Brevet FR2564560A1 — publié le 19851122

"DI ONCTEUR PNEUMATIQUE' La préser.te invention est relative à un disjoncteur pneumatique du type comprenant un bottier dans lequel coulisse un piston et qui délimite une chambre d'entrée et une chambre de sortie, le piston faisant communiquer ces deux chambres dans sa position de repos et étant adapté pour interrompre cette ccmmunication lorsque le débit de gaz traversant le boîtier dépasse une valeur prédéterminée. Un disjoncteur pneumatique est un dispositif de sécurité qui, placé en se rie sur un circuit de gaz, ferme ce circuit dès que le débit de gaz qui le traverse devient supérieur à une certaine valeur prédéter- minée, et qui ne peut rdtablir la circulation du gaz qu'après une intervention volontaire (réarmement). Un certain nombre de disjoncteurs pneumatiques se trouvent actuellement dans le commerce, mais leur conception est relativement complexe et coûteuse, et ils sont mal adaptés à une utilisation sur un circuit de distribution de gaz en laboratoire ou en sortie d'une bouteille de gaz sous pression, après un premier étage de détente. Par ailleurs, la plupart des disjoncteurs pneumatiques connus n'assurent pas une étanchéité parfaite et ne peuvent donc pas être utilisés dans des circuits de gaz purs ou de mélanges de gaz dont on veut conserver la pureté, ni dans des circuits de gaz toxiques ou dangereux. Un autre inconvénient courant des disjoncteurs pneumatiques connus réside dans une perte de charge élevée pour le débit de fermeture, ce qui conduit à un manque de sensibilité, notamment en basse pression. L'invention a pour but de fournir un disjoncteur pneumatique très éconanique, qui, sous un faible encombrement, possède une grande sensibilité et convienne pour des circuits de gaz très purs et/ou toxiques ou dangereux. A cet effet, l'invention a pour objet un disjoncteur pneumatique du type précité, caractérisé en ce que le piston coulisse librement dans le bottier et est sollicité par un ressort vers sa position de repos, et en ce que 1' interruption de la communication entre les deux chambres est assurée par un appui à composante axiale d'un joint d'étanchéité sur un siège, l'un de ces deux éléments étant porté par le boîtier et l'autre par le piston. Dans un mode de réalisation préféré, le disjoncteur pneumatique suivant l'invention comprend une membrane annulaire souple reliée hermétiquement d'un côté au boîtier et de l'autre au piston en amont du joint d'étanchéité, et le piston est traversé par un conduit calibré qui débouche d'une part en amont de la membrane et d'autre part en aval de celle-ci et en amont du joint d'étanchéité. Pour assurer un réarmement carmode, il est avantageux que la chambre de sortie soit délimitée par un disque élastique adjacent à l'extrémité aval du piston et surmontée d'un bouton-poussoir de réarmement. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur lequel la figure unique représente en coupe longitudinale un disjoncteur pneumatique conforme à l'invention. le disjoncteur pneumatique représenté au dessin comprend essentiellement un boîtier constitué d'un corps exterieur 1 et d'un corps intérieur 2, un piston obturateur 3 et un dispositif de réarmement 4. Le corps extérieur 1 est dans l'ensemble cylindrique, d'axe X-X supposé vertical. Il délimite une cavité interne borgne 5 ouverte vers le haut, et il est pourvu de deux tubulures radiales exterieurement filetées, à savoir une tubulure d'entrée 6 destinée à être raccordée à une conduite d'alimentation en gaz et une tubulure de sortie 7 destinée à être raccordée à une conduite de sortie de gaz. De haut en bas, la cavité 5 comprend quatre alésages cylindriques coaxiaux 8 à 11 ayant des diamètres de plus en plus petits, 1'alésage supérieur 8 étant taraudé. On a désigné par 12 et 13 les épaulements radiaux qui relient les alésages 8 et 9 'une part, 9 et 10 d'autre part. La tubulure 6 est reliée à l'alésage 10 par un passage d'entrée 14, tandis qu'un passage de sortie 15 relie l'alésage 9 à ia tubulure 7. le corps intérieur 2, extérieurement cylindrique, est reçu sans jeu notable dans l'alésage 5 et affleure sensiblement l'épaulement 12. Il est traversé par une cavité axiale ccmprenant un alésage inférieur 16 de même diamètre que l'alésage 10 et un alésage intermédiaire 17 de diamètre plus petit ; une portée tronconique 18 convergente vers le haut relie ces deux alésages, et l'alésage 17 se prolonge jusqu'à la face supérieure du corps 2 par un évasement tronconique 19. Un conduit oblique 20 relie la paroi de ce dernier à une gorge périphérique 21 du corps 2 qui communique avec le passage de sortie 15. le piston obturateur 3 est monté librement coulissant suivant l'axe X-X. Il est constitué d'un demi-piston inférieur 22 vissé dans un demi-piston supérieur 23 en serrant fermement entre eux la periphéne intérieure d'une membrane annulaire déroulante 24 ; la périphérie extérieure de cette membrane est serrée entre la face inférieure du corps 2 et l'épaulement 13 du corps 1. Au-dessus de la membrane 24, le piston comporte une gorge circulaire 25 dans laquelle est reçu un joint d'étanchéité torique 26. Le bord supérieur de la gorge 25 est abattu pour former une courte partie cylindrique SA, puis le pison se prolonge vers le haut par un rez tron- conique convergent 27 surmonté d'une tige cylindrique 28. Le joint 26 fait saillie radialement par rapport à la partie cylindrique 25A. La partie cylindrique 25A a un diamètre légèrement inférieur à celui de l'alesage 17, et l'extrémité inférieure du piston 3 est cylindrique et possède un diamètre légèrement inférieur à celui de l'alésage 11. Ainsi, le piston 3 est guidé à coulissement libre par deux régions espacées l'une de l'autre. Enfin, le piston 3 est traversé par un conduit calibré 29 en forme de S qui débouche des deux côtés dans l'alésage 10, d'un côté en amont, c'est-à-dire au-dessous, de la membrane 24 et de l'autre côté entre cette membrane et le joint 26. le corps 2 délimite au-clessus de la mambrane 24 un espace qui est ferme supérieurement par un disque élastique 30 appuyé par sa péri- phérie sur l'épaulement 12 du corps 1 du boîtier au moyen d'un bouchon 31 vissé dans l'alésage 8. Le disque 30 est métallique et porte à sa pEri phérie, sur chaque face, un anneau d'étanchéité 32. Le bouchon 31 présente un alésage central 33 élargi par un contre-alésage 3n à son extrémité inférieure. Un bouton-poussoir 35 coulisse librement dans l'alésage 33, dépasse légèrement au-dessus du bouchon 31 et est retenu dans celui-ci par une collerette 36 prévue à son extrémité inférieure. Ce bouton 35 peut de débattre librement suivant l'axe X-X sur une petite longueur limitée vers le bas par le disque 30 et vers le haut par la butée de la collerette 36 contre le fond du contre-alésage 34. Le disjoncteur comprend encore un ressort hélicoïdal 37 enfilé sur la tige 28 du piston 3 et comprimé entre le nez 27 de celui-ci et la face inférieure du disque 30. En fonctionnement, la tubulure 6 est reliée à une conduite d'alimentation en gaz (non représentée), tandis que la tubulure 7 est reliée à une poste d'utilisation du gaz par une conduite de sortie punie d'une vanne (non représentées). Au repos, c ' est-à-dire lorsque l'ensemble du disjoncteur est empli de gaz à une pression uniforme, la vanne de sortie étant fermée, le disque 30 est plan, et le ressort 37 repousse vers le bas le piston 3 jusqu'à ce qu'il bute contre le fond de l'alésage inférieur 11 du corps de boîtier 1. Lorsque la vanne de sortie est ouverte, la pression qui règne dans la chaire de sortie 38 du disjoncteur délimitée par le disque 30, les parois 19 et 17 du corps 2 et les parties 27 et 28 du piston devient inférieure à la pression d'alimentation qui règne dans la chaintre d'entrée 39 située au-dessous de la membrane 24. La perte de charge est déterminée par le débit de sortie et par la section de passage du conduit 29 du piston; cette dernière est calculée de manière que pour les débits de sortie normaux, la force ascendante qui s'exerce sur le piston du fait de la différence de pression soit inférieure à la force descendante exercée sur ce marne piston par le ressort 37. Par suite, en fonctionnement normal, le.piston reste dans sa position inférieure. Par contre, si, à la suite d'un incident tel qu'une rupture de la conduite de sortie, le débit de sortie dépasse une valeur prédéterminée, la différence de pression entre les chambres 38 et 39 devient suffisante pour que la force ascendante qui en résulte dépasse la force du ressort 37. Dans ce cas, le piston 3 se déplace vers le haut, guidé par sa partie inférieure et par sa partie 25A, et le joint 26 vient s'appliquer contre le siège tronconique 18 du corps 2. La communication entre les chaintres 38 et 39 est ainsi interr r.pue, et elle ne peut être rétablie que par un réarmement volontaire. POur effectuer ce réarmement, il suffit de presser le bouton 35. Celui-ci déforme alors vers le bas la partie centrale du disque 30, laquelle vient au contact de l'extrémité supérieure du piston puis repousse ceSui-ci vers le bas. Si l'incident précité a été écarté, un débit de gaz nul ou normal s'écoule de nouveau de la chambre 39 à la chambre 38, et lorsqu'on lâche le bouton 35, le disque 30 reprend élastiquement sa forme plane et le piston reste en position basse d'ouverture sous l'action du ressort 37. Par contre, dans le cas contraire, l'abaissement manuel du piston laisse s'écouler par le conduit 29 un débit de gaz excessif, ce qui provoque la remontée du piston et donc la fermeture du circuit de gaz dès que l'opérateur relâche le bouton 35. Il résulte de ce qui précède que le disjoncteur pneumatique suivant l'invention est un organe de sécurité de construction simple et compacte qui, grâce notamment au libre coulissement du piston obturateur 3, possède une grande sensibilité et une grande fiabilité. On remarque également que le débit de déclenchement peut être reglé facilement en changeant soit le ressort 37, soit l'une des deux pièces constituant le piston pour nidifier la section utile du conduit 39.Par. ailleurs, l'assemblage du disjoncteur est très cowde, puisque le simple vissage du bouchon 3i assure le serrage et le maintien en place de l'empilage constitué par le disque 30, le corps 2 et la périphérie de la membrane 24, ainsi que la mise en compression du ressort 37. De plus, ce dispositif est parfaitement étanche et n'introduit aucune pollution du gaz, de sorte qu'il peut être utilisé sur les circuits de distribution de gaz très purs et/ou triques ou dangereux. Le disjoncteur pneumatique suivant l'invention peut par eseRple être monte entre les deux étages d'un détendeur à double détente ou à l'entrée d'un appareil de laboratoire utilisant un gaz. A titre d'exemple numérique, la pression relative d'alimentation peut être comprise entre quelques dixiemes de bar et quelques dizaines de bars, tandis que le débit de déclenchement peut varier de quelques l/h à quelques m3/h. REVENDICATIONS 1. - Disjoncteur pneumatique, du type comprenant un boîtier (1, 2) dans lequel coulisse un piston (3) et qui délimite une chambre d'entrée (39) et une chambre de sortie (38), le piston faisant carrnuniquer ces deux charres dans sa position de repos et étant adapté pour interrompre cette communication lorsque le débit de gaz traversant le boîtier dépasse une valeur prédéterminée, caractérisé en ce que le piston (3) coulisse librement dans le boîtier (1, 2) et est sollicité par un ressort (37) vers sa position de repos, et en ce que l'interruption de la coerrunication entre les deux charres (38, 39) est assurée par un appui à composante axiale d'un joint d'étanchéité (26) sur un siège (18), l'un de ces deux éléments étant porté par le boîtier et l'autre par le piston. 2. - Disjoncteur pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une marnerane annulaire souple (26) reliée hermetiquement d'un côté au boîtier (1, 2) et de l'autre au piston (3) en axnont du joint d'étanchéité (26), et en ce que le piston est traversé par un conduit calibré (29) qui débouche d'une part en arront de la menbrane et d'autre part en aval de celle-ci et en amont du joint d'étanchéité. 3. - Disjoncteur pneumatique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérise en ce que le piston (3) est guidé par deux régions cylindriques (22, 25A) espacées l'une de l'autre. 4. - Disjoncteur pneumatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le siège (18) est tronconique. 5. - Disjoncteur pneumatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chantre de sortie (38) est délimitée par un disque elastique (30) adjacent à l'extrémité aval (28) du piston (3) et surrontee d'un bouton-poussoir (35) de réarnanentO 6. - Disjoncteur pneumatique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité aval (28) du piston (3) forme une tige de diamètre réduit sur laquelle est enfilée ledit ressort (37), lequel prend appui sur le disque élastique (30). 7. - Disjoncteur pneumatique suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la membrane (24), un corps intérieur (2) du boîtier (1, 2) et le disque élastique (30) sont empilés et maintenus en place dans un corps extérieur (l) du boîtier par un bouchon (31) de ce corps extérieur (1).