urgence et à fermeture automatique, le dispositif comprenant deux conduites de transport de fluide s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant chacune, à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet configuré pour fermer automatiquement la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont séparées et permettre l’ouverture de la conduite lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le dispositif comprenant en outre un tube externe disposé autour de chaque conduites de transport et définissant un espace sous vide pour l’isolation thermique de la conduite de transport, le dispositif comprenant un mécanisme de connexion rapide des deux conduites comprenant des organes d’accrochage mécaniques conjugués situés au niveau respectivement des deux extrémités de raccordement, le dispositif comprenant en outre un système de séparation d’urgence configuré pour permettre la séparation des deux conduites lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées via le mécanisme de connexion rapide.
  • Les dispositifs d’accouplement pour le transfert de fluides cryogéniques (par exemple de l’hydrogène liquéfié) utilisent un raccord du type « Johnston ». Les dispositifs connus nécessitent une purge de la ligne avant et après accouplement.
  • D’autres types de raccords existent pour les applications de gaz naturel liquéfié. Cependant, ces derniers ne sont pas adaptés à l’hydrogène liquide pour des raisons d'efficacité thermique et de sécurité. En particulier, ils n'offrent pas l'isolation thermique requise.
  • Une problématique des dispositifs d’accouplement pour le transfert d’hydrogène liquide est la nécessité de prévoir une liaison rapide et fiable et qui permet une désolidarisation de sécurité en cas de problème.
  • 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 système de séparation d’urgence est situé au niveau d’une extrémité de raccordement d’une première conduite et comprend un ensemble de pièces de liaison déplaçable entre une première configuration assurant une liaison mécanique rigide entre l’extrémité de raccordement munie d’organe(s) d’accrochage de ladite première conduite et le reste de la première conduite et une seconde configuration scindée dans laquelle l’extrémité de raccordement de la première conduite munie d’organe(s) d’accrochage mécanique(s) du mécanisme de connexion rapide est séparée du reste de la première conduite.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • le mécanisme de connexion rapide des deux conduites comprend au moins une pièce saillante située sur une extrémité de raccordement et au moins un logement configurée pour accueillir le ou les pièces saillantes, par exemple le mécanisme de connexion rapide est du type à baïonnette et/ou du type à billes et/ou à griffes et/ou à vis et écrou,
    • l’extrémité de raccordement munie du système de séparation d’urgence comprend une structure à deux tronçons séparables, le système de séparation comprenant une liaison mécanique reliant de façon séparable les deux tronçons séparables, par exemple un raccord rapide du type à billes et/ou à collier de séparation et/ou à vis frangibles,
    • le système de séparation d’urgence comprend un ensemble de bille(s) montées à une jonction entre les deux tronçons séparables, les billes étant montées mobiles relativement aux deux tronçons entre une première position coopérant en butée ou serrage avec les deux tronçons pour une liaison rigide entre les tronçons et une seconde position dans laquelle les billes ne sont pas en butée ou serrage avec l’un des tronçons pour permettre la séparation des tronçons, le système de séparation d’urgence comprenant une bague de verrouillage mobile entre une position de verrouillage bloquant les billes dans leur première position et une position de déverrouillage autorisant les billes à se déplacer vers leur seconde position, le système de séparation d’urgence comprenant un organe de rappel tel qu’un ressort sollicitant la bague de verrouillage vers sa position de verrouillage,
    • la bague de verrouillage est montée coulissante selon la direction longitudinale sur un tronçon solidaire du tube externe de la conduite concernée,
    • le mécanisme de clapet de chaque extrémité de raccordement comprend un clapet et un siège dont l’un est mobile relativement à l’autre et est sollicité vers une position de fermeture par un organe de rappel,
    • le mécanisme de clapet d’une première des conduites de transport comprend un clapet mobile sollicité par un organe de rappel vers une position de fermeture contre un siège fixe disposé autour du clapet, le mécanisme de clapet de la seconde conduite de transport comprenant un clapet de référence et un siège mobile disposé autour du clapet de référence, le siège mobile étant sollicité vers une position de fermeture contre le clapet de référence par un organe de rappel,
    • le mécanisme de clapet d’une des deux conduites de transport est logé relativement plus en retrait à l’intérieur de son tube externe que l’autre mécanisme de clapet dans son tube de sorte à former le système de type mâle et femelle dans lequel, en position assemblée des deux conduites de transport, une extrémité de raccordement pénètre dans l’autre extrémité de raccordement,
    • lors du passage d’une position séparée à la position accouplée des deux extrémités de raccordement, les mécanismes de clapet sont configurés pour passer séquentiellement d’une première configuration à une seconde configuration, dans la première configuration les extrémités de raccordement sont en contact et les deux mécanismes de clapet sont fermés, dans la seconde configuration, les extrémités de raccordement sont en contact et les mécanismes de clapet sont ouverts par actionnement mutuel,
    • le passage de la première configuration à la seconde configuration est réalisé par un rapprochement relatif des deux conduites de transport de fluide et/ou un rapprochement relatif des deux mécanismes de clapets par exemple manuellement et/ou de façon commandée par un organe de commande,
    • l'espace sous vide entre le tube externe et la conduite de transport comprend un isolant thermique par exemple du type multicouches « MLI ».
  • L’invention concerne également un procédé d’accouplement de deux conduites de transport d’un dispositif selon l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, comprenant une étape de rapprochement des deux extrémités de raccordement dans laquelle les deux extrémités de raccordement sont accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur, une étape de mise en contact des deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9), une étape d’ouverture deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) et une étape de circulation de fluide cryogénique d’une conduite à l’autre.
  • Selon d’autres particularités possibles le procédé comporte, avant l’étape d’ouverture des deux mécanismes de clapet, une configuration intermédiaire dans laquelle les deux extrémités de raccordement sont accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur et les deux mécanismes de clapet sont en position fermée, l’étape d’ouverture des deux mécanismes de clapet étant réalisée via un rapprochement relatif supplémentaire des deux conduites de transport de fluide et/ou un déplacement relatifs d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets.
  • L’invention concerne également un procédé de séparation de deux conduites de transport accouplées d’un dispositif selon l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, comprenant une étape de fermeture des deux mécanismes de clapet via un écartement relatif des deux conduites de transport de fluide et/ou un déplacement relatifs d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets, puis une étape de séparation des deux extrémités de raccordement.
  • Selon une particularité possible, le procédé comprend, entre l’étape de fermeture des deux mécanismes de clapet et l’étape de séparation, une configuration intermédiaire dans laquelle les deux extrémités de raccordement restent accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur et les deux mécanismes de clapet sont en position fermée, l’étape de fermeture des deux mécanismes de clapet étant réalisée via un écartement relatif supplémentaire des deux conduites de transport de fluide et/ou un déplacement relatif d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets.
  • L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
  • D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
  • représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un premier exemple de réalisation du dispositif d’accouplement dans une configuration non accouplée,
  • représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant le premier exemple de réalisation du dispositif d’accouplement dans une configuration accouplée,
  • représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant le premier exemple de réalisation du dispositif d’accouplement dans une configuration séparée via le système de séparation d’urgence,
  • représente une vue de côté, schématique et partielle, d’un détail du dispositif d’accouplement illustrant un autre exemple de réalisation du système de séparation d’urgence,
  • représente une vue de côté, schématique et partielle, d’un détail du dispositif d’accouplement illustrant encore un autre exemple de réalisation du système de séparation d’urgence,
  • représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un deuxième exemple de réalisation du dispositif d’accouplement dans une configuration non accouplée,
  • représente une vue de côté, schématique, partielle et en transparence, d’un détail deuxième exemple de réalisation du dispositif d’accouplement dans une position accouplée,
  • représente une vue en coupe longitudinale, d’un autre exemple de réalisation des mécanismes de clapets du dispositif d’accouplement dans une position ouverte.
  • Le dispositif 1 d’accouplement illustré est configuré pour le transport de fluide cryogénique, par exemple de l’hydrogène liquide. Ce dispositif est du type à accouplement rapide et séparable en cas d’urgence et à fermeture automatique.
  • Le dispositif 1 comprend deux conduites 2, 3 de transport de fluide s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant chacune, à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 configuré pour fermer automatiquement la conduite 2, 3 lorsque les extrémités de raccordement sont séparées. Les mécanismes de clapets sont configurés pour permettre l’ouverture de la conduite 2, 3 et la circulation de fluide lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées.
  • Le dispositif 1 comprend en outre un tube 10, 11 externe disposé autour de chaque conduites 2, 3 de transport et définissant un espace sous vide pour l’isolation thermique de la conduite 2, 3 de transport. L'espace sous vide entre le tube externe 10, 11 et la conduite 2, 3 de transport peut comprendre un isolant thermique par exemple du type multicouches (« MLI »).
  • Les extrémités de raccordement forment de préférence un système du type mâle/femelle dans lequel une extrémité mâle 3,11 est logée dans l’extrémité femelle 2, 10 lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées.
  • Ainsi, le mécanisme de clapet 4, 6, 8 d’une des deux conduites 2 de transport peut être logé relativement plus en retrait à l’intérieur de son tube 10 externe que l’autre mécanisme de clapet 5, 7, 9 dans son tube 11 de sorte à former le système de type mâle et femelle dans lequel, en position assemblée des deux conduites 2, 3 de transport, une extrémité de raccordement pénètre dans l’autre extrémité de raccordement.
  • Le dispositif 1 comprend un mécanisme de connexion rapide des deux conduites 2, 3 comprenant des organes d’accrochage 12, 13 mécaniques conjugués situés au niveau respectivement des deux extrémités de raccordement.
  • Le mécanisme de connexion rapide des deux conduites 2, 3 comprend de préférence au moins une pièce saillante 12 située sur une extrémité de raccordement et au moins un logement 13 configurée pour accueillir le ou les pièces saillantes. Par exemple, le mécanisme de connexion rapide est du type à baïonnette (cf.  : au moins un ergot 12 est reçu dans une rainure 13). Bien entendu, le mécanisme de connexion rapide peut être de tout autre type approprié, par exemple à billes et/ou à griffes et/ou à vis et écrou (raccord rapide utilisé par les conduites hydrauliques des appareils de pompiers notamment).
  • Le dispositif 1 comprend en outre un système de séparation d’urgence (« breakaway » en anglais) configuré pour permettre la séparation des deux conduites 2, 3 lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées via le mécanisme de connexion rapide 12, 13.
  • Le système de séparation d’urgence est situé au niveau d’une extrémité de raccordement d’une première conduite et comprend un ensemble de pièces de liaison déplaçable entre une première configuration assurant une liaison mécanique rigide entre l’extrémité de raccordement munie d’organe(s) d’accrochage 12, 13 de ladite première conduite 2, 3 et le reste de la première conduite 2, 3 (cf. par exemple ou et une seconde configuration scindée ou séparée dans laquelle l’extrémité de raccordement de la première conduite munie d’organe(s) d’accrochage 12, 13 mécanique(s) du mécanisme de connexion rapide est séparée du reste de la première conduite 2, 3 (cf. ). C’est-à-dire que le système de séparation d’urgence est distinct du mécanisme de connexion rapide. Ces deux systèmes et mécanismes assurent des séparations distinctes des deux conduites.
  • Par exemple, l’extrémité de raccordement munie du système de séparation d’urgence comprend une structure à deux tronçons 24, 15 séparables, le système de séparation comprenant une liaison mécanique reliant de façon séparable les deux tronçons 24, 15 séparables. Par exemple, cette liaison mécanique est du type à billes (cf. qui sera décrit plus en détail ci-après).
  • Bien entendu la liaison mécanique séparable peut comporter tout autre mécanisme, par exemple un collier 22 reliant deux bides 21 appartenant aux deux tronçons adjacents séparables. De même, la liaison mécanique peut comporter un système de vis 19 frangibles (« vis de casse ») assurant une liaison entre deux brides 21 appartenant aux deux tronçons adjacents séparables cf. [cf. ].
  • En cas d’effort au-dessus d’un seuil et/ou en cas d’activation, la liaison mécanique 19, 22 est brisée permettant la séparation des deux tronçons 24, 15.
  • Dans l’exemple de la , le système de séparation d’urgence comprend un ensemble de billes 16 montées à une jonction entre les deux tronçons 24, 15 séparables.
  • Les billes 16 sont par exemple montées mobiles radialement relativement aux deux tronçons 24, 15 entre une première position coopérant en butée ou serrage avec les deux tronçons 24, 15 pour une liaison longitudinale rigide entre les tronçons 24, 15 et une seconde position dans laquelle les billes 16 ne sont pas en butée ou serrage avec l’un 24 des tronçons pour permettre la séparation des tronçons 24, 15.
  • Comme illustré, le système de séparation d’urgence comprend de préférence en outre une bague 17 de verrouillage mobile entre une position de verrouillage bloquant les billes 16 dans leur première position et une position de déverrouillage autorisant les billes 16 à se déplacer vers leur seconde position (cf. . Le système de séparation d’urgence comprend un organe 18 de rappel tel qu’un ressort sollicitant la bague 17 de verrouillage vers sa position de verrouillage. Ainsi, en configuration normale la bague 17 de verrouillage bloque et empêche la séparation des deux tronçons 24, 15. En revanche, le déplacement de la bague 17 de verrouillage permet de déverrouiller cette liaison mécanique à billes, les deux tronçons peuvent être séparés.
  • La bague 17 de verrouillage peut être montée coulissante selon la direction longitudinale sur un tronçon 15 solidaire du tube externe 10 de la conduite 2 concernée.
  • Le mécanisme de clapet de chaque extrémité 5, 7, 9, 4, 6, 8 de raccordement peut être du type à clapet mobile sollicité vers un siège par un organe de rappel tel qu’un ressort.
  • De plus, de préférence, lors du passage d’une position séparée ( à la position accouplée ( ) des deux extrémités de raccordement, les mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 sont de préférence configurés, pour passer séquentiellement d’une première configuration à une seconde configuration. Dans la première configuration les extrémités de raccordement peuvent être en contact et les mécanismes de clapet ne s’actionnent pas en ouverture.
  • Comme illustré dans l’exemple des et , une première des conduites 3 de transport peut comprendre un clapet 5 mobile sollicité par un organe 9 de rappel vers une position de fermeture contre un siège 7 fixe disposé autour du clapet 5. Le mécanisme de clapet de la seconde conduite 2 de transport peut comprendre quant à lui clapet 4 de référence et un siège 6 mobile disposé autour du clapet 4 de référence, le siège 6 mobile étant sollicité vers une position de fermeture contre le clapet 4 de référence par un organe 8 de rappel.
  • Par exemple, le clapet 4 de référence de la seconde conduite 2 de transport est fixe et non déplaçable par rapport à sa conduite 2 de transport et dans la deuxième configuration une extrémité du clapet 4 de référence de la seconde conduite 2 de transport repousse automatiquement le clapet 5 mobile de la première conduite 3 de transport hors de son siège 7 pour assurer l’ouverture et une communication fluidique entre les deux conduites 2, 3 de transport.
  • Par exemple, dans le mode de réalisation des et , le clapet 4 de référence de la seconde conduite 2 de transport ne repousse pas le clapet 5 mobile de la première conduite 3 de transport hors de son siège 7 conservant la fermeture du mécanisme de clapet. Le siège 6 mobile reste dans sa position de fermeture contre le clapet 4 de référence. En revanche, dans la seconde configuration, les mécanismes de clapets sont actionnés en ouverture (par exemple actionnement mutuel des mécanismes de clapet).
  • Par exemple, dans le mode de réalisation des et , dans la seconde configuration, les extrémités de raccordement sont en contact et le clapet 4 de référence de la seconde conduite 2 de transport repousse le clapet 5 mobile de la première conduite 3 de transport hors de son siège 7 et provoque l’ouverture du mécanisme de clapet(s).
  • Par exemple, dans la première configuration, l’extrémité de raccordement de la première conduite 3 de transport ne repousse pas le siège 6 mobile de la seconde conduite 2 de transport relativement à son clapet 4 de référence pour maintenir la fermeture et empêcher la communication fluidique entre les deux conduites 2, 3 de transport. De plus, dans la seconde configuration, l’extrémité de raccordement de la première conduites 3 de transport repousse le siège 6 mobile de la seconde conduite 2 de transport relativement à son clapet 4 de référence pour assurer l’ouverture et une communication fluidique entre les deux conduites 2, 3 de transport.
  • En position accouplée des deux conduites 2, 3 de transport, l’extrémité de raccordement de la première conduites 3 de transport peut éventuellement repousser automatiquement par butée le siège 6 mobile de la seconde conduite 2 de transport relativement à son clapet 4 de référence pour assurer l’ouverture et une communication fluidique entre les deux conduites 2, 3 de transport.
  • Le passage de la première configuration (mécanismes de clapets fermés) à la seconde configuration (mécanismes de clapets ouverts) peut être réalisé par un rapprochement relatif des deux conduites 2, 3 de transport de fluide et/ou un rapprochement relatif des deux mécanismes de clapets 4, 6, 8, 5, 7, 9 par exemple manuellement et/ou de façon commandée par un organe de commande.
  • Une séquence d’accouplement de deux conduites 2, 3 de transport d’un tel dispositif peut comprendre une étape de rapprochement des deux extrémités de raccordement dans laquelle les deux extrémités de raccordement sont accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur, puis une étape de mise en contact des deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9, une étape d’ouverture deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 et une étape de circulation de fluide cryogénique d’une conduite à l’autre.
  • La séquence peut comporter, avant l’étape d’ouverture des deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9, une configuration intermédiaire stable dans laquelle les deux extrémités de raccordement sont accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur et les deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 sont en position fermée, l’étape d’ouverture des deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 étant réalisée via un rapprochement relatif supplémentaire des deux conduites 2, 3 de transport de fluide et/ou un déplacement relatifs d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets.
  • La fermeture des deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 peut être obtenue via un écartement relatif des deux conduites 2, 3 de transport de fluide et/ou un déplacement relatifs d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets. Cette fermeture peut être suivie d’une une étape de séparation des deux extrémités de raccordement.
  • Entre l’étape de fermeture des deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 et l’étape de séparation, le dispositif peut également passer par une configuration intermédiaire stable dans laquelle les deux extrémités de raccordement restent accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur et les deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 sont en position fermée. L’étape de fermeture des deux mécanismes de clapet 4, 6, 8, 5, 7, 9 peut être réalisée via un écartement relatif supplémentaire des deux conduites 2, 3 de transport de fluide et/ou un déplacement relatif d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets.
  • Le dispositif 1 tout en étant de structure simple et ergonomique, permet des connexions et déconnexions fiables, par exemple manuellement.
  • Le dispositif minimise les entrées de chaleur dans les parties froides. De plus, les parties extérieures sont à température cryogénique. Le dispositif ne nécessite pas de purge avant et après transfert de fluide.
  • L’accouplement étanche/ désaccouplement et l’ouverture/fermeture des mécanismes de clapets peuvent être réalisés séquentiellement.
  • Les deux extrémités possèdent à la fois un mécanisme de connexion rapide et un système de séparation d’urgence qui ne rejette pas de fluide en cas de séparation. C’est-à-dire qu’un même dispositif combine une connexion rapide et un système de séparation.
  • Le mécanisme de connexion rapide peut rester actif, mais en cas d’incident un opérateur peut réaliser la séparation des deux extrémités de raccordement via le mécanisme de séparation.
  • De plus, de préférence la séparation permise par le système de séparation est réalisée sur l’extrémité de raccordement relativement plus chaude. Ceci a pour effet de protéger le côté froid relativement plus froid et ne pas exposer l’opérateur à son contact.
  • A noter que le mécanisme de connexion rapide peut être le cas échéant du même type que le système de séparation.
  • Comme illustré un organe 14 de préhension peut être prévu pour manipuler une extrémité de raccordement, notamment au niveau de son mécanisme de raccordement rapide. Cet organe 14 de préhension peut rester lié à l’autre extrémité de raccordement après séparation du système de séparation.
  • Un autre organe 23 de préhension, par exemple du même type, peut être prévu ailleurs sur cette extrémité de raccordement (et/ou sur l’autre extrémité de raccordement).
  • La solution précitée est peu coûteuse, de masse et d’encombrement réduits.

Claims (15)

  1. Dispositif d’accouplement pour le transport de fluide cryogénique séparable en cas d’urgence et à fermeture automatique, le dispositif comprenant deux conduites (2, 3) de transport de fluide s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant chacune, à une extrémité de raccordement, un mécanisme de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) configuré pour fermer automatiquement la conduite (2, 3) lorsque les extrémités de raccordement sont séparées et permettre l’ouverture de la conduite (2, 3) lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées, le dispositif (1) comprenant en outre un tube (10, 11) externe disposé autour de chaque conduites (2, 3) de transport et définissant un espace sous vide pour l’isolation thermique de la conduite (2, 3) de transport, le dispositif (1) comprenant un mécanisme de connexion rapide des deux conduites (2, 3) comprenant des organes d’accrochage (12, 13) mécaniques conjugués situés au niveau respectivement des deux extrémités de raccordement, le dispositif (1) comprenant en outre un système (24, 15, 16, 17, 18, 19, 21) de séparation d’urgence configuré pour permettre la séparation des deux conduites (2, 3) lorsque les extrémités de raccordement sont accouplées via le mécanisme de connexion rapide (12, 13), caractérisé en ce que le système (24, 15, 16, 17, 18, 19, 21) de séparation d’urgence est situé au niveau d’une extrémité de raccordement d’une première conduite et comprend un ensemble de pièces de liaison déplaçable entre une première configuration assurant une liaison mécanique rigide entre l’extrémité de raccordement munie d’organe(s) d’accrochage (12, 13) de ladite première conduite (2, 3) et le reste de la première conduite (2, 3) et une seconde configuration scindée dans laquelle l’extrémité de raccordement de la première conduite munie d’organe(s) d’accrochage (12, 13) mécanique(s) du mécanisme de connexion rapide est séparée du reste de la première conduite (2, 3).
  2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mécanisme de connexion rapide des deux conduites (2, 3) comprend au moins une pièce saillante (12) située sur une extrémité de raccordement et au moins un logement (13) configurée pour accueillir le ou les pièces saillantes, par exemple le mécanisme de connexion rapide est du type à baïonnette et/ou du type à billes et/ou à griffes et/ou à vis et écrou.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l’extrémité de raccordement munie du système de séparation d’urgence comprend une structure à deux tronçons (24, 15) séparables, le système de séparation comprenant une liaison mécanique reliant de façon séparable les deux tronçons (24, 15) séparables, par exemple un raccord rapide du type à billes et/ou à collier (22) de séparation et/ou à vis (19) frangibles.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de séparation d’urgence comprend un ensemble de bille(s) (16) montées à une jonction entre les deux tronçons (24, 15) séparables, les billes (16) étant montées mobiles relativement aux deux tronçons (24, 15) entre une première position coopérant en butée ou serrage avec les deux tronçons pour une liaison rigide entre les tronçons (24, 15) et une seconde position dans laquelle les billes (16) ne sont pas en butée ou serrage avec l’un (24) des tronçons pour permettre la séparation des tronçons (24, 15), le système de séparation d’urgence comprenant une bague (17) de verrouillage mobile entre une position de verrouillage bloquant les billes (16) dans leur première position et une position de déverrouillage autorisant les billes (16) à se déplacer vers leur seconde position, le système de séparation d’urgence comprenant un organe (18) de rappel tel qu’un ressort sollicitant la bague (17) de verrouillage vers sa position de verrouillage.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague (17) de verrouillage est montée coulissante selon la direction longitudinale sur un tronçon (15) solidaire du tube externe (10) de la conduite (2) concernée.
  6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mécanisme de clapet de chaque extrémité de raccordement comprend un clapet et un siège dont l’un est mobile relativement à l’autre et est sollicité vers une position de fermeture par un organe de rappel.
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le mécanisme de clapet (5, 7, 9) d’une première des conduites (3) de transport comprend un clapet (5) mobile sollicité par un organe (9) de rappel vers une position de fermeture contre un siège (7) fixe disposé autour du clapet (5), le mécanisme de clapet (4, 6, 8) de la seconde conduite (2) de transport comprenant un clapet (4) de référence et un siège (6) mobile disposé autour du clapet (4) de référence, le siège (6) mobile étant sollicité vers une position de fermeture contre le clapet (4) de référence par un organe (8) de rappel.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le mécanisme de clapet (4, 6, 8) d’une des deux conduites (2) de transport est logé relativement plus en retrait à l’intérieur de son tube (10) externe que l’autre mécanisme de clapet (5, 7, 9) dans son tube (11) de sorte à former le système de type mâle et femelle dans lequel, en position assemblée des deux conduites (2, 3) de transport, une extrémité de raccordement pénètre dans l’autre extrémité de raccordement.
  9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que lors du passage d’une position séparée à la position accouplée des deux extrémités de raccordement, les mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) sont configurés pour passer séquentiellement d’une première configuration à une seconde configuration, dans la première configuration les extrémités de raccordement sont en contact et les deux mécanismes de clapet sont fermés, dans la seconde configuration, les extrémités de raccordement sont en contact et les mécanismes de clapet sont ouverts par actionnement mutuel.
  10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le passage de la première configuration à la seconde configuration est réalisé par un rapprochement relatif des deux conduites (2, 3) de transport de fluide et/ou un rapprochement relatif des deux mécanismes de clapets (4, 6, 8, 5, 7, 9) par exemple manuellement et/ou de façon commandée par un organe de commande.
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'espace sous vide entre le tube externe (10, 11) et la conduite (2, 3) de transport comprend un isolant thermique par exemple du type multicouches « MLI ».
  12. Procédé d’accouplement de deux conduites (2, 3) de transport de fluide cryogénique au moyen d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant une étape de rapprochement des deux extrémités de raccordement dans laquelle les deux extrémités de raccordement sont accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur, une étape de mise en contact des deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9), une étape d’ouverture deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) et une étape de circulation de fluide cryogénique d’une conduite à l’autre.
  13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’il comporte, avant l’étape d’ouverture des deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9), une configuration intermédiaire dans laquelle les deux extrémités de raccordement sont accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur et les deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) sont en position fermée, l’étape d’ouverture des deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) étant réalisée via un rapprochement relatif supplémentaire des deux conduites (2, 3) de transport de fluide et/ou un déplacement relatifs d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets.
  14. Procédé de séparation de deux conduites (2, 3) de transport de fluide cryogénique accouplées au moyen d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant une étape de fermeture des deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) via un écartement relatif des deux conduites (2, 3) de transport de fluide et/ou un déplacement relatifs d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets, puis une étape de séparation des deux extrémités de raccordement.
  15. Procédé de séparation selon la revendication 14, caractérisé en ce qu’il comprend, entre l’étape de fermeture des deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) et l’étape de séparation, une configuration intermédiaire dans laquelle les deux extrémités de raccordement restent accouplées de façon étanche vis-à-vis de l’extérieur et les deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) sont en position fermée, l’étape de fermeture des deux mécanismes de clapet (4, 6, 8, 5, 7, 9) étant réalisée via un écartement relatif supplémentaire des deux conduites (2, 3) de transport de fluide et/ou un déplacement relatif d’au moins une partie des deux mécanismes de clapets.
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