Brevet FR2327590A1 — publié le 19770506

la présente invention concerne un régulateur de pression du type utilisé pour régler la pression d'un fluide qui est ordinairement sous forme gazeuse quand on le soutire d'un récipient où il est emmagasiné à des pressions élevées, par exemple à environ 30 bars. Des régulateurs de ce type sont communément employés pour distribuer le fluide en des points à'utilisation tels qu'un masque à oxygène ou un chalumeau a partir d'une bouteille d'oxygène à des pressions de distribution inférieures à 10 bars. Les dispositifs qui régularisent la pression du fluide comportent un bouton de commande manuelle pour le réglage de la pression de distribution à la valeur désirée sans s'occuper de la pression de service qui en résulte. Lorsque l'un de ces régulateurs connus est utilisé pour régler la distribution d'oxygène à partir d'une source à haute pression, cette source étant gé normalement à environ 30 bars, s'il se trouvez à l'intérieur du régulateur, des impuretés telles que de la graissez de la rouille, ou des hydrocarbures en presence d'oxygène purS oes impuretés se comportent comme des combustibles.Cer tains matériaux, comme par exemple les élastomères utilisés pour former le siège de la soupape, peuvent ainsi s'enflammer sous certaines conditions, à la manière de ooabustibles. L'énergie nécessaire à l'inflammation peut par exemple être apportée par la chaleur de recompression qui est la chaleur produite par la détente et la brusque compression de l'oxygène, ou par des particules de produits étrangers se heurtant aux surfaces internes du régulateur. Cela peut se produire quand la soupape d'un régulateur s'ouvre d'une manière assez brutale. Lorsque cela se produit, et lorsque l'inflammation intervient, le siège se consume et il en résulte l'explosion du régulateur. Bien que de telles explo soisat rares, elles n'en doivent pas moins titre évitées. Vue de réaliser un régulateur perfectionné, on a remarque que les sources de matériaux combustibles à l'intérieur du régulateur peuvent être réduites en sElectionnant les matériaux de construction approprié s1 et en particulier en réalisant un siège de soupape en plusieurs pièces dans lequel les matériaux combustibles nécessaires pour assurer l'étanchéité sont réduits au strict minimum. De Plu5 une soupape de décharge de sécurité qui est sensible sux variations de pression et à une élévation de température indépendamment de la pression à l'in- trieur du régulateur aide à prévenir toute combustion à l'intérieur du régulateur. La soupape de décharge selon ltinrention comporte un élément à fusion rapide pour ouvrir cette soupape de décharge à une température prédéterminée indépendante de la pression à l'intérieur du régulateur. la présente invention a donc principalement pour but de realiser un régulateur de pression perfectionné qui comporte intérieuraent aussi peu de sources combustibles que possible. L'invention a également pour but de réaliser un régulateur de pression qui comporte une soupape de décharge de seourité à double action pour permettre à une combustion interne de se dérouler en toute sécurité. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. - Figure t est une vue de face d'un régulateur de pression suivant l'invention. - Figure 2 est une seotion suivant 2 - 2 (figure 1). - Figure 3 est une section suivant une échelle agrandie du oorps de régulateur, l'indicateur de pression et.la soupape de décharge étant enlevés. - Figure 4 est une vue montrant l'extrémité du siège de soupape. - Figure 5 est une section suivant 5 - 5 (figure 4). Figure 6 est une vue de bout de la soupape de décharge de sécurité suivant I' invent ion. - Figure 7 est une section suivant 7 - 7 (figure 6). Les régulateurs de pression gazeuse semblables à celui qui est représenté sur le dessinS et en particulier sur les figures 1 et 2,sont utilisés pour distribuer un gaz (l'oxygène) en un point d'utilisation à une pression ordinairement inférieure à 10 bars. Dans le domaine médical, l'oxygène est fourni à un masque, ou à un autre dispositif de respiration destiné à un patient. Dans le domaine de la soudure, l'oxygène est généralement distribué à un chalumeau par l'intermédiaire d'un tuyau. L'oxygène est normalement emmagasiné à des pres sions voisines de 30 bars à 11 intérieurs de récipients tels que des bouteilles individuelles ou des gros réservoirs de stockage.Le rtle du régulateur est de réduire en toute sécurité la haute pression du gaz pour le distribuer à basse pression. On a remarqué qu'il était possible de diminuer l'importance des souroes de combustibles en n'employant qu'en des quantités minimales certains matériaux tels que des matières plastiques eu des élastomères utilisés de façon conventionnelle pour assurer l'étanchéité de la soupape. On limite ainsi la quantité d'energie qui est libérée lorsque la combustion démarre. De plus, on évite que la combustion de ces matériaux, tout en nuisant au bon fonctionnement de la soupape, provoque un gros apport de gaz capable d'entretenir la combustion, c'est-à- dire d'oxygène.On a également remarqué que, pour obtenir une sécurité maximale et pour rendre minimes les effets d'une combustion interne, le régulateur doit être pourvu de moyens pour éviter les surpressions et pour réduire au minimum l'exposition des parties internes du régulateur aux élévations de température, en évitant ainsi la propagation de la combustion. Ces buts peuvent entre atteints grâce à l'emploi d'une soupape de sécurité sensible, en combinaison, à la température et à la pression. On a représenté sur la figure l un régulateur de pression 10 qui convient parfaitement pour régler une sortie d'oxygène à partir d'une source à haute pression. Bien que le régulateur 10 convienne parfaitement pour l'oxygène, il peut être employé pour n'importe lequel des gaz livrés habituellement dans des bouteilles ou tout autre récipient analogue. Le régulateur 10 comprend un corps 12 (figure 2) et un capot 14 vissés l'un dans l'autre pour définir une chambre0 Le régulateur 10 comprend un conduit d'entrée 16 bruni dtun écrou ou d'une attache 20 appropriés pour relier oe conduit à une source de' gaz à haute pression, par exemple à une bouteille. Le conduit 16 comporte un nez arrondi 18 destiné à s'accoupler aveo une partie complémentaire solidaire de la source de gaz, et comporte de plus un élément de filtrage poreux 22 pour filtrer les particules d'impuretés contenues dans le gaz.Le régulateur 10 comporte une sortie 26 munie d'une garniture 28 susceptible de recevoir un tuyau ou tout autre dispositif de distribution. Le regula- teur comprend une soupape de décharge de séourité 31, un bouton de commande 15, un indicateur de haute pression 24, et un indioateur de basse pression 30. Sur la figure 2 on remarque que le corps de soupape 12 et le capot 14 sont sépares par un diaphragme souple 32 qui, de façon connue, est en néoprène. L'une des faces du diaphragme 32 comporte un anneau métallique 36 en laiton pour renforoer la bordure périphérique, et une plaque arrière 34 destinée à fournir une surface d'appui à un ressort 48. Uhe oheville 38 s'étend à-travers l'extrémité du capot 14 dans lequel elle peut tourner. Un support 44, en liaison avec la cheville 38, est situé entre une plaque 42 et un écrou 46 pour oomman- der la compression et l'extension du ressort 48. L'extrémité de la cheville 38 est rendue solidaire du bouton 15 grace à un écrou 40.Lorsqu'on fait tourner le bouton 15, le ressort peut être comprimé pour pousser le diaphragme vers la gauche, comme sur la figure 2. Lorsqu'on fait tourner le bouton dans l'autre sens, la compression du ressort diminue et le diaphragme 32 revient dans sa position normale. Le capot 14 est muni d'évents appropriés 17 qui ont pour but de maintenir à la pression ambiante la chambre définie par le capot 14 et le diaphragme 32. Le corps 12 du régulateur 10 et le diaphragme 32 définissent une chambre basse pression 19. Comme on le voit sur la figure 22 une soupape de décharge 31 oo munique avec la chambre basse pression 19. La fonction de cette soupape est expliquée plues en détail ai-dessous. Le corps 12 est muni d'une garniture appropriée 21 pour recevoir lwindica teur de basse pression 24, ainsi que d'une saillie 54, à l'opposé du diaphragme 32, pour recevoir un chapeau d'extrémité 56. Comme on peut le voir sur la figure 2, le gaz à basse pression pénètre à l'intérieur de la chambre 19 définie par le corps 12 et le diaphragme 32 à travers des orifices 52 prévus dans une saillie 50 qui constitue l'extrémité a vant du régulateur, et qui renferme la chambre haute pression 64 du régulateur. Le gaz à haute pression est introduit à l'intérieur de la chambre à haute pression 64, qui est définie par le corps 12 les saillies 50 et 54, et le chapeau 56, à travers un oonduit (non représenté) d'une façon connue. Le gaz introduit passe à travers un filtre poreux 66 dans la zone qui entoure la tige de soupape 68, puis passe autour de la tige 68, à travers le siège 65, autour de la tige 70, et arrive dans la chambre à basse pression 19 en passant par des orifices 52. L' ouverture prévue entre la tige 68 et le siège 65 commande la pression de distribution du gaz. Comme on le voit sur la figure 3, la tige 70 est normalement poussée vers le siege 65 par un ressort 72.La soupape s'ouvre lorsque la tige 68 est poussée vers la gauche (vers le chapeau 56) par l'intermédiaire de la tige 70, qui s'étent à travers le corps 12 et porte sur la plaque 34 du diaphragme 32. Ainsi, quand le diaphragme 32 se déplace vers la gauche, la tige 68 est poussée vers la gauche et le fluide à haute pression passe dans la chambre à basse pression 19. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'étanchéité entre le chapeau 56 et le corps 12 est assurée grace à des rainures ou arêtes complémentaires 60 et 62 entre lesquelles est placé un joint 25. La saillie 54 du corps 12 est munie d'un filetage approprié qui facilite le démontage du chapeau pour l'entretien du régulateur. On notera que le joint 25 est de préférence en matière plastique au fluorocarbone, vendue sous la dénomination déposée "KEL,P' et possédant, gracie à une livre annulaire 27 de la saillie 54, une surface très faible exposée au gaz à haute pression, bien que ce joint 25 assure une étanchéité effective. Dans les régulateurs connus, le chapeau est généralement pourvu d'un dispositif d'étanchéité comprenant un Joint torique placé entre le chapeau 56 et une aurface plane de l'extrémite de la saillie 54. Le chapeau 56 maintient le filtre poreux 66 contre le siège 65, de façon à assurer une étanchite entre le filtre et le siège, si bien que la totalité du gaz qui arrive doit traverser le filtre. Sn outre, le filtre 66 maintient l'assemblage constituant le siège 65 à intérieur d'un trou du corps 12 (chambre 64), assurant l'étanchéité contre le corps 12 par un Joint t08 (figure 5) de façon à éviter que le gaz puisse fuir autour du siège 65 et pénétrer par oe moyen dans la chambre à basse pression 19. On a représente sur les figures 4 et 5 un siège 65 perfectionné comprenant une première rondelle plate 100, et une seconde rondelle 104 pourvue d'une ouverture centrale 102. La rondelle 104 comporte, sur sa face externe, un logement ou rainure 706. La rondelle 104 a un diamètre interne qui définit l'ouverture maximale de la soupape, ce diamètre interne étant inférieur au diamètre interne de la rondelle 100.Cette rondelle 104 comporte de plus dans son ouverture oentrale une zone de plus grand diamètre qui lui donne, en section transversale, une forme en 11Z". La rainure 706 est destinée à recevoir un organe d'étanchéité pouvant Qtre par exemple une rondelle en "KEL,F'Ie Un organe 110 dont la forme est celle d'une collerette en escalier est inséré entre les rondelles 100 et 104 pour constituer le siège de soupape proprement dit.La rondelle 104 et la colle rette 110 ont le m & diamètre interne, et cette dernière comporte une extrémite chanfreinée 111 destinée à coopérer aveo l'extrémité effilée de la tige 68. Comme on l'a représenté sur la figure 3, le siège 65 est monte à l'intérieur du régulateur de façon que la rondelle 104 porte contre le fond du trou prévu dans la saillie 50 du corps 12, l'organe logé dans la rainure 106 assurant l'étanchéité à ce niveau.La collerette 110 est située face à la tige 68 avec laquelle elle est suseeptible de coopérer pour fermer la soupape de façon étanche lorsque cette tige 68 est appliquée oontre la collerette 710. L'emploi de matériaux souples est nécessaire pour assurer l'étanchéité même s'il existe un léger défaut d'alignement de la tige, ou de la portée de la tige, avant l'expiration d'un délai normal d'entretien prévu. Le corps 12 et le capot 14 du régulateur représente sur les figures 1 et 2 sont de préférence en laiton. Des tests ont montré que l'acier inoxydable a une propension à entrer en combustion en présanoe d'oxygène à haute pression qui est supérieure à celle d'autres matériaux. En conséquence, la tige de manoeuvre 70 est fabriquée On acior-niokel-chrome, alliage vendu sous la dénomination déposée d'"ICONEL," la tige 68 et le filtre poreux 66 sont fabriqués en alliage nickel-cuivre, vendu sous la dénomination déposée de "xONEL, alors que le res aort 72 est de préférence en ICONEL.Le siège 65 comprend du laiton (rondelles 100 et 1G4) et de la matière synthétique KEL-F (organes 106 et 110). La matière synthétique KEIrF résiste mieux au feu que d'autres matières connues du type du néoprène. Les avantages obtenus gracie à l'emploi de cette combinaison de matériaux sont les suivants. En ce qui concerne le siège en quatre parties, seule est exposée à l'oxygène la plus petite surface possible d'élastomère (KEL-F), ladite surface étant juste suffisante pour coopérer avec la tige 68. Les deux rondelles de laiton 100 et 104 constituent de larges plaques de refroidissement. Si la petite quantité de KEL-F que constitue l'organe 110 prend feu et se consume, la tige 68 peut toujours assurer la fermeture de la soupape en coopérant avec la partie voisine de laiton, ou métaflique, des rondelles i00 et 104. De plus, du fait que le matériau souple de l'organe 110 est supporté par le laiton, il en résulte de moindres déformations du siège, qui a une durée de vie plus longue. La rondelle 106 de KEI-FX complètement entourée de laiton, n'est pas exposée à des élévations de température, les rondelles 100 et 104 formant des plaques de refroidissement. La réduction de l'importance des matériaux combustibles (KEL-F, nylon ou autres) dans le siège de soupape évite l'apparition de gros débits dtopygène à haute pression à travers le régulateur, ce qui serait susceptible d'entrainer des réactions secondaires.Dans le régulateur représenté sur les figures 1, 2 et 3, les surfaces exposées aux réactions sont pour la plus grande part métalliques, en laiton, et sont donc à l'abri d'une auto-inflg - mat ion. De plus, les organes en laiton qui entrent dans la composition du six ge conduisent la chaleur à distance des matériaux de K3GF ou d'élastomères. Comme on l'a déjà expliqué ci-dessus, m & e si le KiL-F se déforme ou se consume, la tige 68 peut coopérer avec les parties métalliques du siège pour freiner le courant d'oxygène. On a représenté sur les figures 6 et 7 la soupape de décharge de sécurité perfectionnée 31 des figures 1 à 3. La soupape de décharge de sécurité 31 comprend un corps 80 sur l'extrémité duquel est vissé un chapeau 82. Le chapeau 82 est muni de trous d'évent 84 par lesquels s'échappe le fluide pressurisé dechargé. L'ensemble constitué par le corps 80 et le chapeau 82 renferme une tige de soupape 85 comprenant un corps 86 et un élément obturateur 83 muni d'un trou central 88. La tige 85 'etent à travers une ouverture 87 appropriée du chapeau 82. La tige 85 porte contre la lèvre saillante 93 d'un orifice d'en trée 89 par l'intermédiaire d'un organe 90 en élastomère logé à l'intérieur d'un évidement 91 prévu dans l'extrémité de l'élément obturateur 83.L'organe 90 est de préférence en néoprène. L'élément obturateur 83 de la tige 85 de soupape 31 est en forme de carre ou d'hexagone, tandis qu' il coulisse dans un cylindre, cet élément peut également comporter des rainures ou des entailles radiales pour permettre au gaz de passer de ltorifioe de sortie 89 aux évents 84. Un organe 92, tel qu'un ressort hélicoTdal, pousse la tige de soupape contre l'orifice d'entrée 89. On obtient une bonne étanchéité du fait que la force de compression du ressort sur l'orga- ne 90 est concentrée au niveau de la lèvre 93.Si une forte pression apparat vers l'orifice d'entrée 89, la tige 86 se déplace vers la droite en comprimant le ressort 92 et en permettant au gaz de pénétrer à l'intérieur de la soupape de décharge, puis au dehors des évents 84. Au cas où une combustion apparatt à l'intérieur du régulateur sous une pression plus basse que oelle qui entraîne normalement l'ouverture de la soupape, l'organe 90 en élastomère brille, et le gaz et les produits de la combustion sont entratnés loin du régulateur à travers un trou 88 prévu dans la tige 85. Comme on peut le voir sur les figures I et 2, la soupape de décharge de sécurité 31 est montée de façon que tout produit de combustion soit conduit vers le bas, à distance de la soupape.Dans les condi t ions normales de fonctionnement du régulateur 10 la soupape de sécurité pointe vers le sol, dans une direction différente de oelle de la conneotion du régulateur et de la source de fluide à haute pression. La soupape de décharge 31, qui est rétractable et dont la tension est donnée par un ressert, ne réagirait pas au-dessous d'une certaine valeur prédétersinée de la pression sans la présence de l'organe fusible 90.Ladite valeur prédéter minée est généralement de l'ordre de 3 à 16 bars dans le cas de l'oxygène. Si le siège de soupape brûle par combustion interne dans le régulateur, et si la pression est inférieure à la pression minimum pour laquelle la soupape 31 doit s'ouvrir, l'organe en élastomère 90 brftle et la réaction de combustion est dirigée vers l'atmosphère.Les effets de la réaction sont donc limités, puisque cette réaction est tout d'abord limitée au seul régulateur avant d'être portée à l'extérieur du régulateur lui-même. Dans l'ordre normal des opérations, la réaction débuterait à l'intérieur de la chambre à haute pression, et si cette réaction se poursuivait à l'intérieur de la chambre basse pression, le diaphrag- me s'enflammerait en causant des dommages catastrophiques au régulateur. Grue à la présence de l'organe fusible 90 dans la soupape de décharge de sécurité 31, la soupape s'ouvre alors en conduisant la combustion hors du régulateur, et en mettant le diaphragme à l'abri. Il apparatt de façon évidente que, pour bien protéger le régulateur, il importe que le gaz s'echappe rapidement du côté de la haute pression. On évite ainsi que le diaphragme brille en limitant la durée et la température de la com- bustion. Ce résultat est obtenu gracie à l'organe 90 qui brille et conduit les produits de la combustion et les gai en dehors du régulateur : cet organe en néoprène 90 joue réellement le r8le d'un fusible. I1 est évident qu'on peut substituer d'autres matières aux matières citées ci-dessus. Cependant, la diminution de l'importance des matériaux combustibles et l'emploi d'un organe fusible dans la soupape de décharge de sécurité ont une action combinée dans le régulateur. REVENDICATI03S 1. Régulateur de pression destiné à maintenir à une basse pression constante un gaz distribué à partir d'une source à relativement haute pression du type comportant une enveloppe divisée intérieurement en deux chambres principales par un diaphragme flexible, à savoir une première chambre qui communique avec l'atmosphère et qui contient des moyens élastiques réglables pour exercer une pression constante prédéterminée contre le diaphragme, et une deuxième chambre qui renferme du gaz et qui est divisée en deux chambres auxiliaires, à savoir une première chambre auxiliaire ou d'entrée, qui reçoit ledit gaz à haute pression, et une seconde chambre auxiliaire ou de sortie pour l'accumulation et la distribution dudit gaz à ne pression inférieure vers des moyens de sortie, les deux chambres auxiliaires étant reliées entre elles par un système de soupape pour régler la pression dudit gas dans la chambre auxiliaire de sortie; un siège logé de façon amovible et constitué par un anneau d'élastomère ou par un anneau métallique garni d'élastomèret ltouverture centrale dudit anneau consti- tuant l'entre de la chambre à basse pression, une soupape à ressort assemblée de façon coaxiale avec ledit anneau et comprenant un organe conique mobile le long de l'axe commua et oonstamment repoussé par le ressort vers le siège que constitue le périmètre interne dudit anneau; et des moyens associés à ltextré- mité avant dudit organe conique et à la zone centrale du diaphragme pour commander les déplacements de l'organe conique en raccord avec les déplacements du diaphragme, oes derniers déplacements résultant de déséquilibres entre d'une part la force exercée sur le diaphragme par lesdits moyens elastiques à l'intérieur de la première chambre, et d'autre part la force opposée exercée sur le diaphragme par la pression du gaz à l'intérieur de la deuxième chambre, et oarao- térisé en ce qu'il comporte les perfectionnements suivants t - un siège de soupape en plusieurs parties, comprenant une paire de rondelles allique8 cylindriques et plates maintenues face à face l'une contre ltau- tre ;; - la première de ces deux rondelles comporte un logement annulaire dans sa face qui n'est pas en contact avec la seconde rondelle - les diamètres internes de ces deux rondelles sont prévus de fagon à maintenir un organe qui vient s'adapter entre les deux rondelles placées face à face ; - un premier organe élastique placé dans le logement annulaire de la première rondelle - un second organe élastique, inséré entre les deux rondelles, et maintenu dans le support que constitue l'ensemble des deux rondelles, ce second organe élastique étant prévu pour servir de siège à ladite soupape à ressort. 2. Régulateur de pression suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux organes élastiques sont en un matériau connu sous la dénomination com- merctale de "KEL-F". 3. Régulateur de pression suivant les revenaications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier organe élastique est une rondelle aunulaire plate. 4. Régulateur de pression suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second organe élastique est constitue par une collerette à épaulement dont le trou central a un bord chanfreiné pour faciliter tin contact plus intime avec organe mobile de la soupape. 5. Régulateur de pression suivant l'une quelconque des reveflilcations 1 à 4, caractérise en ce qu'il est conçu de façon que, si le premier et le second organes élastiques brillent et se consunrant, les autres parties du siège restent à leurs emplacements relatifs mutuels en assurant une étanchéité par contact de métal sur métal. 6. Régulateur de pression suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une soupape de décharge, montée pour communiquer avec la deuxième chambre auxiliaire ou de sortie, comprend, en combinaison : un logement de forme genérale cylindrique muni d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie - un organe obturateur monte pour coulisser à 1' intérieur dudit logement et muni de moyens pour permettre au fluide de passer entre orifice d'entrée et l'orifice de sortie ;; - des moyens élastiques qui poussent ledit organe obturateur vers l'orifice d'entrée pour s'opposer au passage du gaz tant que la pression du gaz à l'ori- fice d'entrée reste inférieure à une valeur limite prédéterminée - des moyens pour ouvrir ladite soupape de decharge dès qu'il se produit une élévation de température à l'interieur de cette soupape, ces moyens étant indépendants de la pression du gaz à l'orifice d'entrée. 7. Régulateur de pression suivant a revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour ouvrir la soupape de décharge dès qu'il se produit une élé- vation de température comprennent un élément fusible à basse température qui est glacé pour fermer ledit orifice d'entree, et un passage à travers ledit or gane obturateur, de façon que la soupape de décharge agisse à la manière d'un évent dès que l'élément fusible est détruit. 8. Régulateur de pression suivant les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens élastiques qui poussent l'organe obturateur vers l'orifice d'entrez comprennent un ressort.