Brevet FR2224694A1 — publié le 19741031

L'invention se rapporte d'une manière générale aux détendeurs utilisés pour réduire la pression d'un gaz à une valeur déterminée, et concerne plus particulièrement un détendeur à deux étages destiné à ramener au voisinage dela pression ambiante un gaz stocké ou distribué sous haute pression, tel qu'un gaz en bouteille à usage respiratoire. Lorsqu' un gaz est stocké ou distribué sous une pression très élevée, par exemple de l'ordre de plusieurs centaines de bars dans l'application mentionnée, qui doit être réduite pour la fourniture du gaz à l'utilisation à une valeur beaucoup plus faible, par exemple quelque fois la pression ambiante dans cette même application, il est pratiquement impossible d'obtenir au moyen d'un unique étage de détente une pression de sortie convenablement régulée, surtout lorsque le débit de gaz appelé par l'utilisation peut présenter des variations rapides et même des interruptions momentanées.Dans ces conditions, au moins deux étages de détente montés en cascade sont habituellement utilisés, l'étage amont ayant pour rôle d'effectuer la majeure partie de la réduction de pression, de manière que l'étage aval puisse assurer une régulation satisfaisante de la pression du gaz fourni à l'utilisation. Ces deux étages de détente sont avantageusement agencés dans un même corps, pour des considérations évidentes d'encombrement, de coût et de commodité d'emploi, mais encore pour supprimer tout besoin de connexion à la pression intermédiaire. L'invention a précisément pour objet la réalisation d'un détendeur à deux étages du type indiqué , caractérisé en ce queil comprend en combinaison dans un même corps - une première soupape de détente de haute à moyenne pression, dont le siège entourant un orifice d'entrée du gaz est formé au fond de la section de faible diamètre d'un alésage étagé, et dont le clapet est monté en bout d'un piston épaulé coulissant de manière étanche dans les deux sections dudit alésage, mais percé d'un passage en reliant les deux extrémités, de sorte que le gaz détendu à moyenne pression exerce sur ledit piston une force résultante qui tend à fermer ladite première soupape contre l'action d'un ressort taré disposé entre ledit piston et ledit alésage dans une chambre annulaire maintenue à la pression ambiante, - et une seconde soupape de détente de moyenne à basse pression, dont le siège entourant un orifice de sortie du gaz est formé dans une chambre recevant le gaz détendu à moyenne pression, et dont le clapet de type équilibré est formé par la tête d'une tige de même axe et même section que ledit siège, coulissant de manière étanche dans ledit corps, mais percée d'un canal axial reliant ledit siège à une chambre étanche fermée par une membrane déformable solidaire de ladite tige, de sorte que le gaz détendu à basse pression exerce sur ladite membrane une force résultante qui tend à fermer ladite seconde soupape contre l'action d'un ressort taré disposé dans une cavité annuaire ménagée dans le corps sous ladite membrane et maintenue à la pression ambiante. Ainsi, la première soupape possède une tructure très robuste et donc peut assurer une détente importante, puisque son organe mobile est constitué par un piston différentiel rigide et parfaitement guidé. Par contre,la seconde soupape peut assurer me régulation très fine de la pression du gaz fourni à l'utilisation, puisque son organe mobileest constitué par un clapet équilibré actionné par une membrane souple ; l'agencement de cette seconde soupape fait qu'elle s'accomode facilement de rapides fluctuations du débit de gaz appelé à l'utilisation, et voire même d'interruptions de ce débit, auquel cas l'établissement d'une très légère contre-pression suffit à provoquer la fermeture totale de la soupape. D'autres caractéristiques et avantages du détendeur conforme à 11 invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure unique représente en coupe un détendeur à deux étages destiné à permettre l'alimentation à partir d'une réserve d'air comlJrimé en bouteille, d'un masque respiratoire -pourvu d'une classique valve de réglage. Le détendeur représenté. sur le dessin comporte un corps massif et rigide 10;dans lequel sont formés en disposition orthogonale d'une part un alésage borgne 11 de grand diamètreet d'autre part un alésage borgne 12 de moindre diamètre dont -les fonds sont reliés par un passage 13 percé dans l'axe de l'alésage 11. Ce dernier est fermé par un embout vissé 14 dont l'extré- mité extérieure ést conformée pour constituer un raccord 15 d'arrivée du gaz à haute pression H P , tandis qu'un -embout 16 pourvu d'un joint d'étanchéité est vissé dans l'alésage 1-2, qui débouche à l'extérieur à travers un prolongement tubulaire du corps 10 formant raccord de sortie 17 du gaz détendu à basse pression 3 P. Enfin, coaxialement à alésage borgne 12 mais sur la face opposée du corps 10 est ménagée une cavité annulaire 18 fermée par un couvercle 19. Dans l'alésage 11 et l'embout 14 qui l'obture est agencée la première soupape de détente, désignée dans son ensemble par 20. Cette soupape comprend essentiellement un siège annulaire d'étanchéité 21 formé, autour d'un orifice dsarri- vée de gaz en relation avec le passage axial du raccord d'arrivée -15, au?fond. d'un alésage 22 de faible diamètre pratiqué dans l'extrémité -interieure de I1 embout 14 coaxialement à l'alésage- il de grand diamètre du corps 10. Dans l'alésage étagé Il - 22-ainsi constitué coulisse un piston épaulé 23 qu'un ressort 24 logé dans une dépression annulaire 25 de l'extrémité intérieure de l'embout 14 concentrique à son alésage 22 tend à repousser vers le fond de 1'alésage 11 du corps 10. La section de faible diamètre de ce piston 23 d'une part comporte une-extrémité de diamètre réduit portant en bout un clapet. de fermeture 26 destiné à coopérer avec le siège d'étanchéité 21 de l'embout t4, et d'autre part est engagéede manière étanche par un joint torique 27 logé dans unie gorge rectangulaire pratiquée au voisinage du débouché de l'alésage 22 de ce même raccord 14.La section de grand diamètre du piston 23 comporte elle même une gorge rectangulaire dans laquelle est logé -un joint torique. 28 engageant de manière étanche la paroi de l'alésage li du corps 10. Enfin, le piston 23 est traversé par un passage 29 établissant- une libre -communication entre le fond de l-'alésage 22 7de embout 14 et le fond de l'alésage 11 du corps 10. 'le fonctionnement de la première soute de détente qui vient d'être décrite est le suivant Ie gaz à haute pression H P arrivant par le raccord 15 est laminé entre le siège 21 et le clapet 26 de la soupape de sorte que sa pression se trouve ramenée à une valeur moyenne telle que la résultante des forces de pression exercées en sens opposés sur les deux sections du piston23 équilibre la force antagoniste du ressort taré 24. La valseur de cette moyenne pression dépend donc du rapport dés diamètres- des alésages 11, 22 et du tarage du ressort 24, qui peut être ajusté en vissant ou dévissant l'embout 14. tes joints 27, 28 isolent respectivement le fond de l'alésage 22 et -celui de l'alésage 11 de la dépression annulaire 25 dans laquelle est logé le ressort 24,de. sorte que ladite chambre peut hêtre maintenue à la pression ambiante P A à travers un évent pratiqué dans l'embout 14 au fond de son filetage de raccordement au corps 10 ; ces disposltions ont pour avantages d'une part d'éviter toute fuite de gaz à l'atmosphère , et d'autre part de supprimer toute action parasite sur le piston 23 et donc sur la définition de la moyenne pression. Au total , la première so-upape de détente 20 peut donc ramener le gaz à une pression moyenne parfaitement définie et sensiblement indépendante du débit de gaz appelé par l'utilisation. Comme déjà indiqué,- le gaz ainsi ramené à moyenne pression fait l'objet d'une nouvelle détente. dans une seconde soupape, désignée par 30 dans son ensemble te siège d'étanchéité de cette seconde'soupape est constitué par une bague 31 en matériau élastomére encastrée dans l'extrémité intérieure de l'embout 16 rapporté dans lalésage borgne 12 , autour d'un orifice axial 32 débouchant dans le raccord de sortie 17. Ce siège d'étanchéité coopère avec un clapet constitué par la tête conique 33 d'une tige cylindrique 34 de même axe et de même section que l'orifice de sortie 32, qui coulisse de manière étanche à travers la cloison du corps 10 séparant le fond de l'alésage hargne 12 de la cavité annulaire 18. L'extrémité de cette tige 34 opposée à sa tête 33 est vissée dans une douille 35 elle même vissée dans une seconde douille 36, lesdites douilles comportant des collets extérieurs entre lesquels est serrée de manière étanche la périphérie intérieure d'une membrane déformable 37 dont la périphérie extérieure est serrée de manière étanche entre le couvercle 19 et une portée du corps 10 entourant la cavité annulaire 18. Un ressort taré 38 logé dans cette dernière et prenant . appui sur le collet de la douille 36 tend à soulever la membrane 36 et donc la tige 34 , pour ainsi dégager le clapet 33 de son siège d'étanchéité 31. Enfin, la tige 34 est traversée de bout en bout par un canal axial 39 établissant une communication directe entre l'orifice de sortie 32 et la chambre étanche limitée par le couvercle 19 et la membrane 37. Be fonctionnement de la seconde soupape de détente ainsi constituée est le suivant te gaz à moyenne pression transmis par le passage 13 du fond de l'alésage 11 à celui de l'alésage 12 est laminé entre le clapet 33 et son siège d'étanchéité 31 pour être ramené à une basse pression B P. La valeur de cette basse pression est strictement définie , puisque le gaz à moyenne pression n'exerce aucune force sur le clapet équilibré , et puisque la cavité annulaire 18 est maintenue à la pression- ambiante P A à travers un évent pratiqué dans le corps 10. La valeur de cette basse pression ne dépend donc que du rapport de la surface active de la membrane 37 et de la force de tarage du ressort 38 en position de travail , qui peut être ajustée en vissant ou dévissant l'embout 1dans dans l'alésage borgne 12.Par ailleurs, toute fuite de gaz à l'atmosphère est empêchée par l'interposition de joints toriques d'étanchéité entre le corps 10 et respectivement l'embout 16 et la tige 34. Comme il a déjà été indiqué, le détendeur à deux étages qui vient d'être décrit est destiné à assurer l'alimentation d'un masque respiratoire à partir de gaz -stocké en bouteille sous une pression très élevée. Il convient donc que le détendeur soit réglé de manière à ne fournir du gaz détendu que lorsque le porteur du masque aspire , et dans ce cas qu il réagisse immédiatement et fournisse le gaz détendu à une basse pression constante; inversement, il convient que le détendeur cesse de fournir du gaz dès que le porteur du masque cesse d'aspirer. A cet effet, la position de l'embout 16 dans l'alésage 12 est réglé de manière que la basse pression B P solt gale à la pression nominal: d'entrée de la valve du masque, par. exemple 6 ou 7 bars. En l'absence d'aspiration, la legère surassion exercée sur la face supérieure de la membrane 37 suffit à maintenir le clapet 33 en engagement ferme avec-son siège d'étanchéité 31 ; la seconde soupape de détente ainsi fermée provoque une légère augmentation de la pression moyenne, qui agit sur le piston 23 pour maintenir également fermée la première soupape de détente.Dès que le porteur du masque aspire et amène ainsi la pression au niveau du raccord de sortie 12 au-d~~~^us d la valeur nominale de la pression B P , le ressort 38 soulève la membrane 37 et la tige 34, ce qui a pour effet d'entiouvrir la seconde soupape de détente ; par conséquent, la valeur de la moyenne pression diminue légèrement, ce qui permet au ressort 24 de repousser le piston 23 pour ainsi entrtouvrir également la première soupape de détente. Dès que le porteur du masque cesse d'aspirer, les deux .soupapes retournent immédiatement à l'état fermé.. Ainsi et au total, quellès que soient les variations du-débit de~gaz appelé par l'utilisateur, le volume requis de -gaz lui est instantanément fourni sous une basse pression B P-de valeur constante et.bien déterminée. Ce résul- tat favorable est obtenu grâce à l'agencement particulier de la seconde soupape de détente 30 qui lui.confère une très grande sensibilité, et grâce au fait que le fonctionnement de la première soupape 20, elle meme très sensible en raison de son agencement , est asservi à celui de la seconde soupape par l'intermédiaire des variations de la moyenne pression. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée ai; mode de réalisation décrit et illustrésqui n'a été donné qu'à titre~d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaisons et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui- suivent. R E V E N D I C A T I Q N S. 1. Détendeur à deux étages destiné à ramener au voisinage de la pression ambiante un gaz stocké. ou distribué sous haute pression, tel qu'un gaz en bouteille à usage respiratoire, caractérisé en ce qu il comprend en combinaison dans un même corps - une première soupape de détente de haute à- moyenne pression, dont le siège entourant un orifice d'entrée du gaz est formé au fond de la section de faible- diamètre d'un alésage étagé, et dont le clapet est monté en bout dtun piston épaulé coulissant de manière étanche dans les deux sections dudit alésage, mais percé d'un passage en reliant les deux extrémités, de sorte que le gaz détendu à moyenne pression exerce sur ledit piston une force résultante qui tend à fermer'ladite première soupape contre l'action d'un ressort taré disposé entre ledit piston et ledit alésage dans une chambre annulaire maintenue à la pression ambiante, - et une seconde soupape de détente de moyenne à basse pression, dont le siège entourant un orifice de'sortie du gaz est formé dans une chambre recevant le gaz détend à moyenne pression, et dont le clapet de type équilibré est formé par la tête d'une tige de même axe et même section que Idit siège, coulissant de manière étanche dans ledit corps, mais percée d'un canal -axial reliant ledit siège à une chambre étanche fermée par une membrane déformable solidaire de ladite tige, de sorte que le gaz détendu à basse pression exerce sur ladite membrane une force résultante qui tend à fermer ladite seconde soupape contre. l'action d'un ressort taré disposé dans une cavité annulaire ménagée dans le corps sous-ladite-membrane et maintenue à la pression ambiante. 2. Détendeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de faible diamètre du piston de la première soupape comporte une extrémité de diamètre réduit portant en bout le clapet précité et à la périphérie de laquelle débouche le passage précité. 3. Détendeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée du gaz, le -siège et la section de moindre diamètre de l'alésage étagé de la première soupape sont agencés dans un embout formant raccord vissé dans la section de grand diamètre dudit alésage, formée dans le corps. 4. Détendeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'embout précité comporte à son extrémité intérieure une dépression annulaire concentrique à la section de faible diamètre d'alésage précité et dans laquelle est logé le ressort précité. 5. Détendeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section de faible diamètre de l'alésage étagé et la section de grand diamètre du piston épaulé de la première soupape portent chacune un joint d'étanchéité respectif, tel qu'un joint torique logé dans une gorge rectangulaire. 6. Détendeur selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'orifice de sortie et le siège de la seconde soupape sont formés par un embout vissé de manière étanche dans un alésage borgne coaxial à la tige précitée, dont le débouché extérieur forme raccord et dont le fond est directement relié à l'extrémité de grand diamètre de l'alésage étagé de la première soupape. 7. Détendeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe commun de la tige, de l'alésage borgne et de l'embout précités est perpendiculaire à celui de l'alésage et du piston de la première soupape. 8. Détendeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre étanche de la seconde soupape est formée entre la membrane précitée et un couvercle rapporté par lequel sa périphérie extérieure est serrée de manière étanche sur le pourtour de la cavité annulaire précitée. 9. Détendeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que la périphérie intérieure de la membrane précitée est serrée de manière étanche entre des collets respectifs de-deux douilles assemblées par vissage, la douille intérieure étant solidaire de l'extrémité de la tige précitée. 10. Détendeur selon la revendication 8 et la revendication 9, caractérisé en ce que la membrane précitée , relativement épaisse et essentiellement faite de matériau élastomère, fait office de joint d'danchéité pour le couvercle et les douilles précités