FR2906590A1 - Composant pneumatique pour le reglage controle d'un debit de gaz. - Google Patents

Abstract

Composant pneumatique pour le réglage contrôlé d'un débit de gaz, destiné à être installé après un ensemble de régulation de pression, comprenant:- un corps (100) creux muni d'une chambre d'entrée (101), fermée par un obturateur (112) mobile et étanche sur un siège (111), et reliée à une chambre de sortie (103) par un étranglement (120) et fermé sur sa partie inférieure par un couvercle (104),- deux orifices latéraux (110,121) d'entrée et sortie,- un pointeau de réglage (130) mobile permettant d'ajuster la section de l'étranglement (120).

Description

1 La présente invention a pour objet un composant pneumatique pour le

réglage contrôlé d'un débit de tout fluide gazeux; on appellera dans la présente description sous la seule dénomination gaz toute composition, mélange ou gaz mono composant. Le secteur technique de l'invention est le domaine du contrôle de débit d'un fluide, notamment dans le domaine de la régulation d'un flux gazeux à pression constante et plus particulièrement pour la réalisation d'un mélange de gaz, en l'intégrant dans un appareil ou dispositif propre à fournir, à partir de plusieurs constituants, un mélange de constitution pré-définie, qu'on appellera dans la présente description sous la seule dénomination mélangeur de gaz .

De façon classique, un mélangeur de gaz est constitué d'un ensemble de régulation de pression amenant tous les constituants à mélanger à une pression constante avant de traverser un dispositif comportant un étranglement fixe ou variable permettant ainsi de régler les débits unitaires de chaque constituant et donc la proportion dans le mélange final. En règle générale on y adjoint en sortie un réservoir tampon muni d'un détecteur de pression afin d'arrêter le mélangeur par une électrovanne lorsque la pression aval atteint un seuil trop élevé pour garantir la précision du mélange. Ce dispositif connu présente l'inconvénient d'être constitué de pièces disparates et raccordées entre elles par des canalisations rigides ou souples, sources de fuites et plus complexes à mettre en oeuvre.

Le problème posé est donc de pouvoir réaliser, en sortie d'un détendeur de pression existant, un dispositif de réglage de débit à une valeur constante et définie par 2906590 2 l'utilisateur et de pouvoir diffuser ainsi le gaz à débit constant, et cela à volonté par un actionnement simplifié, de préférence électrique, le dispositif devant être le plus simple possible à réaliser, nécessitant 5 moins de pièces que les dispositifs connus, facile à mettre en place et utilisant au mieux la technologie existante déjà développée pour des applications à grand volume. Une solution au problème posé est un composant 10 pneumatique pour le réglage contrôlé du débit de gaz, destiné à être installé dans un mélangeur de gaz, lequel composant comprend : - un corps creux dont la partie intérieure comporte au moins une chambre dite d'entrée, fermée par un obturateur 15 mobile et étanche sur un siège situé en sortie, ledit obturateur formant organe de commande, - au moins une chambre dite de sortie ouverte en son extrémité par un étranglement et fermée sur sa partie inférieure par un couvercle fixé de manière étanche sur 20 le corps, - un orifice de liaison reliant la sortie de la chambre d'entrée formée par le siège fermé par l'obturateur mobile à l'entrée de la chambre de sortie, formée par l'étranglement 25 - au moins un orifice latéral percé dans le corps et communiquant avec la chambre d'entrée, et apte à assurer l'entrée des gaz à travers la chambre d'entrée vers l'intérieur du composant et - au moins un orifice latéral percé dans le corps et 30 communiquant avec la chambre de sortie, et apte à assurer l'évacuation des gaz à travers la chambre de sortie vers l'extérieur du composant .

2906590 3 Le résultat est un nouveau dispositif de contrôle d'un flux gazeux, très simple et agencé pour être monté directement en sortie d'un ensemble de régulation de pression; ce nouveau dispositif simplifié de contrôle et 5 réglage de débit est très simple à réaliser et à fabriquer en grande série permettant de réduire les coûts de fabrication par rapport aux systèmes actuels qui font appel à différents composants spécifiques interdisant des solutions économiques ; la présente invention permet de 10 se positionner sur des marchés existants avec un avantage concurrentiel, en proposant un composant se présentant sous une forme unitaire, compacte et ergonomique et ne nécessitant la mise en oeuvre que d'un minimum de pièces. Un tel composant pneumatique permet d'assurer le 15 débit contrôlé du gaz à partir d'un détendeur de pression préexistant et demeurant inchangé, et cela par une seule commande électrique. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent 20 déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description ci-après et le dessin joint unique représentent un exemple de la réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres 25 réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention. La figure 1 est une vue en coupe axiale et latérale d'un composant pneumatique suivant un exemple de réalisation de l'invention et prêt à être installé en 30 série avec un détendeur de pression existant et connu. Le composant pneumatique suivant l'invention comprend un corps 100 creux sensiblement tubulaire et 2906590 4 réalisé en matériau compatible et étanche aux gaz utilisés : sa partie intérieure comporte au moins une chambre 101 dite d'entrée et fermée par un obturateur 112, étanche sur le siège 111 formant la partie 5 inférieure de la chambre d'entrée. A son extrémité opposée, le composant pneumatique suivant l'invention comprend au moins une chambre 103 dite de sortie, fermée par un couvercle 104 apte à coopérer d'une manière étanche avec la partie inférieure 10 du corps 100. Un orifice de liaison 102 met en communication le siège 111 située en sortie de la chambre d'entrée 101 avec l'étranglement 120 situé à l'entrée de la chambre de sortie 103. Suivant le mode de réalisation représenté sur la figure 15 jointe, le couvercle 104 de la chambre de sortie 103 est muni d'un pointeau 130 mobile et coulissant de manière étanche le long d'un axe longitudinal. Ce pointeau est fixé sur la partie 104 qui ferme la chambre 103. Un moyen adéquat 131 tel qu'un joint torique souple assure 20 l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre 103. L'étanchéité est réalisée par exemple par un joint O'ring 131 placé le long de la section cylindrique du pointeau. Ce pointeau en se déplaçant longitudinalement vient diminuer la section de l'orifice 25 120 situé à l'extrémité opposée du couvercle. Ce pointeau comprend tout moyen de réglage permettant de le déplacer longitudinalement tel qu'un pas de vis et de le maintenir dans sa position de réglage. Grâce à ce pointeau on dispose d'un moyen simple de définir un débit de gaz 30 donné, connaissant la pression d'entrée P1, la pression de sortie P2 et le type de gaz.

2906590 5 Suivant un mode de réalisation préférentiel tel que représenté sur la figure jointe, le corps 100 comporte un orifice 140 de sortie de gaz, mettant en communication la chambre d'entrée 101 avec l'extérieur et 5 sur lequel peut être monté un moyen de mesure de pression 16, tel un capteur de pression. De même le corps 100 comporte un orifice 150 de sortie de gaz, mettant en communication la chambre de sortie 103 avec l'extérieur et sur lequel peut être monté un moyen de mesure de 10 pression 15, tel un capteur de pression. Au repos, le noyau mobile ferme le siège 111 ; il n'y a pas de débit de gaz. Lorsque l'on envoie un courant électrique l'on commande le déplacement du noyau, donc l'ouverture et le passage de gaz à travers l'orifice 120, 15 débit de gaz parfaitement défini; puis ce gaz s'échappe vers l'extérieur du composant depuis cette chambre 103 par un orifice latéral 121 percé dans le corps 100 formant sortie. Cet orifice 120, réglable et calibré, permet de 20 prédéfinir un certain débit de gaz en fonction de la pression P1 prédéfinie régnant dans la chambre 101, ladite pression P1 étant maintenue constante par un organe de régulation de pression non représenté. Cette disposition permet de définir un débit nominal du 25 fluide gazeux parfaitement connu en fonction des pressions en amont P1 et en aval P2. De plus lorsqu'on fonctionne en régime critique et sur-critique (pour Pi/P2 < 0.53 pour des gaz diatomiques, le débit ne dépend plus alors que de la pression amont P1. Par conséquence 30 connaissant les pressions P1 et P2 grâce aux moyens de mesure de pressions 15 et 16 placés respectivement dans l'ajutage 120 et en amont du moyen d'arrêt 112, il est 2906590 6 alors possible de calculer le débit effectif passent dans cette branche. Selon une réalisation préférée la chambre se sortie 103 est munie d'une paroi conique 105 permettant de créer un 5 divergent en sortie et donc de diminuer les pertes de charge induites par l'orifice en sortie. L'utilisateur dispose donc au raccord de la sortie 121 d'un gaz disponible à une pression Ps et à un débit régulé, permanent et constant (tant que la pression P1 en 10 entrée est maintenue constante). Connaissant ainsi les caractéristiques de pression et de débit désirés, et des gaz utilisés, l'homme du métier peut définir les caractéristiques de réalisation du composant pneumatique suivant l'invention, telles que 15 celles de l'orifice 120, et du pointeau conique 130 et des parois latérales 105 de la chambre 103, afin d'obtenir le débit désiré, lequel débit peut être obtenu et interrompu à la demande. On peut alors considérer que le composant suivant 20 l'invention réalise ainsi un dispositif comportant un moyen de réglage de débit qui comprend : - une chambre haute pression 101, dite chambre d'entrée, - un obturateur situé à l'entrée haute pression 25 constitué d'un noyau électroaimant 112, maintenu en position fermée sur son siège 111 par la pression du gaz interne P1 ainsi que son ressort de rappel. - un organe de commande constitué par la bobine 113 étanche fermant d'un côté la chambre inférieure 101 30 et commandant l'ouverture/fermeture du noyau 112, - un orifice 120 de section réduite et variable grâce au déplacement d'un pointeau conique dans cet 2906590 7 orifice, qui abaisse la pression du gaz à son niveau le plus bas P2. une chambre de sortie 103 comportant des parois 105 divergentes qui permettent d'obtenir une pression Ps 5 supérieure à celle régnant au niveau de l'orifice 120. On obtient ainsi un composant pneumatique de réglage de débit contrôlé de gaz ne comportant en fait qu'une seule pièce mobile, l'obturateur 112 et une pièce ajustable, le pointeau mobile 130.

10 On comprendra des descriptions qui précèdent, que l'ensemble unitaire selon l'invention, qui peut être livré séparément ou avec le mélangeur de gaz permet à l'utilisateur de disposer, par simple intervention sur les moyens de réglage décrits précédemment, tels que le 15 pointeau conique dans la chambre de sortie, d'un débit connu et prédéfini à la demande. Une fois le débit parfaitement défini, l'utilisateur peut utiliser ce débit à sa convenance en commandant l'ouverture et la fermeture de l'obturateur 20 intégré. De plus connaissant les pressions P1 en entrée et la pression P2 au droit de l'orifice, il est alors possible de vérifier et de calculer le débit effectif passant à travers du composant et ceci pour tout type de 25 gaz. En raccordant ce composant à un calculateur, il est alors possible d'obtenir toute sorte de mélange à la demande simplement par la commande simultanée ou alternative des moyens d'arrêt et le contrôle du temps d'ouverture.

30 De préférence, ce dispositif convient tout particulièrement aux mélangeurs de gaz.

2906590 8 Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est évident qu'elle n'y est nullement limitée mais au contraire susceptible de modifications et de variantes 5 qui apparaîtront à l'homme de l'art et qu'elle comprend tous les éléments techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Composant pneumatique pour le réglage contrôlé d'un débit de gaz, destiné à être installé après un ensemble de régulation de pression, maintenant la pression d'entrée à une valeur constante, caractérisé en ce qu'il comprend : - un corps (100) creux dont la partie intérieure comporte au moins une chambre (101) dite d'entrée, fermée par un obturateur (112) mobile et étanche sur un siège (111) situé en sortie de ladite chambre, ledit obturateur formant moyen d'arrêt, - au moins une chambre (103) dite de sortie ouverte en son extrémité par un étranglement (120) et fermée sur sa partie inférieure par un couvercle (104) fixé de manière étanche sur le corps (100), - un orifice de liaison (102) reliant la sortie de la chambre d'entrée formée par le siège (111) fermé par l'obturateur mobile (112), à l'entrée de la chambre de sortie, formée par l'étranglement (120), - au moins un orifice latéral (110) percé dans le corps (100) et communiquant avec la chambre d'entrée (101), et apte à assurer l'entrée des gaz à travers la chambre d'entrée vers l'intérieur du composant et - au moins un orifice latéral (121) percé dans le corps (100) et communiquant avec la chambre de sortie (103), et apte à assurer l'évacuation des gaz à travers la chambre de sortie vers l'extérieur du composant .

2. Composant pneumatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur mobile (112) est constitué d'un noyau d'électroaimant soumis à l'attraction d'une bobine (113) lorsque celle-ci est 2906590 10 alimentée par un courant électrique de commande, ladite bobine étant fixée de manière étanche à l'extrémité supérieure du corps (100).

3. Composant pneumatique suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le couvercle (104) fermant la chambre de sortie (103) est muni d'un pointeau conique (130) mobile et coulissant de manière étanche le long de l'axe central de la chambre de sortie pour venir réduire la section utile de l'orifice (120) situé à l'extrémité opposée dudit pointeau.

4. Composant pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de réglage de la position dudit pointeau (130).

5. Composant pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parois latérales (105) de la chambre de sortie (103) forment une surface divergente ayant une section croissante

6. Composant pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps (100) comporte un autre orifice (140) de sortie de gaz mettant en communication la chambre d'entrée (101) avec l'extérieur et sur lequel est monté un moyen de mesure de la pression (16)

7. Composant pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps (100) comporte un autre orifice (150) de sortie de gaz mettant en communication la chambre de sortie (103) avec l'extérieur et sur lequel est monté un moyen de mesure de la pression (15)

8. Composant pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps 2906590 11 (100) est agencé de façon à pouvoir se fixer avec d'autres modules identiques placés en parallèle.

9. Composant pneumatique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième orifice de sortie (122), lequel orifice est apte à se raccorder de façon étanche avec l'orifice de sortie d'un autre module fixé sur le premier en parallèle.

10. mélangeur de gaz à plusieurs constituants, ce mélangeur étant caractérisé en ce que la partie réglage de débit est constituée par un ou plusieurs composants de réglage de débit conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9.