WO2006070116A2 - Detendeur de gaz a piston insensible aux variations de pression amont - Google Patents

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WO2006070116A2
WO2006070116A2 PCT/FR2005/003245 FR2005003245W WO2006070116A2 WO 2006070116 A2 WO2006070116 A2 WO 2006070116A2 FR 2005003245 W FR2005003245 W FR 2005003245W WO 2006070116 A2 WO2006070116 A2 WO 2006070116A2
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Pascal Bruhat
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Clesse Industries
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/06—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule
    • G05D16/063—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane
    • G05D16/0644—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane the membrane acting directly on the obturator
    • G05D16/0655—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane the membrane acting directly on the obturator using one spring-loaded membrane
    • G05D16/0658—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane the membrane acting directly on the obturator using one spring-loaded membrane characterised by the form of the obturator
    • G—PHYSICS
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    • G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/10—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a piston or plunger
    • G05D16/103—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a piston or plunger the sensing element placed between the inlet and outlet

Definitions

  • the present invention relates to a gas expander for mounting on a gas supply conduit connecting a source of gas to a user device.
  • the regulators usually used have the characteristic of being upstream piston type, that is to say they are based on an expansion system in which a piston is positioned upstream of a seat forming a through orifice gas, a spring allowing, through a piston rod passing through the seat, to maintain the piston spaced from said seat, and therefore its closed position.
  • the operation of such a pressure reducer is based on its equilibrium point between the upstream and downstream gas pressure forces tending to close the piston, and the restoring force of a prestressed element tending to open the piston.
  • piston in general a spring, chosen according to the equilibrium point, and therefore the desired expansion pressure. This prestressed element can be adjustable.
  • the upstream pressure is constant and it is therefore the downstream pressure that controls the opening or closing more or less important of the piston in case of overpressure or underpressure at the user device.
  • the piston since the piston is positioned upstream of the seat, it is particularly sensitive to variations in the feed pressure of the expander and all the more so since its surface in contact with the gas is important.
  • LPG high pressure LPG has the characteristic of being in pressure equilibrium between the liquid and vapor phases, the value of the equilibrium pressure being highly dependent on the temperature of the medium. So, in summer, the Upstream pressure will be higher than in winter, the balance of forces exerted on the piston is then modified as explained above, and the downstream pressure delivered to the user device is no longer constant. It has for example been found for a pressure regulator whose pressure is at 1.5 bar relative in nominal conditions, the equilibrium point may vary from + or -0.5 bar. This can cause disturbances in the user device which is downstream of the regulator which it receives the pressure directly.
  • EP 0 362 166 discloses a standard gas expander associated with a pre-expansion valve reported upstream of said expander.
  • This pre-expansion valve comprises a regulation mechanism controlled by the displacement of a movable element mounted on a prestressed member and adapted to close the passage of the gas, said movable element being shaped so as to provide the gas under pressure a lower surface on the surface offered with pre-relaxed gas.
  • GB 2,308,425 discloses an expansion valve for connection to a pressurized gas cylinder and supplying the expanded gas to a user device.
  • the purpose of this device is to keep in the gas cylinder sufficient residual pressure to prevent the entry of moisture that may cause corrosion of the bottle.
  • the expansion valve comprises a pressure regulation mechanism controlled by the displacement of a movable member mounted on a prestressed member and adapted to close the passage of the gas, said movable member being shaped so as to offer gas under pressure a surface lower than the surface offered to the gas relaxed.
  • the object of the present invention is to propose an improved device, consisting of a gas expansion valve comprising at least one inlet orifice intended to be connected to a source of gas under pressure and at least one outlet orifice intended to deliver the expanded gas to a user device, said regulator comprising a pressure regulation mechanism controlled by the displacement of at least one movable element, mounted on a prestressed member, and able to close the passage, each movable element providing, on the one hand, a pressurized gas contact surface penetrating through the inlet port, and secondly, a gas-free surface, characterized in that the surface offered to pressurized gas is negligible, or even zero, compared to the surface offered to gas expanded to allow the delivery of a gas expanded at a determined pressure regardless of the pressure of the gas at the inlet.
  • the forces exerted on the mobile element by the gas entering under pressure are, because of the negligible or even zero contact surface of said movable element with the gas under pressure, much lower than that exerted by the expanded gas on this same moving element, which is controlled exclusively or almost exclusively by the pressure of expansion of the gas.
  • a variation of the supply pressure will have no or almost no effect on the equilibrium point of the movable element.
  • the movable element may be of the piston or membrane type, for example.
  • the inlet orifice is offset relative to the movable element so as to allow an arrival of the radially distant gas with respect to an axis of displacement of the movable element, in order to generate a radial inlet of the gas at the of the movable element.
  • the gas flow arrives on the movable element in a radial direction and does not exert dynamic forces on the movable element, which further reduces the influence of the upstream pressure on said movable element.
  • the inlet orifice is oriented in a direction substantially parallel to an axis of displacement of the movable element.
  • the inlet orifice may, alternatively, have a radial orientation with respect to said axis of displacement.
  • the prestressed member exerts forces on the movable element tending to its displacement in the direction of the opening of the passage of the gas.
  • the prestressed member is a spring.
  • an expansion valve comprises an upstream compartment into which the inlet of pressurized gas and a downstream compartment into which the expanded gas outlet opens, the two compartments being separated by an inner wall to through which slides the movable element.
  • the movable element is in the form of a piston comprising, on the one hand, a head located in the vicinity of the orifice of outlet, and secondly, a rod having an end adapted to cooperate with a seat to close the passage of the gas.
  • the rod comprises an inner channel opening on the one hand, at the piston head near the outlet orifice, and secondly, at the end of the rod located at near the inlet.
  • the inner channel has a frustoconical inlet.
  • This feature makes it possible, on the one hand, to facilitate the circulation of the gas, and on the other hand to have a contact surface in direct contact with the pressurized gas which is minimal or even close to a zero surface. Indeed, the expansion of the gas is effected at the entrance of the channel. As a result, the frustoconical channel and inlet are subjected to the outlet pressure.
  • the presence of a frustoconical inlet makes it possible to minimize the external rim of the channel subjected to the inlet pressure, the surface subjected to the inlet pressure then being not only negligible but can be considered as zero with regard to the dimensions and forces in Game.
  • the expander comprises a flexible membrane attached to the piston head and attached to the expander at its periphery.
  • the membrane is fixedly attached to the piston head by its central portion.
  • the expander according to the invention is a single-stage expander.
  • the regulator according to the invention is equipped with a cut-off device due to lack of outlet pressure.
  • Figure 1 is a cross sectional view of a pressure regulator according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a cross section of a pressure regulator according to a second embodiment of the invention.
  • An expansion valve 1 according to a first embodiment, as shown in Figure 1, comprises an outer housing 2 comprising a lid 2a, an intermediate portion 2b and a lower portion 2c.
  • An inlet 3 for the arrival of pressurized gas is arranged in the lower part 2c and an outlet 4 for the evacuation of the expanded gas is formed in the lid 2a.
  • the intermediate part 2b is divided by a wall internal 5 in an upstream compartment 6, closed by the lower part 2c and into which the inlet 3 opens, and a downstream compartment 7, closed by the cover 2a and in which the outlet 4 opens.
  • An opening 8 is made in the inner wall 5 so as to allow the sliding of a piston 10, a seal 9 sealing the sliding.
  • the piston 10 comprises a hollow cylindrical rod 11 capable of sliding through the inner wall 5 through the opening 8.
  • the rod 11 has an inner channel 18 passing through, on the one hand, in the upstream compartment 6 by a first end 12 having a frustoconical inlet converging downstream, and secondly, in the downstream compartment 7, by a second end 13 also frustoconical diverging downstream.
  • the end 13 also has a head 14 adapted to slide integrally with the rod 11 inside the downstream compartment 6.
  • the rod 11 also has a length sufficient for the end 12 of the inner channel 18 to come into contact with a wall 20 of the housing 2, which then closes the inner channel 18.
  • a seat 19 intended to provide the sealing of the closure is provided in the wall 20 facing the end 12. Furthermore, a vent hole 21 is formed in the intermediate portion 2b so as to allow communication between the atmosphere and the volume under the piston 10 and thus avoid any increase in pressure during the displacement of the piston 10.
  • the movable element that constitutes the piston 10 will have a contact surface S negligible or zero to the gas under pressure.
  • the expansion of the gas being effected at the frustoconical inlet 12 of the rod 11, the surface offered to the gas under pressure is reduced to the section of the hollow rod 11.
  • the frustoconical inlet being subjected to the outlet pressure and is added to the surface represented by the head 14 of the piston 10.
  • the head 14 of the piston 10 has a diameter of 56.5 mm and the rod 11 of said piston 10 has a diameter of the inner channel 18 of 5 mm for an outside diameter of 10 mm .
  • the frustoconical end 12 has a border 0.1 mm thick.
  • the surface S offered for gas under pressure is 3 mm 2 while the surface S 'offered for gas expansion is 2500 mm 2 .
  • the surface S represents only 0.12% of the area S '. Given the inaccuracies of measurements of upstream pressure variations and the threshold at which a variation is significant, such a negligible area can be considered as zero.
  • the inlet 3 of pressurized gas is spaced from the axis of the piston 10 and that the gas inlet is thus carried out radially relative to the frustoconical end 12 of the piston 10. In this way, the piston is not subjected to the dynamic forces due to the arrival of the gas on the piston, thereby reducing the forces of the pressurized gas acting on the piston 10.
  • the output 4 of the gas after expansion is itself coaxial with the axis of the piston 10 to minimize the pressure losses in line.
  • the head 14 of the piston 10 At rest, that is to say when no gas flows through the expander, the head 14 of the piston 10 is kept away from the inner wall 5 by a spring 16 bearing on the one hand, on the internal wall 5, and secondly, on the head 14 of the piston.
  • the pressurized gas is introduced into the pressure reducer 1 through the inlet 3.
  • the gas then flows from the upstream compartment 6 under pressure to the downstream compartment 7 via the inner channel 18 of the rod 11 of the front piston 10 to exit the regulator through the output 4 to supply the user device.
  • the variation of the resulting opening force is equal to the product of the variation of the supply pressure by the surface on which this pressure is exerted, namely the contact surface S. This being very much less than the contact surface S ', the resulting variation is negligible.
  • the equilibrium point of the piston 10 does not undergo any significant variation.
  • the channel 18 opens at a second sealed seat against which the piston 10 is adapted to be pressed by means of a refined surface when the downstream pressure is insufficient to counter the spring.
  • a secondary channel directly connecting the upstream compartment 6 and the downstream compartment 7 and equipped with a sealed closure system will, when it is opened, a repressurization of the downstream compartment 7 after suppression of the cause of the downstream pressure drop. In doing so the piston 10 is pushed back from the second seat and allows the circulation and expansion of the gas again.
  • FIG. 2 represents an expander 30 according to a second embodiment.
  • the expander 30 is made from a housing 35 comprising a cover 35a, an intermediate portion 35b and a lower portion 35c.
  • the housing 35 comprises an inlet 3 of gas under pressure arranged in the lower part 35c and an outlet 4 of the expanded gas arranged in the cover 35a, inner wall 5 of the intermediate part 35b divides the housing 35 into a upstream compartment 6, closed by the lower part 35c, and a downstream compartment 7, closed by the cover 35a.
  • the expander 30 comprises a piston 31 which differs from the piston 10 of the expander 1 in that a flexible membrane 32 is fixedly attached to the end 13 by means of a crimping ring 33.
  • the membrane 32 is also fixed peripherally in the housing 35 by means of fixing screws 34.
  • the flexibility of the membrane 32 allows the latter to be deformed to follow the movement of the rod 11. It should be noted that the pressurized gas inlet 3 and the expanded gas outlet 4 are both offset with respect to the axis of the piston 31.
  • a vent hole 21 is made in the intermediate portion 35b so as to allow communication between the atmosphere and the volume under the piston 31 and thus prevent any rise in pressure during the displacement of said piston 31.
  • the movable element constituted by the piston 31 has, on the one hand, a minimal or no contact surface S to the gas under pressure at the point of expansion, and on the other hand, a surface S 'contact maximum expanded gas, the latter being substantially equal to the surface of the membrane 32 to which is added the surface of the frustoconical section of the piston rod 31.
  • an expansion valve 30 according to this embodiment is slightly less accurate than a regulator 1 according to the first embodiment. It is also interesting to note that such regulators 1, 30 have a reduced number of parts compared to a traditional regulator.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un détendeur (1) de gaz comportant au moins un orifice d'entrée (3) destiné à être connecté à une source de gaz sous pression et au moins un orifice de sortie (4) destiné à délivrer le gaz détendu vers un appareil utilisateur, ledit détendeur comprenant un mécanisme de régulation de la pression commandé par le déplacement d'au moins un élément mobile (10), monté sur un organe précontraint (16), et apte à obturer le passage (18), chaque élément mobile offrant, d'une part, une surface de contact (S) au gaz sous pression pénétrant par l'orifice d'entrée, et d'autre part, une surface (S') au gaz détendu, caractérisé en ce que la surface offerte au gaz sous pression est négligeable par rapport à la surface offerte au gaz détendu afin de permettre la délivrance d'un gaz détendu à une pression déterminée indépendamment de la pression du gaz à l'entrée.

Description

Détendeur de gaz à piston insensible aux variations de pression amont
La présente invention se rapporte à un détendeur de gaz destiné à être monté sur un conduit d'amenée de gaz reliant une source de gaz à un appareil utilisateur.
Les détendeurs habituellement utilisés ont pour caractéristique d'être de type à piston amont, c'est-à-dire qu'il sont basés sur un système de détente dans lequel un piston est positionné en amont d'un siège formant un orifice de passage du gaz, un ressort permettant, par l'intermédiaire d'une tige de piston traversant le siège, de maintenir le piston écarté dudit siège, et donc de sa position de fermeture. Le fonctionnement d'un tel détendeur repose sur son point d'équilibre entre les forces de pression du gaz en amont et en aval, tendant à la fermeture du piston, et la force de rappel d'un élément précontraint tendant à l'ouverture du piston, en général un ressort, choisi en fonction du point d'équilibre, et donc de la pression de détente, souhaitée. Cet élément précontraint peut être réglable.
Idéalement, la pression amont est constante et c'est donc la pression aval qui commande l'ouverture ou la fermeture plus ou moins importante du piston en cas de surpression ou de souspression au niveau de l'appareil utilisateur. Toutefois, le piston étant positionné en amont du siège, il est particulièrement sensible aux variations de la pression d'alimentation du détendeur et ce d'autant plus que sa surface en contact avec le gaz est importante.
Ainsi, en cas d'augmentation de la pression d'alimentation du gaz, l'équilibre des forces sera atteint pour une pression de détente inférieure, et donc le détendeur délivrera une pression moindre. Inversement en cas de diminution de la pression du gaz d'alimentation, la pression de détente nécessaire pour réaliser l'équilibre des forces sera plus élevée.
Ceci est particulièrement gênant dans le cas du GPL par exemple. En effet, le GPL haute pression a pour caractéristique d'être en équilibre de pression entre les phases liquide et vapeur, la valeur de la pression d'équilibre étant fortement dépendante de la température du milieu. Ainsi, en été, la pression amont sera plus élevée qu'en hiver, l'équilibre des forces s'exerçant sur le piston s'en trouve alors modifié comme expliqué précédemment, et la pression aval délivrée à l'appareil utilisateur n'est plus constante. Il a par exemple été constaté pour un détendeur dont la pression de tarage se situe à 1 ,5 bar relatifs en conditions nominales, que le point d'équilibre peut varier de + ou -0,5 bar. Ceci peut entraîner des perturbations dans l'appareil utilisateur qui se situe en aval du détendeur dont il reçoit directement la pression.
On connaît déjà des dispositifs permettant de s'affranchir partiellement de la pression amont. Le document EP 0 362 166 décrit un détendeur de gaz standard associé à une valve de pré-détente rapportée en amont dudit détendeur.
Cette valve de pré-détente comprend un mécanisme de régulation commandé par le déplacement d'un élément mobile monté sur un organe précontraint et apte à obturer le passage du gaz, ledit élément mobile étant conformé de façon à offrir au gaz sous pression une surface inférieure à la surface offerte au gaz pré-détendu. Une telle conformation permet de réduire l'influence de la pression d'entrée sur l'élément mobile et par voie de conséquence les variations de cette dernière.
Le document GB 2 308 425 décrit une valve de détente destinée à être connectée à une bouteille de gaz sous pression et à délivrer le gaz détendu vers un appareil utilisateur. L'objectif de ce dispositif est de conserver dans la bouteille de gaz une pression résiduelle suffisante afin d'empêcher l'entrée d'humidité risquant d'entraîner la corrosion de la bouteille. Pour ce faire, la valve de détente comprend un mécanisme de régulation de la pression commandé par le déplacement d'un élément mobile monté sur un organe précontraint et apte à obturer le passage du gaz, ledit élément mobile étant conformé de manière à offrir au gaz sous pression une surface inférieure à la surface offerte au gaz détendu.
La présente invention a pour but de proposer un dispositif amélioré, et consiste pour cela en un détendeur de gaz comportant au moins un orifice d'entrée destiné à être connecté à une source de gaz sous pression et au moins un orifice de sortie destiné à délivrer le gaz détendu vers un appareil utilisateur, ledit détendeur comprenant un mécanisme de régulation de la pression commandé par le déplacement d'au moins un élément mobile, monté sur un organe précontraint, et apte à obturer le passage, chaque élément mobile offrant, d'une part, une surface de contact au gaz sous pression pénétrant par l'orifice d'entrée, et d'autre part, une surface au gaz détendu, caractérisé en ce que la surface offerte au gaz sous pression est négligeable, voire nulle, par rapport à la surface offerte au gaz détendu afin de permettre la délivrance d'un gaz détendu à une pression déterminée indépendamment de la pression du gaz à l'entrée.
Ainsi, les forces exercées sur l'élément mobile par le gaz entrant sous pression sont, du fait de la surface de contact négligeable, voire nulle, dudit élément mobile avec le gaz sous pression, très inférieures à celle exercées par le gaz détendu sur ce même élément mobile, qui est donc piloté exclusivement ou quasi exclusivement par la pression de détente du gaz. De ce fait, une variation de la pression d'alimentation n'aura aucune ou quasiment aucune répercussion sur le point d'équilibre de l'élément mobile. L'élément mobile pourra être du type piston ou membrane, par exemple.
Avantageusement, l'orifice d'entrée est déporté par rapport à l'élément mobile de manière à permettre une arrivée du gaz éloignée radialement par rapport à un axe de déplacement de l'élément mobile, afin de générer une entrée radiale du gaz au niveau de l'élément mobile. De cette manière, grâce à une arrivée de gaz écartée de l'élément mobile, le flux de gaz arrive sur l'élément mobile selon une direction radiale et n'exerce pas de forces dynamiques sur l'élément mobile, ce qui réduit encore l'influence de la pression amont sur ledit élément mobile.
Avantageusement encore, l'orifice d'entrée est orienté dans une direction sensiblement parallèle à un axe de déplacement de l'élément mobile. Bien évidemment, l'orifice d'entrée pourra, en variante, posséder une orientation radiale par rapport audit axe de déplacement.
De manière préférentielle, l'organe précontraint exerce sur l'élément mobile des efforts tendant à son déplacement dans le sens de l'ouverture du passage du gaz. Avantageusement, l'organe précontraint est un ressort. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un détendeur comprend un compartiment amont dans lequel débouche l'entrée de gaz sous pression et un compartiment aval dans lequel débouche la sortie de gaz détendu, les deux compartiments étant séparés par une paroi interne à travers laquelle coulisse l'élément mobile. Avantageusement, l'élément mobile est réalisé sous la forme d'un piston comprenant, d'une part, une tête située au voisinage de l'orifice de sortie, et d'autre part, une tige possédant une extrémité apte à coopérer avec un siège pour obturer le passage du gaz.
De manière avantageuse, la tige comprend un canal intérieur débouchant, d'une part, au niveau de la tête du piston à proximité de l'orifice de sortie, et d'autre part, au niveau de l'extrémité de la tige située à proximité de l'orifice d'entrée.
Avantageusement, le canal intérieur présente, une entrée tronconique. Cette caractéristique permet, d'une part, de faciliter la circulation du gaz, et d'autre part, d'avoir une surface de contact en prise directe avec le gaz sous pression qui est minimale voire proche d'une surface nulle. En effet, la détente du gaz s'effectue au niveau de l'entrée du canal. Par conséquent, le canal et l'entrée tronconique sont soumis à la pression de sortie. La présence d'une entrée tronconique permet de minimiser le rebord extérieur du canal soumis à la pression d'entrée, la surface soumise à la pression d'entrée étant alors non seulement négligeable mais peut être considérée comme nulle au regard des dimensions et forces en jeu.
Selon une variante de réalisation, le détendeur comprend une membrane souple rapportée sur la tête du piston et rattachée au détendeur par sa périphérie. Avantageusement, la membrane est fixement rattachée à la tête du piston par sa partie centrale.
Avantageusement, le détendeur selon l'invention est un détendeur monoétage.
Avantageusement encore, le détendeur selon l'invention est équipé d'un organe de coupure par manque de pression de sortie. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est vue en coupe transversale d'un détendeur selon un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale d'un détendeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Un détendeur 1 selon un premier mode de réalisation, tel que représenté à la figure 1 , comprend un boîtier 2 externe comprenant un couvercle 2a, une partie intermédiaire 2b et une partie inférieure 2c. Une entrée 3 destinée à l'arrivée en gaz sous pression est aménagée dans la partie inférieure 2c et une sortie 4 destinée à l'évacuation du gaz détendu est réalisée dans le couvercle 2a. La partie intermédiaire 2b est divisée par une paroi interne 5 en un compartiment amont 6, fermé par la partie inférieure 2c et dans lequel débouche l'entrée 3, et un compartiment aval 7, fermé par le couvercle 2a et dans lequel débouche la sortie 4.
Une ouverture 8 est pratiquée dans la paroi interne 5 de manière à permettre le coulissement d'un piston 10, un joint 9 assurant l'étanchéité du coulissement.
Plus précisément le piston 10 comprend une tige 11 cylindrique creuse apte à coulisser à travers la paroi interne 5 par l'ouverture 8. La tige 11 présente un canal intérieur 18 traversant débouchant, d'une part, dans le compartiment amont 6 par une première extrémité 12 présentant une entrée tronconique convergeant vers l'aval, et d'autre part, dans le compartiment aval 7, par une deuxième extrémité 13 également tronconique divergeant vers l'aval. L'extrémité 13 présente par ailleurs une tête 14 apte à coulisser solidairement avec la tige 11 à l'intérieur du compartiment aval 6. Un joint 15, situé en bordure de la tête 14, assure l'étanchéité du coulissement. La tige 11 possède en outre une longueur suffisante pour que l'extrémité 12 du canal intérieur 18 puisse venir au contact d'une paroi 20 du boîtier 2, celle-ci obturant alors le canal intérieur 18. Un siège 19 destiné à assurer l'étanchéité de l'obturation est prévu dans la paroi 20 en regard de l'extrémité 12. Par ailleurs, un trou d'évent 21 est pratiqué dans la partie intermédiaire 2b de manière à permettre une communication entre l'atmosphère et le volume sous le piston 10 et ainsi éviter toute montée en pression lors du déplacement du piston 10.
Il découle de cette configuration que l'élément mobile que constitue le piston 10 présentera une surface de contact S négligeable voire nulle au gaz sous pression. La détente du gaz s'effectuant au niveau de l'entrée tronconique 12 de la tige 11 , la surface offerte au gaz sous pression est réduite à la section de la tige 11 creuse. L'entrée tronconique étant quant à elle soumise à la pression de sortie et vient s'ajouter à la surface représentée par la tête 14 du piston 10.
A titre d'exemple on pourra considérer les dimensions typiques suivantes : La tête 14 du piston 10 possède un diamètre de 56,5 mm et la tige 11 dudit piston 10 présente un diamètre du canal intérieur 18 de 5mm pour un diamètre extérieur de 10 mm. L'extrémité 12 tronconique présente une bordure de 0,1 mm d'épaisseur. Par conséquent, la surface S offerte au gaz sous pression s'élève à 3 mm2 tandis que la surface S' offerte au gaz détendu s'élève à 2500 mm2. La surface S ne représente que 0,12% de la surface S'. Compte tenu des imprécisions de mesures de variations de pression amont et du seuil à partir duquel une variation est significative, une telle surface négligeable peut être considérée comme nulle. Par ailleurs, il convient de noter que l'entrée 3 de gaz sous pression est écartée de l'axe du piston 10 et que l'arrivée de gaz s'effectue donc radialement par rapport à l'extrémité 12 tronconique du piston 10. De cette manière, le piston n'est pas soumis aux forces dynamiques dues à l'arrivée du gaz sur le piston, ce qui réduit d'autant les forces du gaz sous pression s'exerçant sur Ie piston 10.
La sortie 4 du gaz après détente est quant à elle coaxiale avec l'axe du piston 10 afin de minimiser les pertes de charge en ligne.
Au repos, c'est-à-dire lorsqu'aucun gaz ne circule à travers le détendeur, la tête 14 du piston 10 est maintenue éloignée de la paroi interne 5 par un ressort 16 venant prendre appui, d'une part, sur la paroi interne 5, et d'autre part, sur la tête 14 du piston.
En fonctionnement, le gaz sous pression est introduit dans le détendeur 1 par l'entrée 3. Le gaz circule alors du compartiment amont 6 sous pression vers le compartiment aval 7 par l'intermédiaire du canal intérieur 18 de la tige 11 du piston 10 avant de sortir du détendeur par la sortie 4 pour alimenter l'appareil utilisateur.
Les forces tendant à écarter le piston 10 du boîtier 2 sont celles provenant du gaz sous pression et celle exercée par le ressort 16. Le bilan des forces s'exerçant sur l'élément mobile à l'équilibre s'écrit donc : P alimentation X S + Fressorf = P détente * S'
La surface S offerte au gaz sous pression étant très petite voire nulle devant la surface offerte au gaz détendu, l'équilibre des forces peut s'écrire : r ressort = Pdétente X S et est donc indépendant de la pression amont.
Lorsque la pression de sortie est trop importante, la force exercée par le gaz détendu sur la tête 14 du piston 10 est alors suffisante pour vaincre la force de répulsion du ressort 16 et l'extrémité 12 est plaquée contre la paroi 20 dans le siège 19, obturant ainsi le canal intérieur 18 de manière étanche. Lorsque la pression de sortie diminue, le compartiment aval 6 n'étant plus alimenté en gaz, les forces de rappel du ressort redeviennent supérieures aux forces de pression exercées par le gaz détendu sur le piston 10 et entraînent par conséquent récartement de l'extrémité 12 du boîtier 2 et donc l'ouverture du canal intérieur 18. Le gaz sous pression circule à nouveau du compartiment amont 6 vers le compartiment aval 7. En cas de variation de la pression d'alimentation, la variation de la force d'ouverture résultante est égale au produit de la variation de la pression d'alimentation par la surface sur laquelle cette pression s'exerce, à savoir la surface de contact S. Celle-ci étant très largement inférieure à la surface de contact S', la variation résultante est négligeable. Le point d'équilibre du piston 10 ne subit donc pas de variation significative.
On pourra également prévoir un système complémentaire permettant de couper l'arrivée du gaz par manque de pression aval. Dans ce cas, le canal 18 débouche au niveau d'un deuxième siège étanche contre lequel le piston 10 est apte à venir se plaquer par l'intermédiaire d'une surface affinée lorsque la pression aval est insuffisante pour contrer le ressort. Un canal secondaire reliant directement le compartiment amont 6 et le compartiment aval 7 et équipé d'un système de fermeture étanche permettra lors de son ouverture une remise sous pression du compartiment aval 7 après suppression de la cause de la chute de pression aval. Ce faisant le piston 10 est repoussé du deuxième siège et permet à nouveau la circulation et la détente du gaz.
La figure 2 représente un détendeur 30 selon un deuxième mode de réalisation. Le détendeur 30 est réalisé à partir d'un boîtier 35 comprenant un couvercle 35a, une partie intermédiaire 35b et une partie inférieure 35c. Comme pour le boîtier 2, le boîtier 35 comporte une entrée 3 de gaz sous pression aménagée dans la partie inférieure 35c et une sortie 4 du gaz détendu aménagé dans le couvercle 35a, paroi intérieure 5 de la partie intermédiaire 35b divise le boîtier 35 en un compartiment amont 6, fermé par la partie inférieure 35c, et un compartiment aval 7, fermé par le couvercle 35a. Par ailleurs, le détendeur 30 comprend un piston 31 qui diffère du piston 10 du détendeur 1 par le fait qu'une membrane 32 souple est fixement rattachée à l'extrémité 13 par l'intermédiaire d'une bague de sertissage 33. La membrane 32 est également fixée en périphérie dans le boîtier 35 au moyen de vis de fixation 34. La souplesse de la membrane 32 permet à cette dernière de se déformer pour suivre le déplacement de la tige 11. II convient de noter que l'entrée 3 de gaz sous pression et la sortie 4 de gaz détendu sont toutes deux étant décalées par rapport à l'axe du piston 31.
Par ailleurs, un trou d'évent 21 est pratiqué dans la partie intermédiaire 35b de manière à permettre une communication entre l'atmosphère et le volume sous le piston 31 et ainsi éviter toute montée en pression lors du déplacement dudit piston 31.
Dans cette configuration, l'élément mobile que constitue le piston 31 présente, d'une part, une surface de contact S minimale, voire nulle, au gaz sous pression à l'endroit de la détente, et d'autre part, une surface de contact S' maximale au gaz détendu, celle-ci étant sensiblement égale à la surface de la membrane 32 à laquelle s'ajoute la surface de la section tronconique de la tige du piston 31.
Il convient toutefois de noter que la surface de contact d'une membrane telle que la membrane 32 est plus difficile à évaluer précisément, en raison notamment de variations de la rigidité intrinsèque de la membrane en fonction de la température. De ce fait, un détendeur 30 selon ce mode de réalisation est légèrement moins précis qu'un détendeur 1 selon le premier mode de réalisation. II est également intéressant de noter que de tels détendeurs 1 , 30 comportent un nombre de pièces réduit par rapport à un détendeur traditionnel.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Détendeur (1 , 30) de gaz comportant au moins un orifice d'entrée (3) destiné à être connecté à une source de gaz sous pression et au moins un orifice de sortie (4) destiné à délivrer le gaz détendu vers un appareil utilisateur, ledit détendeur comprenant un mécanisme de régulation de la pression commandé par le déplacement d'au moins un élément mobile (10, 31), monté sur un organe précontraint (16), et apte à obturer le passage (18), chaque élément mobile offrant, d'une part, une surface de contact (S) au gaz sous pression pénétrant par l'orifice d'entrée, et d'autre part, une surface (S') au gaz détendu, caractérisé en ce que la surface offerte au gaz sous pression est négligeable, voire nulle, par rapport à la surface offerte au gaz détendu afin de permettre la délivrance d'un gaz détendu à une pression déterminée indépendamment de la pression du gaz à l'entrée.
2. Détendeur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'orifice d'entrée est déportée par rapport à l'élément mobile de manière à permettre une arrivée du gaz éloignée radialement par rapport à un axe de déplacement de l'élément mobile, afin de générer une entrée radiale du gaz au niveau de l'élément mobile.
3. Détendeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée est orienté dans une direction sensiblement parallèle à un axe de déplacement de l'élément mobile.
4. Détendeur (1 , 30) selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, caractérisé en ce que l'organe précontraint (16) exerce sur l'élément mobile (10, 31) des efforts tendant à son déplacement dans le sens de l'ouverture du passage du gaz.
5. Détendeur (1 , 30) selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisé en ce que l'organe précontraint est un ressort (16).
6. Détendeur (1 , 30) selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, caractérisé en ce qu'il comprend un compartiment amont (6) dans lequel débouche l'entrée (3) de gaz sous pression et un compartiment aval (7) dans lequel débouche la sortie (4) de gaz détendu, les deux compartiments étant séparés par une paroi interne (5) à travers laquelle coulisse l'élément mobile (10, 31).
7. Détendeur (1 , 30) selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que l'élément mobile est réalisé sous la forme d'un piston (10, 31) comprenant, d'une part, une tête (14) située au voisinage de l'orifice de sortie (4), et d'autre part, une tige (11) possédant une extrémité (12) apte à coopérer avec un siège (19) pour obturer le passage (18) du gaz.
8. Détendeur (1 , 30) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tige (11) comprend un canal intérieur (18) débouchant, d'une part, au niveau de la tête (14) du piston (10, 31) à proximité de l'orifice de sortie (4), et d'autre part, au niveau de l'extrémité (12) de la tige située à proximité de l'orifice d'entrée (3).
9. Détendeur (1 , 30) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le canal intérieur (18) présente une entrée (12) tronconique.
10. Détendeur (30) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une membrane (32) souple rapportée sur la tête (14) du piston (31) et rattachée au détendeur par sa périphérie.
11. Détendeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un détendeur monoétage.
12. Détendeur selon l'une quelconque des revendication 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un organe de coupure par manque de pression de sortie.
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