WO2006100354A1 - Cartouche pour fluide sous pression - Google Patents

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cylindrical
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Eric Carrato
Yann Devines
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Application Des Gaz
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Definitions

  • the present invention relates to a cartridge for pressurized fluid.
  • the conditioning of a fluid under pressure can be in the form of cartridges.
  • cartridges can be coupled to devices of different types - stove, lamp, soldering lamp, etc. - which, for their operation, use the gas stored in the cartridge.
  • a cartridge comprises a metal body with a cylindrical wall having, at its lower end, an opening which is closed by a bottom.
  • the bottom is concave and is attached to the body by crimping.
  • the withdrawal of the fluid contained in the cartridge - usually a combustible gas - can be done according to two possibilities:
  • a perforable cartridge that is to say a cartridge whose body is completely closed.
  • the upper part of the body has a perforation area, at which a perforator belonging to a device can pierce the cartridge to withdraw the fluid.
  • valve cartridge that is to say a cartridge which incorporates, in the upper part, a gas sampling valve.
  • This type of cartridge has a higher level of security than pierceable cartridges.
  • each type of cartridge has its own diameters, so that an apparatus intended to operate with a perforable cartridge can not be implemented with a valve cartridge and vice versa.
  • the perforable cartridges are manufactured in millions of copies every year and the tooling to manufacture the latter is largely amortized.
  • the reuse of a dimensioned bottom for a pierceable cartridge by a valve cartridge poses a problem insofar as a valve cartridge must necessarily have a different diameter than that of a perforable cartridge. This difference in diameter ensures incompatibility with apparatus sized to receive a perforable cartridge.
  • a perforable cartridge has a diameter of
  • valve cartridge of similar capacity must have a body with a diameter greater than 91 millimeters to ensure incompatibility with devices, currently existing on the market, intended to operate with pierceable cartridges.
  • the diametral reduction of the body to adapt to a pre-existing bottom may have a negative influence on the capacity of the cartridge to collect the pressure forces of the fluid under pressure.
  • the diametrical evolution of the body can create stress concentrations which, under certain conditions, can lead to inadmissible deformations of the cartridge.
  • An object of the invention is to provide a pressurized fluid conditioning cartridge which has a diametral reduction and which has good performance of resistance to pressure.
  • the subject of the invention is essentially a cartridge for pressurized fluid comprising:
  • a body having a cylindrical portion of diameter D between 75 mm and 110 mm surmounted by a dome at one of its ends and a circular opening at its second end, and a bottom of diameter d between 70 mm and 90 mm and less than the diameter D closing the opening of the body, the bottom having a concavity oriented towards the inside of the body, the connection between the bottom and the body being made by an annular set, characterized in that the body presents, in its portion adjacent to the opening, a connection zone A comprising: a cylindrical end portion of a height h of diameter equal to the diameter of the bottom,
  • a frustoconical portion connecting the cylindrical end portion to the cylindrical body, the frustoconical portion forming an angle ⁇ with the cylindrical end portion, ⁇ being between 10 and 30 °, and the height h of the cylindrical end portion being between 3 and 10 millimeters.
  • the particular conformation of the connecting zone makes the reduction of the diameter of the body to connect to a bottom of smaller diameter is obtained without creating zones of concentration of constraints. According to other characteristics of the cartridge:
  • connection radius R 1 of the frustoconical portion to the cylindrical portion is between 2 and 20 millimeters
  • the connecting radius R2 of the frustoconical portion to the cylindrical end portion is between 2 and 20 millimeters.
  • the angle ⁇ is between 12 ° and 18 °.
  • the angle ⁇ is equal to 15 °; this value is indeed a good compromise between the minimization of stress peaks and a frustoconical portion which has too high a height.
  • Another provision of the cartridge provides that the bottom has a cylindrical portion which bears against the cylindrical end portion of the body, which allows to create a rigid zone.
  • the cylindrical end portion h has a height of 5 millimeters.
  • the connection radius R1 is of the order of
  • FIG. 1 represents, in axial section, a cartridge according to the invention
  • Figure 2 shows, on an enlarged scale, the portion of the cartridge located at its base.
  • the cartridge 1 comprises two main elements, namely a body 2 and a bottom 3.
  • the body is made of a metal sheet which is shaped so as to have a cylindrical portion 2a surmounted by a dome 2b.
  • the dome 2b receives a valve 8 capable of cooperating with an apparatus using a fluid contained in the cartridge.
  • the valve is attached to the body by swaging.
  • the bottom 3 consists of a concave metal cup that closes the body.
  • the fixing of the bottom 3 on the body 2 is done by crimping.
  • the body is shaped to present an annular hook 5, while the bottom 3 is conformed to present an annular arc 6 extended by an annular hook 7.
  • the particularity of the cartridge according to the invention is that the bottom diameter is smaller than the diameter of the cylindrical part of the body.
  • the body therefore has a connection zone A,
  • connection zone A is adjacent to the opening of the body 2. This arrangement makes it possible to use tools that work near the opening; it is indeed the area that has the best accessibility for tools to achieve a restraint.
  • connection zone A has a very specific profile for reasons which will be explained later.
  • connection area is broken down into:
  • a frustoconical portion 2d which provides the connection between the cylindrical end portion 2c and the cylindrical portion of the body. It should be remembered that the cartridge is intended to receive a fluid whose pressure is greater than atmospheric pressure. The fluid is present in the cartridge under a gaseous phase and under a liquid phase.
  • connection zone of the cartridge according to the invention make the reduction of diameter does not disturb the behavior of the cartridge, indeed section variations constitute stress concentration zones.
  • the height h of the cylindrical end portion is between 3 and 10 millimeters, this arrangement allows the bottom 3 to have a cylindrical portion 3a which bears directly against the cylindrical end portion 2c of the body 2.
  • the angle formed by the frustoconical portion with the cylindrical end portion is between 10 and 30 °.
  • This relatively flat angle makes it possible to minimize the formation of stress peaks that are generated by discontinuities due to diametric variations.
  • the angle ⁇ is between 12 and 18 ° which corresponds to a satisfactory compromise between the minimization of the stress peaks and the fact of having a frustoconical portion which has a height too large, which would be difficult to achieve industrially.
  • the preferred value of the angle ⁇ can be evaluated at 15 °.
  • the connecting radii R1 and R2 respectively of the frustoconical portion 2d to the cylindrical portion 2a of the body and the frustoconical portion to the cylindrical end portion are between 2 and 20 millimeters.
  • the preferred value of the radii R1 and R2 is of the order of 10 millimeters.
  • connection zone contributes to creating an area in which the stress concentrations are minimized.
  • the cartridges according to the invention can be stored against each other without crimping creating interference.

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Abstract

Cette cartouche pour fluide sous pression comprend : un corps présentant une partie (2a) cylindrique de diamètre D compris entre 75 millimètres et 110 millimètres surmontée d'un dôme à l'une de ses extrémités et une ouverture circulaire à sa seconde extrémité, et un fond (3) de diamètre d inférieur au diamètre D fermant l'ouverture du corps, le fond (3) présentant une concavité orientée vers l'intérieur du corps (2), la liaison entre le fond (3) et le corps (2) étant réalisée par un serti annulaire. Selon l'invention, le corps présente, dans sa partie adjacente à l'ouverture, une zone de raccordement A comprenant : une portion cylindrique d'extrémité (2c) d'une hauteur h de diamètre égale au diamètre du fond, une portion tronconique (2d) reliant la portion cylindrique d'extrémité au corps cylindrique, la portion tronconique (2d) formant un angle α avec la portion cylindrique d'extrémité, α étant compris entre 10 et 30°, et la hauteur h de la portion cylindrique d'extrémité (2c) étant comprise entre 3 et 10 millimètres.

Description

Cartouche pour fluide sous pression
La présente invention concerne une cartouche pour fluide sous pression.
Le conditionnement d'un fluide sous pression, notamment gaz de pétrole liquéfié tel que du butane, peut se faire sous forme de cartouches. Ces cartouches peuvent être accouplées à des appareils de différents types - réchaud, lampe d'éclairage, lampe à souder, etc.. - qui, pour leur fonctionnement, utilisent le gaz emmagasiné dans la cartouche.
De manière générale, une cartouche comprend un corps métallique à paroi cylindrique présentant, à son extrémité inférieure, une ouverture qui est obturée par un fond. Le fond est de forme concave et est fixé au corps par sertissage. Le soutirage du fluide contenu dans la cartouche - généralement un gaz combustible - peut se faire selon deux possibilités :
- il est possible de prévoir une cartouche perforable, c'est-à-dire une cartouche dont le corps est complètement fermé. La partie supérieure du corps comporte une zone de perforation, au niveau de laquelle un perforateur appartenant à un appareil peut percer la cartouche pour soutirer le fluide.
- il est également possible de prévoir une cartouche à valve, c'est- à-dire une cartouche qui intègre, dans la partie supérieure, une valve de prélèvement du gaz. Ce type de cartouches présente un niveau de sécurité supérieur à celui des cartouches perforables. Bien entendu, chaque type de cartouche présente des diamètres propres, de telle sorte qu'un appareil destiné à fonctionner avec une cartouche perforable ne puisse pas être mis en œuvre avec une cartouche à valve et vice versa.
Dans l'optique du développement d'une nouvelle cartouche, la réutilisation d'éléments préexistants est, bien entendu, favorable sur un plan économique puisqu'il n'est pas nécessaire de fabriquer de nouveaux outillages. En particulier dans le cadre du développement d'une cartouche à valve, il peut s'avérer intéressant d'utiliser le fond d'une cartouche perforable.
En effet, les cartouches perforables sont fabriquées à des millions d'exemplaires chaque année et l'outillage pour fabriquer ces dernières est largement amorti. Toutefois, la réutilisation d'un fond dimensionné pour une cartouche perforable par une cartouche à valve pose un problème dans la mesure où une cartouche à valve doit nécessairement présenter un diamètre différent de celui d'une cartouche perforable. Cette différence de diamètre assure une incompatibilité avec des appareils dimensionnés pour recevoir une cartouche perforable.
En pratique, une cartouche perforable présente un diamètre de
86 millimètres, tandis qu'une cartouche à valve de capacité similaire doit présenter un corps d'un diamètre supérieur à 91 millimètres pour assurer une incompatibilité avec les appareils, existant actuellement sur le marché, destinés à fonctionner avec des cartouches perforables.
On voit alors que, si l'on souhaite utiliser un fond préexistant de plus petit diamètre que celui du corps, il faut que ce dernier présente une paroi de forme évolutive pour pouvoir se raccorder au fond. L'utilisation d'un corps de section cylindrique est donc inenvisageable.
Or, la réduction diamétrale du corps pour s'adapter à un fond préexistant peut avoir une influence négative sur la capacité de la cartouche à encaisser les efforts de pression du fluide sous pression. En d'autres termes, l'évolution diamétrale du corps peut créer des concentrations de contrainte qui, dans certaines conditions, peuvent entraîner des déformations non admissibles de la cartouche.
Un but de l'invention est de proposer une cartouche de conditionnement de fluide sous pression qui présente une réduction diamétrale et qui présente de bonnes performances de tenue à la pression. L'invention a essentiellement pour objet une cartouche pour fluide sous pression comprenant :
- un corps présentant une partie cylindrique de diamètre D compris entre 75 mm et 110 mm surmontée d'un dôme à l'une de ses extrémités et une ouverture circulaire à sa seconde extrémité, et - un fond de diamètre d compris entre 70 mm et 90 mm et inférieur au diamètre D fermant l'ouverture du corps, le fond présentant une concavité orientée vers l'intérieur du corps, la liaison entre le fond et le corps étant réalisée par un serti annulaire, caractérisée en ce que le corps présente, dans sa partie adjacente à l'ouverture, une zone de raccordement A comprenant : - une portion cylindrique d'extrémité d'une hauteur h de diamètre égale au diamètre du fond,
- une portion tronconique reliant la portion cylindrique d'extrémité au corps cylindrique, la portion tronconique formant un angle α avec la portion cylindrique d'extrémité, α étant compris entre 10 et 30 °, et la hauteur h de la portion cylindrique d'extrémité étant comprise entre 3 et 10 millimètres.
La conformation particulière de la zone de raccordement fait que la réduction du diamètre du corps pour se raccorder à un fond de diamètre inférieur est obtenue sans créer de zones de concentration de contraintes. Selon d'autres caractéristiques de la cartouche :
- le rayon de raccordement R1 de la portion tronconique à la partie cylindrique est compris entre 2 et 20 millimètres, et
- le rayon de raccordement R2 de la partie tronconique à la partie cylindrique d'extrémité est compris entre 2 et 20 millimètres.
De préférence, l'angle α est compris entre 12° et 18°. En particulier, l'angle α est égal à 15 °; cette valeur constitue en effet un bon compromis entre la minimisation des pics de contraintes et une partie tronconique qui présente une hauteur trop importante. Une autre disposition de la cartouche prévoit que le fond présente une partie cylindrique qui est en appui contre la portion cylindrique d'extrémité du corps, ce qui permet de créer une zone rigide.
De préférence, la partie cylindrique d'extrémité h présente une hauteur de 5 millimètres. De préférence, le rayon de raccordement R1 est de l'ordre de
10 millimètres et le rayon de raccordement R2 est de l'ordre de 10 millimètres.
Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence au dessin ci annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation d'une cartouche selon celle-ci. Figure 1 représente, en coupe axiale, une cartouche selon l'invention,
Figure 2 représente, à une échelle agrandie, la partie de la cartouche située à sa base.
Comme cela apparaît sur la figure 1, la cartouche 1 comprend deux éléments principaux, à savoir un corps 2 et un fond 3. Le corps est constitué d'une tôle métallique qui est conformée de façon à présenter une partie cylindrique2a surmontée d'un dôme 2b.
Le dôme 2b reçoit une valve 8 susceptible de coopérer avec un appareil utilisant un fluide contenu dans la cartouche. La valve est fixée sur le corps par dudgeonnage.
Le fond 3 est constitué d'une coupelle métallique concave qui vient obturer le corps.
La fixation du fond 3 sur le corps 2 se fait par sertissage.
Comme cela apparaît plus clairement à la figure 2, le corps est conformé pour présenter un crochet annulaire 5, tandis que le fond 3 est conforme pour présenter un arc annulaire 6 prolongé d'un crochet annulaire 7.
Les crochets annulaires 5 et 7 respectifs du corps 2 et du fond 3 sont imbriqués l'un dans l'autre pour former la liaison mécanique entre le corps 2 et le fond 3.
La particularité de la cartouche, selon l'invention, est que le diamètre de fond est inférieur au diamètre de la partie cylindrique du corps.
Le corps présente donc une zone de raccordement A,
Un premier point à noter est que la zone de raccordement A est adjacente à l'ouverture du corps 2. Cette disposition permet en effet d'utiliser des outils qui travaillent à proximité de l'ouverture ; il s'agit en effet de la zone qui présente la meilleure accessibilité pour les outils devant réaliser un retreint.
En deuxième lieu, il doit être noté que la zone de raccordement A présente un profil très spécifique pour des motifs qui vont être explicités plus loin.
En effet, il est prévu que la zone de raccordement se décompose en :
- une portion cylindrique d'extrémité 2c de diamètre égal au diamètre du fond ; la portion cylindrique d'extrémité présente une hauteur h,
- une portion tronconique 2d qui assure la liaison entre la portion cylindrique d'extrémité 2c et la partie cylindrique du corps. II faut rappeler que la cartouche est destinée à recevoir un fluide dont la pression est supérieure à la pression atmosphérique. Le fluide est présent dans la cartouche sous une phase gazeuse et sous une phase liquide.
On rappelle que, avant d'éclater, une cartouche de gaz subit sous l'effet d'une augmentation de la pression du gaz une déformation mécanique permanente, cette déformation est un retournement du fond, c'est-à-dire un changement de concavité de ce dernier qui permet d'augmenter le volume intérieur de la cartouche tout en préservant son étanchéité.
Les spécificités de la zone de raccordement de la cartouche selon l'invention font que la réduction de diamètre ne perturbe pas le comportement de la cartouche, en effet les variations de section constituent des zones de concentration de contraintes.
Ainsi, il est prévu que la hauteur h de la partie cylindrique d'extrémité est comprise entre 3 et 10 millimètres, cette disposition permet au fond 3 de présenter une portion cylindrique 3a qui est directement en appui contre la portion cylindrique d'extrémité 2c du corps 2.
Il est également prévu que l'angle que forme la partie tronconique avec la partie cylindrique d'extrémité soit compris entre 10 et 30 °. Cet angle, relativement plat, permet de minimiser la formation de pics de contraintes qui sont générés par les discontinuités dues aux variations diamétrales. De préférence, l'angle α est compris entre 12 et 18° qui correspond à un compromis satisfaisant entre la minimisation des pics de contraintes et le fait d'avoir une partie tronconique qui présente une hauteur trop importante, ce qui serait difficile à réaliser industriellement. La valeur préférentielle de l'angle α peut être évaluée à 15°. Les rayons de raccordement R1 et R2 respectivement de la partie tronconique 2d à la partie cylindrique 2a du corps et de la partie tronconique à la partie cylindrique d'extrémité sont compris entre 2 et 20 millimètres. La valeur préférentielle des rayons R1 et R2 est de l'ordre de 10 millimètres.
On voit ainsi que tous les paramètres définissant la zone de raccordement concourent à créer une zone dans laquelle les concentrations de contraintes sont minimisées.
Outre l'avantage de pouvoir utiliser un fond éventuellement préexistant de plus petit diamètre que le diamètre du corps, on note un avantage supplémentaire pour la cartouche selon l'invention qui réside dans le fait que le sertissage qui forme un bourrelet est compris radialement dans le diamètre du corps.
De ce fait, les cartouches selon l'invention peuvent être stockées les unes contre les autres sans que le sertissage ne crée d'interférence.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cartouche pour fluide sous pression comprenant :
- un corps présentant une partie (2a) cylindrique de diamètre D compris entre 75 millimètres et 110 millimètres surmontée d'un dôme à l'une de ses extrémités et une ouverture circulaire à sa seconde extrémité, et
- un fond (3) de diamètre d inférieur au diamètre D fermant l'ouverture du corps, le fond (3) présentant une concavité orientée vers l'intérieur du corps (2), la liaison entre le fond (3) et le corps (2) étant réalisée par un serti annulaire, caractérisée en ce que le corps présente, dans sa partie adjacente à l'ouverture, une zone de raccordement A comprenant :
- une portion cylindrique d'extrémité (2c) d'une hauteur h de diamètre égale au diamètre du fond, - une portion tronconique (2d) reliant la portion cylindrique d'extrémité au corps cylindrique, la portion tronconique (2d) formant un angle oc avec la portion cylindrique d'extrémité, α étant compris entre 10 et 30 °, et la hauteur h de la portion cylindrique d'extrémité (2c) étant comprise entre 3 et 10 millimètres.
2. Cartouche selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le rayon de raccordement R1 de la portion tronconique (2d) à la partie cylindrique
(2a) est compris entre 2 et 20 millimètres.
3. Cartouche selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le rayon de raccordement R2 de la partie tronconique (2a) à la partie cylindrique d'extrémité (2c) est compris entre 2 et 20 millimètres.
4. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'angle α est compris entre 12° et 18°.
5. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'angle α est égal à 15 °.
6. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le fond (3) présente une partie cylindrique (3a) qui est en appui contre la portion cylindrique d'extrémité (2c) du corps (2).
7. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la partie cylindrique d'extrémité présente une hauteur de 5 millimètres.
8. Cartouche selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que le rayon de raccordement R1 est de l'ordre de 10 millimètres.
9. Cartouche selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que le rayon de raccordement R2 est de l'ordre de 10 millimètres.
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