FR2996278A1 - Dispositif de clapet de pression residuelle, robinet et bouteille comportant un tel dispositif - Google Patents

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Dispositif de clapet de pression résiduelle comprenant un obturateur (1) mobile dans le corps (9) relativement à un siège (2), un organe (5) de rappel sollicitant par défaut l'obturateur (1) vers le siège (2), l'obturateur (1) comprenant un canal interne (6) ayant une première extrémité en communication avec l'entrée (3) de gaz et une seconde extrémité débouchant, via un orifice (8) calibré, dans une chambre (7) de pilotage refermée par l'obturateur (1) de façon que, lorsque la pression de gaz dans la chambre (7) de pilotage atteint un seuil déterminé, cette pression provoque un écartement l'obturateur (1) du siège (2), le corps de l'obturateur (1) une première portion (11) formant un élément mâle mobile en translation dans un passage femelle du corps (9) avec un ajustement déterminé formant une restriction assurant une ouverture partielle et progressive du passage pour le gaz entre l'entrée (3) et la sortie (4).

Description

La présente invention concerne un dispositif de clapet de pression résiduelle ainsi qu'un robinet et une bouteille de gaz comportant un tel dispositif. Les dispositifs de clapet de pression résiduelle sont prévus pour éviter la vidange complète d'une bouteille de gaz sous pression. Ces dispositifs sont 5 généralement disposés en amont d'un détendeur de pression (en amont selon le sens de soutirage du gaz). De tels dispositifs créent cependant des pertes de charges sur le circuit de soutirage du gaz. Les dispositifs connus génèrent une perte de charge égale à la pression de tarage du clapet de pression résiduel. De ce fait, compte-tenu des 10 caractéristiques du détendeur en aval (débit/pression), le débit de soutirage ne peut être fourni que jusqu'à la pression de tarage du clapet de pression résiduelle mais ce débit chute rapidement lorsque l'on s'approche de la pression de tarage du clapet. Par exemple, pour un dispositif de clapet de pression résiduelle taré à 20bar, le débit de soutirage et la pression de sortie d'un détendeur aval chutent à 15 partir de 35 à 40bar. De plus, lors de l'ouverture d'une vanne d'isolation en amont d'un tel dispositif, l'arrivée d'un flux de gaz à haute pression peut engendrer un phénomène dit de « coup de bélier », c'est-à-dire une surpression due à une variation brusque de la pression et de la vitesse de gaz. 20 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 de clapet de pression résiduelle comprend un corps, un obturateur mobile dans le corps relativement à un siège pour sélectivement autoriser ou interrompre un flux de gaz entre une entrée de fluide et une sortie de 25 fluide, un organe de rappel sollicitant par défaut l'obturateur vers le siège vers sa position d'interruption du flux, l'obturateur comprenant un canal interne ayant une première extrémité en communication avec l'entrée de gaz et une seconde extrémité débouchant, via un orifice calibré, dans une chambre de pilotage, la chambre de pilotage étant refermée de façon étanche par une extrémité aval de 30 l'obturateur de façon que, lorsque la pression de gaz dans la chambre de pilotage atteint un seuil déterminé, cette pression provoque un effort déplacement de l'obturateur à l'encontre de l'effort de l'organe de rappel, pour écarter l'obturateur du siège et ainsi autoriser un flux de gaz entre l'entrée et la sortie de fluide, le corps de l'obturateur comprenant, entre le siège et l'extrémité aval de l'obturateur, une première portion formant un élément mâle mobile en translation dans un passage femelle du corps avec un ajustement déterminé formant une restriction assurant une ouverture partielle et progressive du passage pour le gaz entre l'entrée et la sortie. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - entre la première portion et l'extrémité aval de l'obturateur, le corps de l'obturateur comprend une seconde portion de section réduite par rapport à la section de la première portion, pour former un passage définissant une ouverture agrandi pour le gaz entre l'entrée et la sortie, - les dimensions de l'ouverture délimitée par le siège diffèrent d'au plus de 30% par rapport aux dimensions de la section de la première portion de l'obturateur, - l'ouverture délimitée par le siège est circulaire et a un diamètre compris entre trois et six millimètres et diffère d'au plus 1mm par rapport au diamètre de la première portion de l'obturateur qui est cylindrique, - la première portion est cylindrique de diamètre déterminé et le passage femelle du corps est un alésage cylindrique de diamètre déterminé de façon à former un jeu usuel ou précis entre l'obturateur et le passage femelle du corps, par exemple un jeu du type H8 f7 selon la norme ISO d'ajustement, - l'obturateur est mobile en translation dans le corps selon une direction amont/aval, la première portion a une longueur selon la direction amont/aval comprise entre deux et huit millimètres et de préférence comprise entre trois et quatre millimètres, - l'orifice calibré a un diamètre compris entre 0,01mm et 0,50mm et de préférence compris entre 0,10mm et 0,30mm pour réguler la vitesse de montée en pression dans la chambre de pilotage, cette vitesse de montée en pression étant fonction par ailleurs de la pression de gaz à l'entrée (3) et du volume de ladite chambre de pilotage, - l'ouverture délimitée par le siège est circulaire et a un diamètre de 4,3mm, la première portion est cylindrique et a un diamètre de 4,3mm, le passage femelle du corps est un alésage cylindrique de longueur comprise entre 3 et 4mm et de diamètre déterminé pour former avec la première portion un ajustement de type H8 f7, l'orifice calibré ayant un diamètre compris entre 0,08mm et 0,12mm et l'organe de rappel étant un ressort exerçant sur l'obturateur une force comprise entre 20 et 100 newtons.
L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. L'invention concerne également un robinet de bouteille de gaz sous pression, comprenant un circuit de soutirage ayant une extrémité amont destinée à être reliée à un volume de stockage d'une bouteille de gaz sous pression et une extrémité aval destinée à être reliée à un appareil utilisateur de gaz soutiré de la bouteille, le circuit de soutirage comprenant, disposés en série d'amont entre 1"extrémité amont et l'extrémité aval, un clapet d'isolement et un dispositif de clapet de pression résiduelle, dans lequel le dispositif de clapet de pression résiduelle est conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci- après. L'invention concerne également une bouteille de gaz sous pression comprenant un tel robinet. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue de côté, schématique et partielle, illustrant un exemple de bouteille de gaz sous pression munie d'un robinet pouvant mettre en oeuvre l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant la structure d'un exemple de dispositif de clapet de pression résiduelle 25 dans une première configuration fermée, - les figures 3 et 4 représentent le dispositif de clapet de pression résiduel de la figure 2 selon respectivement deux configurations partiellement ouvertes distinctes, - la figure représente le dispositif de la figure 2 selon une configuration 30 totalement ouverte. Le dispositif 100 de clapet de pression résiduelle illustré aux figures comprend un corps 9 abritant un obturateur 1 mobile. Plus précisément, l'obturateur 1 est mobile en translation par rapport à un siège 2 pour sélectivement fermer ou ouvrir un passage de gaz entre une entrée 3 de fluide et une sortie 4 de fluide. L'entrée 3 est par exemple reliée à la sortie d'un clapet 14 d'isolement situé en amont sur un circuit 12 de soutirage d'un robinet 15 d'une bouteille 13 de gaz sous pression (cf. figure 1). La sortie 4 de fluide est par exemple reliée à un détendeur 16 de pression situé en aval sur le circuit 12 de soutirage et qui est configuré pour assurer une détente de la pression du gaz à une valeur déterminée. Par exemple, le circuit 12 de soutirage comprend à cet effet une extrémité amont 112 reliée au volume de stockage de la bouteille 13 et une extrémité aval 212 destinée à être reliée sélectivement à un appareil utilisateur de gaz soutiré de la bouteille 13. Le dispositif 100 comprend un organe 5 de rappel sollicitant par défaut l'obturateur 1 vers le siège 2 (d'une direction amont vers une direction aval). De plus, l'obturateur 1 comprend un canal interne 6 ayant une première extrémité en communication avec l'entrée 3 de gaz et une seconde extrémité débouchant, via un orifice 8 calibré, dans une chambre 7 de pilotage formée dans le corps 9. La chambre 7 de pilotage est refermée de façon étanche à une extrémité par une extrémité aval de l'obturateur 1 (par exemple via un joint 17, notamment torique). De cette façon, le volume de la chambre 7 de pilotage varie selon la position de l'obturateur 1 par rapport au siège 2. Le canal 6 interne permet d'acheminer du gaz à haute pression qui arrive par l'entrée 4 (par exemple lors d'une ouverture de la vanne 14 amont) jusque dans la chambre 7 de pilotage. Lorsque la pression de gaz dans la chambre 7 de pilotage atteint un seuil déterminé, cette pression provoque un effort de déplacement suffisant sur l'obturateur 1 de la direction aval vers la direction amont pour l'écarter du siège 2. Ceci autorise alors un flux de gaz entre l'entrée 3 de fluide et la sortie 4 de fluide. Cette architecture de canal interne et chambre 7 de pilotage forme un mécanisme nécessitant une pression de gaz en amont suffisante pour ouvrir le clapet (c'est-à-dire un mécanisme de clapet de pression résiduelle).
De plus, le corps de l'obturateur 1 comporte, entre sa partie coopérant sélectivement avec le siège 2 et l'extrémité aval de l'obturateur 1, une première portion 11 formant un élément mâle mobile en translation dans un passage femelle du corps 9 avec un ajustement déterminé formant une restriction assurant une ouverture partielle et progressive de l'ouverture pour le gaz entre l'entrée 3 et la sortie 4 (cf. figures 3 et 4). Par exemple, la première portion 11 est cylindrique et a un diamètre D4 déterminé tandis que le passage femelle du corps 9 qui la reçoit est un alésage cylindrique de diamètre D5 déterminé de façon à former un jeu usuel, fin ou précis, par exemple du type H8 f7 selon la norme ISO d'ajustement. Ainsi, lors de l'ouverture d'une vanne 14 amont, la pression arrive au niveau de l'entrée 3 puis transite dans la chambre 7 de pilotage. La pression monte progressivement dans la chambre 7 de pilotage. Cette vitesse de montée en pression dépend notamment de la pression en amont au niveau de l'entrée 3 amont, du volume de la chambre 7 de pilotage et de la section ou diamètre D6 de l'orifice calibré 8. Lorsque la pression dans cette chambre 7 de pilotage atteint le seuil de pression déterminé d'ouverture, l'obturateur 1 s'écarte de son siège 2 et ouvre un passage de gaz entre la première portion 11 de l'obturateur et le corps 9. De préférence, le diamètre D2 de l'ouverture délimitée par le siège 2 est égal ou très proche de la section (diamètre D5) du passage femelle du corps 9. Le faible jeu entre la première portion 11 de l'obturateur et le corps 9 assure un passage de gaz progressif et une ouverture progressive (cf. le trajet du gaz symbolisé par des flèches aux figure 3 et 4). La montée de la pression à l'aval de l'obturateur 1 est d'autant plus progressive que l'obturateur 1 possède une inertie importante et que le laminage au niveau de l'ajustement se réalise selon une course importante le long de l'obturateur 1 (par exemple, la première portion a une longueur comprise entre 2 et 6mm). L'obturateur 1 continue sa course à l'encontre du ressort 5 jusqu'à ce qu'une seconde portion 12 de l'obturateur arrive au niveau du passage du corps 9. Cette seconde portion 12 a une section plus réduite que la première portion et permet un passage de gaz plus massif (cf. figure 5). La section de passage entre le corps 9 et la seconde portion 12 (correspondant à un état du clapet ouvert) est choisie de sorte à ce que la perte de charge engendrée par le passage du gaz soit négligeable, typiquement cette section est au moins équivalente à la section de passage de la vanne 14 située en amont dans le circuit 12.
Une telle architecture présente des avantages par rapport à l'art antérieur. En effet, le dispositif permet de maintenir un débit et une pression de sortie jusqu'au seuil de tarage du dispositif de clapet de pression résiduelle sans créer de perte de charge parasite comme c'est le cas dans les clapets à pression résiduelle (« RPV ») classiques. Le dispositif ne limite en effet pas le soutirage du gaz de la bouteille au-delà de sa pression de tarage. De plus, ce dispositif présente une architecture qui n'emprisonne pas de gaz sous pression dans son mécanisme pouvant causer des détériorations ou obligeant à utiliser des étanchéités particulières (via des plastomères par exemple). En effet, la structure du dispositif évite le piégeage de gaz à haute pression en aval du clapet de pression résiduelle comme c'est classiquement le cas selon l'art antérieur. En effet, lorsque du gaz sous pression est piégé dans le clapet, ceci engendre des efforts importants, notamment au niveau de l'étanchéité au niveau du siège. Ceci peut conduire à une destruction de l'étanchéité. Du fait des faibles efforts générés au niveau de l'étanchéité entre l'obturateur 1 et le siège 2, la géométrie du dispositif permet d'utiliser des élastomères (typiquement des joints toriques 17, 27) permettant ainsi d'obtenir très bons niveaux d'étanchéités contrairement aux étanchéités avec du plastique (tels que par exemple du PEEK®, du TORLON®, ou du TEFLONC)). Le dispositif intègre à la fois une fonction de retenue d'une pression résiduelle et un dispositif d'ouverture progressive réduisant ou éliminant les chocs tels que les « coups de bélier ». En effet, le dispositif permet d'absorber les montées de pression brusques 25 dues à une ouverture rapide d'une vanne 14 d'isolement amont. Dans un exemple de réalisation non limitatif, l'extrémité amont de l'obturateur 1 a un diamètre D1 compris par exemple entre 4 et 5mm, par exemple 4,3mm. Le diamètre D2 du siège est égal par exemple à 4,3mm tout comme le diamètre D3 de l'extrémité inférieure de l'obturateur 1. Le diamètre D4 de la 30 première portion 11 de l'obturateur 1 est égal par exemple à 4,3mm. Le diamètre D5 de l'alésage formant le passage pour l'obturateur 1 est quant à lui déterminé par rapport au diamètre de la première portion 11 selon l'ajustement voulu (par exemple H8, f7. Le diamètre D6 de l'orifice calibré est par exemple égal à 0,1mm et la force du ressort 5 de rappel est par exemple de 30Newtons. Pour cet exemple non limitatif, dans le cas d'une pression de gaz au niveau de l'entrée 3 égale à 800bar, l'ouverture du passage est obtenue lorsque la pression dans la chambre 7 de pilotage atteint 90bar environ. Pour une pression en entrée de 25bar, l'ouverture du clapet a lieu lorsque la pression dans la chambre 7 de pilotage atteint environ 22bar. Le l'obturateur 1 referme à nouveau le passage en s'appuyant sur le siège 2 en fin de soutirage, à une pression en entrée de 21bar environ.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de clapet de pression résiduelle comprenant un corps (9), un obturateur (1) mobile dans le corps (9) relativement à un siège (2) pour sélectivement autoriser ou interrompre un flux de gaz entre une entrée (3) de fluide et une sortie (4) de fluide, un organe (5) de rappel sollicitant par défaut l'obturateur (1) vers le siège (2) vers sa position d'interruption du flux, l'obturateur (1) comprenant un canal interne (6) ayant une première extrémité en communication avec l'entrée (3) de gaz et une seconde extrémité débouchant, via un orifice (8) calibré, dans une chambre (7) de pilotage, la chambre (7) de pilotage étant refermée de façon étanche par une extrémité aval de l'obturateur (1) de façon que, lorsque la pression de gaz dans la chambre (7) de pilotage atteint un seuil déterminé, cette pression provoque un effort déplacement de l'obturateur (1) à l'encontre de l'effort de l'organe (5) de rappel, pour écarter l'obturateur (1) du siège (2) et ainsi autoriser un flux de gaz entre l'entrée (3) et la sortie (4) de fluide, le corps de l'obturateur (1) comprenant, entre le siège (2) et l'extrémité aval de l'obturateur (1), une première portion (11) formant un élément mâle mobile en translation dans un passage femelle du corps (9) avec un ajustement déterminé formant une restriction assurant une ouverture partielle et progressive du passage pour le gaz entre l'entrée (3) et la sortie (4).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre la première portion (11) et l'extrémité aval de l'obturateur (1), le corps de l'obturateur (1) comprend une seconde portion (12) de section réduite par rapport à la section de la première portion (11), pour former un passage définissant une ouverture agrandi pour le gaz entre l'entrée (3) et la sortie (4).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dimensions (D2) de l'ouverture délimitée par le siège (2) diffèrent d'au plus de 30% par rapport aux dimensions (D4) de la section de la première (11) portion de l'obturateur (1).
  4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture délimitée par le siège (2) est circulaire et a un diamètre (D2) compris entretrois et six millimètres et diffère d'au plus lmm par rapport au diamètre (D4) de la première (11) portion de l'obturateur (1) qui est cylindrique.
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première portion (11) est cylindrique de diamètre (D4) déterminé et le passage femelle du corps (9) est un alésage cylindrique de diamètre (D5) déterminé de façon à former un jeu usuel ou précis entre l'obturateur (1) et le passage femelle du corps (9), par exemple un jeu du type H8 f7 selon la norme ISO d'ajustement.
  6. 6. Dispositif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que l'obturateur est mobile en translation dans le corps selon une direction amont/aval, la première portion (11) a une longueur selon la direction amont/aval comprise entre deux et huit millimètres et de préférence comprise entre trois et quatre millimètres.
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'orifice (8) calibré a un diamètre compris entre 0,01mm et 0,50mm et de préférence compris entre 0,10mm et 0,30mm pour réguler la vitesse de montée en pression dans la chambre (7) de pilotage, cette vitesse de montée en pression étant fonction par ailleurs de la pression de gaz à l'entrée (3) et du volume de ladite chambre (7) de pilotage.
  8. 8. Dispositif selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce que l'ouverture délimitée par le siège (2) est circulaire et a un diamètre de 4,3mm, la première portion (11) est cylindrique et a un diamètre (D4) de 4,3mm, le passage femelle du corps (9) est un alésage cylindrique de longueur comprise entre 3 et 4mm et de diamètre (D5) déterminé pour former avec la première portion (11) un ajustement de type H8 f7, l'orifice (8) calibré ayant un diamètre compris entre 0,08mm et 0,12mm et l'organe (5) de rappel étant un ressort exerçant sur l'obturateur une force comprise entre 20 et 100 newtons.
  9. 9. Robinet de bouteille de gaz sous pression, comprenant un circuit (12) de soutirage ayant une extrémité amont (112) destinée à être reliée à un volume de stockage d'une bouteille (13) de gaz sous pression et une extrémité aval (212) destinée à être reliée à un appareil utilisateur de gaz soutiré de la bouteille (13), le circuit (12) de soutirage comprenant, disposésen série d'amont entre 1"extrémité amont et l'extrémité aval, un clapet (14) d'isolement et un dispositif (100) de clapet de pression résiduelle caractérisé en ce que dispositif (100) de clapet de pression résiduelle est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. 10. Bouteille de gaz sous pression, caractérisée en ce qu'elle comprend un robinet selon la revendication 9.
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