FR3137426A1 - Vanne trois voies pour réservoir de gaz à haute pression - Google Patents

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Abstract

Vanne trois voies pour réservoir de gaz à haute pression La vanne (10) comprend un corps (12) dans lequel sont ménagées une première voie (14a) connectée au réservoir de gaz, et une seconde voie (14b) connectée à un circuit, les voies communiquant avec un logement central (16). La vanne comprend un organe d’obturation (18) mobile entre une position d’obturation de la première voie (14a) et une position d’alimentation dans laquelle les première (14a) et seconde (14b) voies communiquent. Une troisième voie (14c) de décharge est ménagée dans le corps (12) et communique avec le logement central (16), l’organe d’obturation (18) étant conformé pour isoler la troisième voie (14c) des première (14a) et seconde (14b) voies dans les positions d’obturation et d’alimentation, et pour autoriser la communication entre la troisième voie (14c) et les première (14a) et seconde (14b) voies dans une position de décharge. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Vanne trois voies pour réservoir de gaz à haute pression
La présente invention concerne une vanne pour un réservoir de gaz à haute pression, notamment un réservoir d’hydrogène. Un tel réservoir est notamment destiné à alimenter un système de pile à combustible, par exemple pour un véhicule.
On connait déjà, dans l’état de la technique, une vanne manuelle de réservoir de gaz à haute pression, destinée à faire communiquer le réservoir de gaz avec un circuit en position ouverte, ou à les isoler en position fermée.
Le réservoir de gaz est généralement également équipé d’une vanne de purge, permettant de décharger du gaz directement dans une ligne haute pression du système de pile à combustible, sans besoin d’alimenter la vanne électrique.
Ces deux vannes sont généralement onéreuses, si bien que l’invention a notamment pour but de réduire le coût d’un réservoir de gaz.
A cet effet, l’invention a notamment pour objet une vanne destinée à équiper un réservoir de gaz à haute pression, notamment un réservoir d’hydrogène, par exemple pour un véhicule, comprenant un corps dans lequel sont ménagées une première voie destinée à être connectée au réservoir de gaz, et une seconde voie destinée à être connectée à un circuit, les première et seconde voies communiquant avec un logement central, la vanne comprenant un organe d’obturation mobile entre une position d’obturation de la première voie et une position d’alimentation dans laquelle les première et seconde voies communiquent, caractérisée en ce qu’une troisième voie de décharge est ménagée dans le corps et communique avec le logement central, l’organe d’obturation étant conformé pour isoler la troisième voie des première et seconde voies dans les positions d’obturation et d’alimentation, et pour autoriser la communication entre la troisième voie et les première et seconde voies dans une position de décharge.
Conformément à l’invention, les fonctions des vannes manuelle et de décharge sont toutes les deux portées par un même élément. Le coût est ainsi réduit relativement à un réservoir comprenant deux dispositifs de vannes distincts.
Une vanne selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables.
- L’organe d’obturation comporte un premier élément mobile en translation le long de l’axe longitudinal, la première voie étant agencée en regard du premier élément dans la direction longitudinale, de sorte que le premier élément obture la première voie en position d’obturation.
- Le premier élément comporte une partie d’extrémité tronconique, s’étendant entre une base proximale présentant un diamètre supérieur à celui de la première voie, et une base distale présentant un diamètre inférieur à celui de la première voie, la partie tronconique étant agencée en regard de la première voie, de manière à pourvoir s’y insérer lorsque le premier élément se déplace vers cette première voie.
- Le premier élément comporte un joint d’étanchéité annulaire proximal destiné à être comprimé contre une paroi interne du logement.
- L’organe d’obturation comporte un second élément mobile par vissage le long de l’axe longitudinal, coopérant avec le premier élément pour le déplacer lorsque le second élément est actionné.
- La vanne comporte un troisième élément fixe, dans lequel le second élément est mobile par vissage, le troisième élément comprenant une butée pour le second élément en position de décharge.
- Le logement central comporte un joint distal, disposé entre la première voie et la troisième voie, et le premier élément comporte une partie de passage, autorisant le passage de gaz en outrepassant le joint distal lorsque cette partie de passage est en regard de ce joint distal, les première et troisième voies ne communiquant pas lorsque la partie de passage n’est pas en regard du joint distal.
- La partie de passage comporte une rainure hélicoïdale, dimensionnée de sorte que, en position de décharge, les extrémités de la rainure hélicoïdale se trouvent de part et d’autre du joint distal.
- La partie de passage comporte un conduit, dimensionné de sorte que, en position de décharge, les extrémités du conduit se trouvent de part et d’autre du joint distal.
L’invention concerne également un réservoir de gaz haute pression, notamment pour hydrogène, caractérisé en ce qu’il comporte une vanne telle que définie précédemment.
Différents aspects et avantages de l’invention seront mis en lumière dans la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles :
La représente schématiquement une vanne selon un premier exemple de mode de réalisation de l’invention, dans une première configuration de vanne manuelle fermée ;
La représente schématiquement un organe d’obturation équipant la vanne de la ;
La est une vue similaire à la de la vanne dans une seconde configuration de vanne manuelle ouverte, correspondant à une utilisation normale ;
La est une vue similaire à la de la vanne dans une troisième configuration de purge, pour la purge du système en cas de de défaillance de vanne éléectrique ;
La est une vue similaire à la d’une vanne selon un second mode de réalisation de l’invention.
Sur toutes les figures, les éléments analogues d’une figure à l’autre sont désignés par des références identiques.
On a représenté, sur la , une vanne 10 destinée à équiper un réservoir 8 de gaz à haute pression, notamment un réservoir d’hydrogène. Par exemple, le réservoir de gaz est destiné à équiper un système de pile à combustible, notamment pour un véhicule.
La vanne 10 comporte un corps 12, dans lequel sont ménagées trois voies, dites première voie 14a, seconde voie 14B et troisième voie 14c.
La première voie 14a est destinée à être reliée au réservoir de gaz.
La seconde voie 14b forme une sortie de la vanne 10, destinée à être connectée à un circuit du système de pile à combustible, pour un fonctionnement normal.
La troisième voie 14c forme un orifice de by-pass, destiné à assurer une fonction de purge, de manière connue en soi.
Les trois voies communiquent avec un logement central 16. Le logement central 16 s’étend dans une direction longitudinale selon un axe longitudinal X. On notera que la vanne 10 s’étend, dans la direction longitudinale, entre une extrémité proximale et une extrémité distale opposées.
Dans la présente description, le terme proximal désigne l’extrémité depuis laquelle la vanne 10 peut être actionnée, et le terme distal désigne l’extrémité opposée à l’extrémité proximale. Sur les figures, l’extrémité proximale se trouve en bas, et l’extrémité distale en haut.
La première voie 14a est ménagée à l’extrémité distale, et s’étend par exemple parallèlement à la direction longitudinale, de préférence coaxialement à l’axe longitudinal X.
La seconde voie 14b est ménagée à proximité de l’extrémité distale, toutefois plus proche de l’extrémité proximale que la première voie 14a. La seconde voie 14b s’étend par exemple perpendiculairement à la direction longitudinale.
La troisième voie 14c est ménagée plus proche de l’extrémité proximale que la seconde voie 14b. Ainsi, la seconde voie 14b se trouve, dans la direction longitudinale, entre la première 14a et la troisième 14c voies. La troisième voie 14c s’étend par exemple perpendiculairement à la direction longitudinale.
La vanne 10 comporte un organe d’obturation 18, logé dans le logement central 16. L’organe d’obturation 18 est représenté, seul, plus en détails sur la .
L’organe d’obturation 18 comporte un premier élément 20, un second élément 22, et un troisième élément 24.
Le troisième élément 24 est fixe et destiné à être fixée dans le logement central 16, à l’extrémité proximale de la vanne 10.
Le second élément 22 est mobile, de préférence par vissage le long de l’axe longitudinal X. Par exemple, le second élément 22 et le troisième élément 24 comportent des filetages complémentaires coopérant pour qu’une rotation du second élément 22 entraine son déplacement, par vissage, le long de l’axe longitudinal.
Le premier élément 20 est mobile, de préférence par translation le long de l’axe longitudinal X. Le premier élément 20 est entrainé en translation par le second élément 22, lorsque celle-ci se déplace.
Le troisième élément 24 est creux et destiné à loger en partie le second élément 22. Plus particulièrement, le troisième élément 24 comporte une cavité traversante 26, comprenant une partie de cavité proximale 26a et une partie de cavité distale 26b. La cavité traversante 26 présente une forme générale de révolution définie autour de l’axe longitudinal X, avec un diamètre plus grand dans la partie de cavité distale 26b que dans la partie de cavité proximale 26a.
Ainsi, les parties de cavité proximale 26a et distale 26b sont séparées par un épaulement de cavité 28. L’épaulement de cavité 28 est de préférence recouvert d’un anneau de butée 30, par exemple en caoutchouc.
Le second élément 22 présente une forme générale de révolution autour de l’axe longitudinal X, et comporte une première partie d’arbre 22a et une seconde partie d’arbre 22b. La seconde partie d’arbre 22b présente un diamètre supérieur à celui de la première partie d’arbre 22a. Ainsi, les première 22a et seconde 22b parties d’arbres sont séparées par un épaulement d’arbre 32.
Le second élément 22 est logé dans la cavité traversante 26, avec la première partie d’arbre 22a dans la première partie de cavité 26a, et la seconde partie d’arbre 22b dans la seconde partie de cavité 26b.
L’épaulement d’arbre 32 est susceptible de venir en butée avec l’épaulement de cavité 28, et plus particulièrement avec l’anneau de butée 30.
On notera que la longueur de la première partie d’arbre 22a est prévue pour donner une information visuelle de l’état de la vanne. Ainsi, lorsque la partie d’arbre 22a est en dépression à l’extrémité du corps 24 ( ), la vanne manuelle est fermée. Lorsque la partie d’arbre 22a affleure sensiblement l’extrémité du corps 24 ( ), la vanne manuelle est ouverte. Enfin, lorsque la partie d’arbre 22a dépasse de l’extrémité du corps 24 ( ), alors la vanne de purge est activée.
Le troisième élément 24 comporte, dans la première partie de cavité 26a, un premier joint d’étanchéité circulaire 34, destiné à être comprimé entre la première partie d’arbre 22a et une paroi interne de la première partie de cavité 26a. Ce premier joint d’étanchéité 34 permet d’empêcher les intrusions d’eau, de poussière ou autre agression extérieures à travers la première partie de cavité 26a.
Le troisième élément 24 comporte également, sur une paroi externe, un second joint d’étanchéité circulaire 36, destiné à être comprimé entre cette paroi externe et une paroi interne du logement central 16 du corps 12. Ce second joint d’étanchéité 36 permet d’empêcher les intrusions d’eau, de poussière ou autre agression extérieures par l’extrémité proximale du logement central 16.
Avantageusement, au moins l’une des première 26a et seconde 26b parties de cavité comporte un filetage, et au moins l’une des première 22a et seconde 22b parties d’arbre correspondante comporte un filetage complémentaire, de sorte que le second élément 22 est vissé dans le troisième élément 24. Le second élément 22 est donc mobile par vissage le long de l’axe longitudinal X. En d’autres termes, une rotation du second élément 22 entraine ce second élément en mouvement dans la direction de l’axe longitudinal X.
Le premier élément 20 est mobile en translation le long de l’axe longitudinal X, notamment en étant poussé par le second élément 22 dans un premier sens considéré depuis l’extrémité proximale vers l’extrémité distale.
On notera que le premier élément 20 étant situé du côté distal par rapport au second élément 22, il est plaqué contre le second élément 22 sous l’effet de la pression dans le réservoir. Ainsi, lorsque le second élément 22 est déplacé vers l’extrémité proximale, le premier élément 20 est également déplacé vers cette extrémité proximale.
De manière alternative, la vanne pourrait comporter des moyens de rappel élastique du premier élément vers l’extrémité proximale.
Le premier élément 20 est conformé pour obturer ou dégager certaines des voies 14a, 14b ou 14c, notamment les première 14a et troisième 14c voies, en fonction de la position du premier élément 20 dans le logement central 16.
Le premier élément 20 comporte, à son extrémité distale, une partie d’extrémité tronconique 38, s’étendant entre une base proximale présentant un diamètre supérieur à celui de la première voie 14a (notamment d’une embouchure de la première voie 14a), et une base distale présentant un diamètre inférieur à celui de la première voie 14a (notamment de l’embouchure). La partie tronconique 38 est agencée en regard de la première voie 14a, de manière à pourvoir s’y insérer lorsque le premier élément 20 se déplace vers l’extrémité distale.
Le premier élément 20 comporte par ailleurs, à son extrémité proximale, un bloc d’appui 40 destiné à venir en appui contre le second élément 22.
Le premier élément 20 comporte également, adjacente au bloc d’appui 40, une partie intermédiaire 42, délimitée longitudinalement par un joint d’étanchéité annulaire proximal 44. Le joint annulaire proximal 44 est maintenu par une excroissance annulaire proximale 48. Le joint annulaire proximal 44 est destiné à être comprimé contre une paroi interne du logement 16. Ce joint annulaire proximal 44 permet d’éviter les fuites de gaz.
En revanche, la partie intermédiaire 42 présente un diamètre inférieur à celui de la paroi interne du logement 16, de manière à laisser un jeu circonférentiel entre cette partie intermédiaire 42 et la paroi interne du logement 16.
Le logement 16 comporte par ailleurs un joint d’étanchéité annulaire distal 46 fixé dans ce logement 16, par des éléments de maintien annulaires 50. Le joint d’étanchéité annulaire distal 46 est destiné à assurer une étanchéité interne entre la paroi interne du logement 16 et la partie intermédiaire 42.
Le premier élément 20 comporte enfin une partie 52 de passage de gaz, agencée entre la partie intermédiaire 42 et la partie d’extrémité 38. Conformément au premier mode de réalisation, la partie de passage 52 comporte une rainure hélicoïdale, formant un filetage. La rainure présente ainsi un diamètre maximum (correspondant au sommet de la rainure) sensiblement égal au diamètre de la partie intermédiaire 42, et un diamètre minimum (correspondant au creux de la rainure) inférieur au diamètre maximum.
Les différentes positions du premier élément 20 dans la vanne 10 vont maintenant être décrites en référence aux figures 1, 3 et 4.
On a représenté sur la une position d’obturation. Dans cette position d’obturation, le second élément 22 est poussé au maximum vers l’extrémité distale. La partie d’extrémité tronconique 38 se retrouve ainsi pressée dans la première voie 14a, si bien que cette première voie 14a se retrouve obturée. Bien que la seconde voie 14b communique avec le logement 16, elle est isolée de la première voie 14a. Le gaz présent dans le réservoir ne s’écoule donc pas dans le circuit.
Par ailleurs, dans cette position d’obturation, la partie intermédiaire se trouve en regard de la troisième voie 14c. La partie de passage de gaz 52 se situe au-dessus du joint distal 46. Ainsi, la troisième voie 14c est également isolée de la seconde voie 14b, par le joint distal 46 qui est comprimé entre la paroi interne du logement 16 et la partie intermédiaire 42.
On a représenté, sur la , une position d’alimentation. Dans cette position d’alimentation, le second élément 22 est écarté de l’extrémité distale, de sorte que la partie d’extrémité tronconique 38 n’obture plus la première voie 14a. La première voie 14a communique alors avec la seconde voie 14b, ce qui permet l’alimentation du circuit en gaz issu du réservoir.
Le premier élément 20 est dimensionné pour que, dans cette position d’alimentation, la partie de passage de gaz 52 reste au-dessus du joint distal 46. Ainsi, la troisième voie 14c reste isolée des première 14a et seconde 14b voies, par le joint distal 46 qui est comprimé entre la paroi interne du logement 16 et la partie intermédiaire 42.
On a représenté, sur la , une position de décharge. Dans cette position de décharge, la partie d’extrémité tronconique 38 reste écartée de la première voie 14a et ne l’obture pas.
Dans cette position de décharge, la partie de passage de gaz 52 s’étend de part et d’autre du joint distal 46, si bien que le gaz est susceptible de surpasser ce joint distal 46, à travers la partie de passage 52, notamment en suivant la rainure hélicoïdale. Ainsi, dans cette position de décharge, la troisième voie 14c communique avec les première 14a et seconde 14b voies.
On notera que, dans la position de décharge, le second élément 22 vient en butée contre l’anneau de butée 30. Ainsi, la position des premier 20 et second 22 éléments est fixée par cette butée, ce qui permet d’assurer le bon positionnement de la partie de passage de gaz 52 par rapport au joint distal 46 dans la position de décharge.
Il apparait clairement que l’invention permet d’assurer les trois fonctions d’obturation, d’alimentation et de décharge, au moyen d’une seule vanne 10, avec le seul mouvement du second élément 22 (qui entraine le premier élément 20).
Le second élément 22 peut être entrainé en rotation de toutes façons envisageables, par exemple au moyen d’un moteur non représenté.
On a représenté, sur la , une vanne 10 selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l’invention.
La différence avec la vanne du premier mode de réalisation est située dans la partie de passage 52. Le reste de la vanne est identique à celle du premier mode de réalisation.
Conformément à ce deuxième mode de réalisation, la partie de passage 52 comporte un conduit 54, conformé pour déboucher, en position de décharge (c’est-à-dire lorsque le second élément 22 vient en butée contre l’anneau de butée 30), de part et d’autre du joint distal 46, comme cela est représenté sur la .
Ainsi, le gaz est susceptible de surpasser le joint distal 46, à travers le conduit 54. Ainsi, dans cette position de décharge, la troisième voie 14c communique avec les première 14a et seconde 14b voies.
On notera que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits, et pourrait présenter d’autres variantes en restant dans le cadre des revendications.

Claims (10)

  1. Vanne (10) destinée à équiper un réservoir de gaz à haute pression, notamment un réservoir d’hydrogène, par exemple pour un véhicule, comprenant un corps (12) dans lequel sont ménagées une première voie (14a) destinée à être connectée au réservoir de gaz, et une seconde voie (14b) destinée à être connectée à un circuit, les première (14a) et seconde (14b) voies communiquant avec un logement central (16), la vanne comprenant un organe d’obturation (18) mobile entre une position d’obturation de la première voie (14a) et une position d’alimentation dans laquelle les première (14a) et seconde (14b) voies communiquent, caractérisée en ce qu’une troisième voie (14c) de décharge est ménagée dans le corps (12) et communique avec le logement central (16), l’organe d’obturation (18) étant conformé pour isoler la troisième voie (14c) des première (14a) et seconde (14b) voies dans les positions d’obturation et d’alimentation, et pour autoriser la communication entre la troisième voie (14c) et les première (14a) et seconde (14b) voies dans une position de décharge.
  2. Vanne (10) selon la revendication 1, dans laquelle l’organe d’obturation (18) comporte un premier élément (20) mobile en translation le long de l’axe longitudinal (X), la première voie (14a) étant agencée en regard du premier élément (20) dans la direction longitudinale, de sorte que le premier élément (20) obture la première voie (14a) en position d’obturation.
  3. Vanne (10) selon la revendication 2, dans laquelle le premier élément (20) comporte une partie d’extrémité tronconique (38), s’étendant entre une base proximale présentant un diamètre supérieur à celui de la première voie (14a), et une base distale présentant un diamètre inférieur à celui de la première voie (14a), la partie tronconique (38) étant agencée en regard de la première voie (14a), de manière à pourvoir s’y insérer lorsque le premier élément (20) se déplace vers cette première voie (14a).
  4. Vanne (10) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le premier élément (20) comporte un joint d’étanchéité annulaire proximal (44) destiné à être comprimé contre une paroi interne du logement (16).
  5. Vanne (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle l’organe d’obturation (18) comporte un second élément (22) mobile par vissage le long de l’axe longitudinal (X), coopérant avec le premier élément (20) pour le déplacer lorsque le second élément (22) est actionné.
  6. Vanne (10) selon la revendication 5, comportant un troisième élément (24) fixe, dans lequel le second élément (22) est mobile par vissage, le troisième élément (24) comprenant une butée pour le second élément (22) en position de décharge.
  7. Vanne (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le logement central (16) comporte un joint distal (46), disposé entre la première voie (14a) et la troisième voie (14c), et le premier élément comporte une partie de passage (52), autorisant le passage de gaz en outrepassant le joint distal (46) lorsque cette partie de passage (52) est en regard de ce joint distal (46), les première (14a) et troisième (14c) voies ne communiquant pas lorsque la partie de passage (52) n’est pas en regard du joint distal (46).
  8. Vanne (10) selon la revendication 7, dans laquelle la partie de passage (52) comporte une rainure hélicoïdale, dimensionnée de sorte que, en position de décharge, les extrémités de la rainure hélicoïdale se trouvent de part et d’autre du joint distal (46).
  9. Vanne (10) selon la revendication 7, dans laquelle la partie de passage (52) comporte un conduit (54), dimensionné de sorte que, en position de décharge, les extrémités du conduit (54) se trouvent de part et d’autre du joint distal (46).
  10. Réservoir de gaz haute pression, notamment pour hydrogène, caractérisé en ce qu’il comporte une vanne (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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