Brevet FR2593300A1 — publié le 19870724

L'invention a pour objet un appareil détendeur à membrane pour la détente de gaz sous pression, par exemple un gaz de pétrole liquéfié tel que du butane ou du propane. Ce type d'appareil comprend habituellement, - au moins une arrivée de gaz Sous pression à détendre, - au moins un clapet actionné par les mouvements de déplacement de la membrane, ledit clapet découvrant ou fermant ladite arrivée de gaz, - une chambre sous pression réduite communiquant avec une conduite d'utilisation et sur laquelle s'ouvre ledit clapet, ladite chambre étant fermée d'un côté par la membrane qui est sensiblement équilibrée sur son autre face par des moyens de compression. Dans un mode de fabrication connu d'un tel détendeur, la membrane est liée à un levier articulé susceptible de commander le clapet, disposé en regard de l'orifice d'arrivée de gaz de la chambre du détendeur, ce clapet pouvant, suivant la position occupée par le levier, obturer ou libérer le siège de ladite arrivée de gaz sous pression. Cependant, dans de tels détendeurs, l'utilisation nécessaire d'un tel levier, augmente le nombre de pièces de l'appareil, ce qui rend la fabrication relativement complexe et diminue corellativement la fiabilité du détendeur. En outre, les détendeurs à membrane connus du type présenté ci-dessus, ne permettent pas d'obtenir, en fonction du débit de gaz, une régulation parfaite, et présentent, en particulier, les désavantages suivants : - des phénomènes parasites d'inertie et de pompage apparaissent en particulier lors des variations de débit ou de pression, ce qui nuit à la régula tion de l'appareil ; - la conception de l'appareil entraine des retards à la régulation, celle-ci s'effectuant, en général, par à-coups autour d'une pression moyenne régulée. Pour résoudre ces problèmes, et obtenir une régulation plus fine et plus adaptée, on peut utiliser des moyens correcteurs consistant, par exemple en un détendeur à étages multiples. Cependant, on comprend que ce palliatif se révèle onéreux, mécaniquement complexe et peut entrainer des problèmes de fragilité et de fiabilite. L'invention a pour objet d'eviter les inconvénients ci-dessus mentionnes, en proposant un détendeur perfectionné remplissant toutes les conditions de sécurité désirées, d'une conception mécanique simplifiée, peu coûteux donc fiable et présentant, néanmoins, des caractéristiques nettement améliorées de régulation. A cet effet, l'appareil détendeur à membrane de l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend au moins une butée située du côté de ladite chambre et sur laquelle ladite membrane peut prendre appui et pivoter. De cette façon, en adaptant la position de la butée et en choisissant convenablement les caracrétistiques de construction de l'appareil, on arrive à obtenir une meilleure régulation de la pression de détente en réduisant notablement les effets différentiels de retard et de battement. Selon une caractéristique préférée de cons truction, la butée est au moins en partie à courbure convexe, ladite membrane pouvant rouler, sensiblement sans glissement, sur ladite butée, de façon à obtenir une meilleure régulation du débit d'utilisation sous une pression réduite dont les variations sont atténuées. Ainsi, par une telle construction, la membrane peut pivoter sur une surface élargie, ce qui permet d'obtenir une régulation progressive et continue. Dans une réalisation préférée de l'invention, la position de la butée est telle qu'elle divise la membrane en deux surfaces de valeurs inégales et variables, la plus petite surface sl étant sensiblement équilibrée par L'action d'un premier ressort, tandis que la plus grande surface S1 est équilibrée par L'action d'un deuxième ressort. Avec une telle conception, on peut indifféremment prévoir sur le détendeur une arrivée de gaz qui débouche du côté de la plus petite surface (s1) ou du côté de La plus grande surface (S1), ce qui facilite, comme on le comprend, l'adaptation de l'appareil en fonction des impératifs d'utilisation. Dans une autre variante de réalisation de l'appareil, celui-ci étant alors du type détendeurinverseur automatique, en soi connu, comportant notamment deux dites arrivées de gaz sous pression à détendre munies chacune d'undit clapet et d'un dispositif in verseur solidaire de ladite membrane et commandant, en fonction de la pression détendue régnant dans ladite chambre, l'un ou l'autre desdits clapets, ce détendeur-inverseur comprend deux dites butées courbées, la membrane s'articulant autour de la première butée pour une première gamme de pression détendue, et autour de la seconde butée pour une seconde gamme de pression détendue.De cette façon, on obtient une régulation particulièrement fine de la distribution, en particulier lors du passage d'une gamme de pression à l'autre, ce qui permet de diminuer notablement les phénomènes parasites qui apparaissent dans de telles conditions de fonctionnement. L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés illustrant de façon schématique et uniquement à titre d'exemple, quelques mode de réalisation. Dans ces dessins : - la figure 1 montre schématiquement et en coupe, un appareil détendeur conforme à L'invention, - la figure 2 illustre une variante de réalisation de L'appareil présenté à la figure 1, - la figure 3 montre, schématiquement et en coupe un appareil conforme à l'invention du type détendeur-inverseur automatique, fonctionnant dans une première gamme de pression, - la figure 4 est une vue en coupe, selon la ligne IV-IV de l'appareil illustré à la figure 3, - la figure 5 montre schématiquement l'appareil illustré à la figure 3 lors de son fonctionnement dans une seconde gamme de pression, - la figure 6 illustre schématiquement les courbes de fonctionnement, dans les deux gammes de pression, du détendeur-inverseur automatique illustré aux figures 3 à 5. En se reportant, tout d'abord, à la figure 1, on voit un appareil repéré dans son ensemble 1 qui comprend une arrivée de gaz 2 sous la pression à détendre. L'arrivée de gaz pénètre, de façon sensiblement étanche, dans une chambre 4 à travers un orifice 17. Le gaz est admis par un clapet 3 à l'intérieur de la chambre 4, dans laquelle règne la pression P réduite. Cette chambre communique avec une canalisation 5 de sortie qui se trouve à la pression d'utilisation Pu voisine de la pression P régnant dans la chambre 4. La chambre 4 est fermée d'un côté par une membrane souple 6 sur laquelle s'appuie, par l'intermédiaire d'une plaque métallique 7, deux ressorts 8 et 9 d'qui librage. La chambre dans laquelle sont logés les deux ressorts 8, 9, communique par un évent 36 avec l'atmosphère. Le clapet 3, solidaire de la membrane 6, comporte une garniture 10 susceptible d'obturer le siège Il d'arrivée We gaz sous pression, suivant la position occupée par la membrane 6. De façon plus spécifique, la commande du clapet 3 s'effectue par un mouvement de basculement, ou d'articulation, de la plaque 7 autour d'une butée 12 formant pivot d'articulation de cette plaque. Selon l'invention, la butée 12 comprend une partie extrême 13 à courbure convexe contre laquelle vient reposer la membrane 6. Cette courbure peut être, comme on le comprend, quelconque et est adaptée à l'effet recherché. On notera qu'elle peut être notamment à courbure sensiblement constante. Comme il apparaît de la figure 1, dans la chambre 4, la surface de la membrane 6 est divisée en deux parties, l'une ayant la plus grande surface S1; et l'autre de surface réduite s1, cers deux surfaces (SI, sl) étant variables du fait du déplacement du point (ou de la zone) du contact entre la surface 13 et la membrane 6, en fonction de l'inclinaison de cette dernière. En outre, on notera que le ressort 9 agit sur la plaque 7 du côté de la plus petite surface sl, tandis que le ressort 8 agit sur cette même plaque 7 du côté de la plus grande surface S1. Il apparat immédiatement que la pression P régnant dans la chambre 4 agira avec une force F1 dirigée, d'une part, en opposition avec la force FR1 du ressort 8, et, d'autre part, dans la même direction que la force FR2 du ressort 9, les forces F1 et FR2 tendant à fermer le clapet 3 et la force FR1 tendant à l'ouvrir, tandis que cette même pression P agira sur la surface réduite sl dans un sens tendant à ouvrir le clapet, et ce avec une force fl dirigée dans la même direction que la force FR1. En outre, la surface incurvée 13 de forme adaptée à la régulation et à L'effet recherchés, sur laquelle peut rouler sensiblement sans glisser la membrane, permet de faire varier de façon sensiblement progressive et continue, le rapport des surfaces S1 et s1 définies par la butée 12. En effet, la zone de contact entre la membrane 6 et la butée, définissant les surfaces S1 et 51, évolue en fonction de la position angulaire occupée par la membrane. Aussi, on comprendra que de cette façon on peut obtenir - d'une part une correction particulièrement fine des variations de régulation, et - d'autre part, une régulation continue et progressive. On réduit en outre corrélativement les effets néfastes d'inertie et de pompage, et l'on diminue la plage de variation de la pression réduite. En se reportant toujours à la figure 1, on notera que sur une paroi 14 de la chambre 6 est ménagé un orifice 15 débouchant du côté de la plus grande surface S1. Cet orifice 15 estrans la variante de réalisation retenue, obturé hermétiquement par un capuchon ou bouchon amovible 16. L'intérêt d'une telle caractéristique sera expliqué ci-après au regard des figures 1 et 2. On se reportera maintenant à la figure 2 sur laquelle est représenté un appareil du type de celui décrit ci-dessus et illustré figure 1. On retrouve dans cette figure 2, qui ont été repéres de la même façon, un certain nombre de pièces semblables ou identiques à celles du mode de réalisation précédent. Ces pièces ou éléments ne seront pas à nouveau décrits. On décrira, uniquement, ciaprès, les différences de l'appareil repéré la dans son ensemble. Tout d'abord, l'arrivée de gaz repérée 18, débouche, de façon étanche, dans la chambre 4 du côté de la plus grande surface S1, à travers l'orifice 15. On comprend qu'à cet effet, le bouchon 16 a été retiré. L'arrivée de gaz 18 comprend un clapet 19 solidaire de celle-ci, et à travers lequel le gaz est admis dans la chambre 4. Le clapet 19 comporte une garniture 20 qui est susceptible d'obturer le siège 21 d'arrivée de gaz sous pression à détendre. La membrane 6 agit sur le clapet 19 par l'intermédiaire d'une plaquette rigide 24 qui vient porter sur une tige de commande 23 du clapet 19. Les modulations d'ouverture du clapet 19, en fonction du débit et de la pression, évoluent de la même façon qu'énoncé précédemment, l'ouverture de ce clapet s'effectuant cependant à l'encontre d'un ressort de compression 22 qui tend à repousser la garniture 20 contre le siège 21. On remarquera que dans cette variante, l'orifice 17 par lequel débouchait l'arrivée de gaz 2 de la variante précédente est maintenant obturé par un bouchon ou capuchon amovible repéré 25. On peut prévoir que les bouchons 16 et 25, avantageusement étanches peuvent être interchangeables. Ainsi, comme il apparaît clairement des figures 1 et 2 et de la description qui vient d'être faite, on peut, en prévoyant sur une paroi de la chambre 4, deux trous 15 et 17, adaptés indifféremment, en toute sécurité et sans augmentation notable de coût, l'une ou l'autre arrivée de gaz 2, 18, et ainsi obtenir un détendeur pratiquement indépendant des contraintes d'utilisation. Aux figures 3 à 5, on a illustré une autre variante de réalisation de l'appareil. Ce dernier, repéré lb dans son ensemble, diffère de l'appareil la de la figure 2 en ce qu'il est du type détendeur-inverseur automatique et comprend, en outre, une seconde butée 26 située du côté de la chambre 4 et dont la partie extrême 27 est à courbure convexe. De façon plus précise, la seconde butée 26 est disposée de telle façon qu'elle divise, dans la chambre 4, la surface de la membrane 6 en deux partie S2, s2, de valeurs inégales, la plus grande surface S2 et la plus petite surface s2 étant respectivement inférieure et supérieure aux plus grandes et plus petites surfaces SI et sl définies par la première butée 12. On remarquera que la plus petite surface s2 est située à gauche de la butée 26, tandis que la plus grande surface S2 est située â sa droite (fiv. 3).On notera, cependant, que ces surfaces (S2, s2) sont aussi variables ou évolutives (fig. 5). En outre, de façon à permettre une articulation sensiblement indépendante de la membrane 6 autour de l'un ou l'autre des pivots, les sommets 13' et 27' des parties incurvées 13 et 27 des deux butées ne sont pas situées au même niveau par rapport au plan défini par la membrane 6 en position de travail. En d'autres termes, le sommet 27' de la seconde butée 26 est légèrement décalé ou en retrait, d'une distance d . par rapport au sommet 13' de la première butée 12. Plus particulièrement, et dans le mode de réalisation retenu et dscrit, les deux butées 12, 26 sont de longueurs inégales, la première butée 12 étant plus iongue que la seconde butée 26. En outre, les deux butées 12, 26, sont sensiblement alignées dans l'axe principal 38 formant axe de symétrie de la membrane 6, c'està-dire sensiblement perpendiculairement au plan 39 de commande des clapets correspondant au plan de coupe de la figure 4. On notera que L'appareil. détendeur-inverseur automatique présenté aux figures 3 à 5, comprend, cependant, un certain nombre de pièces communes à la variante précédente. Aussi, ces pièces ont été repérées de la même façon et ne seront pas à nouveau décrites. On ne décrira que les nouvelles pièces. L'appareil comprend notamment, comme connu en soi, deux arrivées de gaz repérées 28,29 identiques à l'arrivée 18 illustrée à la figure 2 et qui vient d'être décrite. Aussi, conformément à ce qui vient d'être dit, on a repéré de la même façon les pièces constitutives de l'arrivée 28 et indicé celles de l'arrivée 29 (figure 4). Les arrivées de gaz 28 et 29 sont reliées, respectivement, à une source dite principale ou de service et à une source dite auxiliaire ou de réserve (non représentées). Ces sources peuvent consister, par exemple, en des bouteilles de butane ou de propane. En outre, le détendeur lb comprend un dispositif inverseur 30 comportant un plateau 31 à étages 32 et 33, disposé sensiblement parallèlement à la membrane 6. Le plateau 31 est maintenu en appui sous la membrane 6, éventuellement par l'intermédiaire d'une plaquette (non représentée). Le dispositif inverseur 30 est constitué, par ailleurs, d'un piston 40 solidaire rigidement du plateau 31 et qui traverse la membrane 6 et le plateau 7 en s'étendant du côté opposé à la chambre 6. Le piston 40 peut coulisser, sensiblement librement, dans un cylindre 34 le long de l'axe 37, transversal à l'axe principal 38 de la membrane 6. Le cylindre 34 s'étend hors de l'appareil lb et est muni d'un organe de commande 35 permettant de faire pivoter sensiblement de 1800 le plateau 31. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement de ce détendeur-inverseur automatique. A cet effet, on se référera, tout d'abord, aux figures 3 et 4 dans lesquelles on a représenté l'appareil fonctionnant dans une première gamme de pression 4P1. L'appareil lb est alimenté par la source principale reliée à L'arrivée de gaz 28, le clapet 19' de l'arrivée de gaz 29 (relié à L'arrivée de secours) est fermé. En effet, la garniture 20' est maintenue en appui contre le siège 21' par l'action du ressort 22', et l'étage 33 du dispositif inverseur 30 ne vient pas porter contre la tige 23' de la commande du clapet 19'. La commande du clapet 19 est alors actionnée par le mouvement de basculement de la membrane 6 qui roule sensiblement sans glisser sur la butée 12. L'étage 32 du plateau vient porter et agir sur la tige de commande 23 du clapet 19. La membrane définit alors un premier rapport de surface S1/s1 évolutif,ou variable. Cependant, si la pression de distribution de l'alimentation principale chute de façon importante, par exemple du fait de l'épuisement de cette source principale, la membrane 6 s'affaisse du côté de la plus grande surface S1 définie par la butée 12 et vient alors porter sur la seconde butée 26, sur laquelle elle roule (figure 5), définissant alors un second rapport de surface S2/s2 variable. Ainsi, comme il apparaît particulièrement de la figure 6, Lorsque la source principale s'épuise, la pression d'alimentation passe de la gamme AP1 à la gamme a P2 ; avec A P2 supérieure A d P1. La membrane roulant donc maintenant sur la seconde butée 26, entraîne l'appui de l'étage 33 du plateau 31 contre la commande 23' du clapet 19' en regard, provoquant ainsi l'ouverture de ce clapet et donc l'alimentation de l'appareil lb par la source auxiliaire de secours reliée à l'arrivée de gaz 29. On note que les deux clapets 28 et 29 sont alors ouverts. A la figure 5, on a représenté, schématiquement l'articulation de la membrane 6 autour de la seconde butée 26. On remarquera cependant que l'angle d'inclinaison a été exagéré de façon à faciliter la compréhension de la figure. Le fonctionnement de l'appareil dans la gamme de pression AP2 est semblable au fonctionnement de la gamme A P1, la membrane 6 s'articulant en roulant autour de la butée 26 au lieu de s'articuler autour de la butée 12. De cette façon, par un choix judicieux de l'emplacement des butées 12 et 26, en fonction des caractéristiques de fonctionnement et de montage de l'appareil, on assure automatiquement et sans inter ruption la distribution d'énergie et Le transfert de l'alimentation service sur L'alimentation réserve, et ce en réduisant les effets parasites de battement et de pompage. Les positions respectives des deux butées sont notamment fixées de façon à définir les seuils des plages de service et de réserve correspondant à l'oscillation limite de la membrane respectivement autour de ta première et de la seconde butée. On notera que La seconde butée permet, pour une même force des ressorts, de définir une deuxième plage de régulation, différente de celle déterminée par la première butée. Comme il apparaît de la figure 6, une différence de pression AP est réserve entre la plage ser vice (au1) et la plage réserve ( ss P2) et peut être interprétée, par exemple, par un dispositif manométrique (non représenté) de tout type connu et permettant de visualiser la situation, service ou réserve, dans laquelle se trouve L'appareil 7b. Il est à remarquer que la conception de l'appareil permet, par ailleurs, l'échange des bouteilles vides d'alimentation en gaz dans des conditions satisfaisantes de sécurité, tant pour l'installation munie d'un tel appareil, que pour l'environnement. En effet, si l'on se réfère aux conditions de fonctionnement de l'appareil détendeur-inverseur lb, ci-dessus décrites, on note que tant que celuici est alimenté sous la pression de service (correspondant à bop1), le clapet de l'arrivée auxiliaire relié à L'alimentation de secours est fermé. Ainsi, lorsque la bouteille constituant L'alimentation principale reliée, dans le mode de réalisation illustré, à l'arrivée de gaz 28, est vide, L'appareil fonctionnant alors sur L'alimentation auxiliaire (reliée à L'arrivée de gaz 29), il suffit de faire pivoter d'un demi-tour autour de L'axe 37, le cylindre 34 en agis sant sur son bouton de commande 35 et ainsi placer L'étage 32 du plateau 31 en contact avec la commande 23' du clapet 19'. Le clapet 19 se ferme alors sous l'action de son ressort 22, L'alimentation auxiliaire devenant alimentation principale et délivrant une pression dans la gamme L9P1 telle qu'illustrée figure 3. On peut alors, en toute sécurité, retirer la bouteille vide, la remplacer par une pleine, et relier à nouveau cette dernère à L'arrivée de gaz 28 sont le clapet est toujours fermé) qui fait maintenant office d'alimentation auxiliaire de secours. En conséquence, chacune des arrivées de gaz 28, 29, jouent alternativement, et avantageusement, le rôle d'alimentation de service puis de réserve. On peut, par ailleurs, avantageusement, prévoir un repère ou une visualisation quelconque permettant de savoir quelle arrivée de gaz fonctionne en alimentation principale. REVENDICATIONS 1. - Appareil détendeur à membrane du type comportant au moins une arrivée de gaz sous pression à détendre, au moins un clapet actionné par les mouvements de déplacement de la membrane, ledit clapet découvrant ou fermant Ladite arrivée de gaz, une chambre sous pression réduite communiquant avec une conduite d'utilisation et sur laquelle s'ouvre ledit clapet, ladite chambre étant fermée d'un côté par la membrane qui est sensiblement équilibrée sur son autre face par des moyens de compression, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une butée (12, 26) située du côté de ladite chambre (4) et sur laquelle ladite membrane (6) peut prendre appui et pivoter. 2. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite butée (12, 26) est au moins en partie à courbure convexe, ladite membrane (6) pouvant rouler, sensiblement sans glissement, sur ladite butée, de façon à obtenir une meilleure régulation du débit d'utilisation sous une pression réduite dont les variations sont atténuées. 3. - Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la butée (12, 26) est à courbure sensiblement constante. 4. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de compression consistent en deux ressorts (8, 9) disposés du côté opposé à la chambre (4) et qui équilibrent sensiblement la membrane (6). 5. - Appareil selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la position de la butée (12) est telle qu'elle divise la membrane en deux surfaces inégales et variables, la plus petite surface (s1) étant sensiblement équilibrée par L'action du premier ressort (9) et la plus grande surface (S1) étant sensiblement équilibrée par l'action du second ressort (8). 6. - Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi extérieure (14) dans laquelle sont ménagés deux orifices (15, 17) qui débouchent dans ladite chambre (4), le premier orifice (15) débouchant du côté de ladite plus grande surface (S1) et le second orifice (17) débouchant du côté de ladite plus petite surface (sI), l'un (15, 17) des deux orifices étant, en outre, au moins lors du fonctionnement de l'appareil, obturé sensiblement hermétiquement, tandis que l'autre est relié à ladite arrivée de gaz (2, 18) débouchant dans ladite chambre (4). 7. - APpareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'étant du type détendeur-inverseur automatique, en soi connu, comportant notamment deux dites arrivées de gaz (28, 29) sous pression à détendre munies chacune d'un clapet (19, 19') et un dispositif inverseur (30) solidaire de ladite membrane (6) et commandant, en fonction de la pression détendue régnant dans ladite chambre (4), l'un ou L'autre desdits clapets (19, 19'), ce détendeur-inverseur comprend deux dites butées (12, 26) courbées et décalées d'une certaine distance l'une par rapport à L'autre, la membrane (6) s'articulant sur ladite première butée (12), pour une première gamme de pression détendue,et sur ladite seconde butée (26) pour une seconde gamme de pression détendue. 8. - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, une plaque (7) sur laquelle s'appuie, d'un côté la membrane (6) et de l'autre lesdits ressorts (8,9) ladite membrane (6) roulant sensiblement sans glissement, dans ladite première gamme de pression, sur ladite première butée (12) tandis que dans la seconde gamme de pression, ladite membrane (6) vient rouler sur ladite seconde butée (26). 9. - Appareil selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que les deux butées (12, 26) ne sont pas situées au même niveau par rapport au plan défini par la membrane (6) en position de travail. 10. - Appareil selon L'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les deux butées (12, 26) sont de longueurs inégales, ladite première butée (12) étant plus longue que ladite seconde butée (26). 11. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ladite seconde butée (26) divise la membrane (6) en deux surfaces (S2, s2)inégales et variables, la plus grande surface (S2) et la plus petite surface (s2) étant respectivement inférieure et supérieure auxdites plus grande surface (S1) et plus petite surface (sil) définies par la première butée (12). 12. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la membrane (6) possède un axe principal (38), les deux butées (12, 26) étant sensiblement alignées le long de cet axe.