Brevet FR2593301A1 — 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. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un détendeur à membrane du type détendeur-inverseur automatique. Un appareil détendeur à membrane comporte 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 un ressort et ladite membrane s'articulant autour d'un pivot divisant ladite chambre en deux surfaces de valeurs inégales, ledit pivot étant situé du côté opposé à ladite chambre. Les appareils détendeurs-inverseurs automatiques sont alimentés en général par deux sources distinctes, l'une dite principale ou de service, et L'autre dite auxiliaire ou de réserve. Ces sources sont, dans une utilisation domestique de L'appareil, souvent constituées par des bouteilles de butane ou de propane. Ces bouteilles sont alors reliées à deux entrées de gaz de l'appareil suivant deux chaines d'alimentation parallèles. Les détendeurs-inverseurs automatiques actuels doivent, en outre, être conformes à des normes strictes et notamment : a) réaliser une prédétente du gaz distribué, b) permettre en priorité le soutirage de gaz à partir de la source dite en service, c) lorsque la source en service est épuisée, assurer automatiquement et sans interruption La distribution d'énergie à partir des bouteilles en situation de réserve, d) un dispositif quelconque doit permettre de visualiser la situation,service ou réserve, dans laquelle fonctionne L'appareil, e) la conception de L'appareil doit permettre L'échange des bouteilles vides dans des conditions satisfaisantes de sécurité, tant pour l'installation comportant un tel appareil que pour L'environnement. Cependant, les appareils connus de ce type présentent les défauts suivants : a) des variations de débit , de pression et de régulation, pouvant entraîner des phénomènes parasites d'inertie et de pompage, apparaissent lors du transfert de l'alimentation service sur L'alimentation réserve et inversement, b) il existe en général un certain retard à la régulation, sous les deux régimes de fonctionnement, et par suite celle-ci s'effectue par à coups autour d'une pression moyenne régulée. L'invention a pour objet d'éviter les inconvénients sus-mentionnés en permettant la réalisation d'un appareil fiable, peu coûteux, et offrant des caractéristiques améliorées de régulation et de fonctionnement. A cet effet, un appareil détendeur à membrane se caractérise en ce que, étant du type détendeur-inverseur automatique, en soi connu, comportant notamment deux dites arrivées de gaz sous pression à détendre munies chacune d'undit clapet, et un dispositif inverseur 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 un second pivot décalé d'une certaine distance par rapport audit premier pivot, la membrane s'articulant autour dudit premier pivot pour une pre mière gamme de pression détendue et autour dudit second pivot pour une seconde gamme de pression détendue. De cette façon, il est possible, en choisissant convenablement les paramètres de la construction, d'obtenir une régulation plus adaptée de la distribution, notamment lors du transfert d'une source sur l'autre, et diminuer corrélativement les phénomènes parasites qui apparaissent dans de telles conditions de fonctionnement. Selon une caractéristique préférée de construction, L'appareil comprend une plaque sur laquelle s'appuie d'un côté la membrane et de l'autre ledit ressort, et ladite plaque repose, dans Ladite première gamme de pression, sur le premier pivot d'articulation tandis que dans ladite seconde gamme de pression, ladite plaque vient reposer sur le second pivot d'articulation. En outre, selon une réalisation préférée de l'invention, les deux pivots ne sont pas situés au même niveau par rapport au plan défini par la membrane en position de travail Le pivot se présentera, de préférence sous la forme d'un couteau tel qu'un couteau d'articulation des deux plateaux d'une balance, la membrane n'étant alors influencée, dans la gamme de pression considérée, que par le pivot correspondant dont la position peut être optimisée. L'invention et sa mise en oeuvre apparaitront plus clairement à L'aide de la description qui va suivra faite en référence aux dessins annexés illustrant de façon schématique et uniquement à titre d'exemple quelques modes de réalisation. Dans ces dessins - la figure 1 montre, schématiquement et en coupe, un appareil détendeur-inverseur automatique fonctionnant dans sa première gamme de pression, - la figure 2 montre l'appareil illustré à la figure 1, lors de son fonctionnement dans La seconde gamme de pression, - la figure 3 est une vue en coupe, selon la Ligne III-III de L'appareil illustré à la figure 1, - la figure 4 montre schématiquement les courbes de fonctionnement de L'appareil, dans les deux gammes de pression. En se reportant, tout d'abord, aux figures 1 et 3, on voit un appareil repéré dans son ensemble 1 comprenant deux arrivées de gaz 2, 3, sous la pression à détendre. Dans le mode de réalisation retenu et illustré, L'arrivée de gaz 2 est reliée à la source principale dite "de service" tandis que l'arrivée 3 est reliée à la source auxiliaire dite "de réserve" (non représentée9. Le gaz est admis par deux clapets 4, 5 à l'intérieur d'une chambre 6, dans laquelle règne une pression réduite. Les clapets 4 et 5 sont disposés, respectivement, sur les arrivées de gaz 2 et 3. La chambre 6 communique avec une canalisation 7 de sortie qui se trouve à la pression d'utilisation Pu voisine de la pression réduite régnant dans la chambre 6. La chambre 6 est fermée d'un côté par une membrane souple 8 sur Laquelle s'appuie, par l'intermédiaire d'une plaque rigide 9, un ressort 10 d'équilibrage.La chambre dans laquelle est logé le ressort 10 communique par un évent 30 avec l'-atmosphère. Un dispositif inverseur 11 comprend un plateau 12, à étages 18, 19, disposé sensiblement parallèlement à la membrane 8 du côté de la chambre 6. Le plateau 12 est maintenu en appui sous la membrane 8 par l'inter- médiaire d'une contreplaque 13. Le dispositif inverseur Il est constitué, en outre, d'un piston 16 solidaire rigidement du plateau 12 et qui traverse La mem brane 8 et les deux plaques 9 et 13 en s'étendant du côté opposé à chambre 6. Le piston 16 peut coulisser, sensiblement librement et selon un axe 31 transversal à l'axe principal 38 de la membrane, dans un cylindre 17. Le cylindre 17 s'étend à l'extérieur de L'appareil et est muni d'un organe de commande 17' permettant de faire pivoter de 1800 le plateau 12 à étages. Suivant les conditions de pression détendue régnant dans le chambre 6, l'un au moins des étages 18, 19 vient en appui contre un axe correspondant 20, 21, formant, respectivement, organe de commande des clapets 4 et 5. Les clapets 4, 5 comportent, respectivement, une garniture 22, 23 qui est susceptible d'obturer le siège coopérant 24, 25 d'arrivée de gaz sous pression selon la position occupée par L'organe de commande correspondant 20, 21. L'ouverture de chaque clapet s'effectue contre L'action d'un ressort 26, 27, chaque ressort tendant à appliquer la garniture du clapet contre le siège en regard. La commande des clapets 4, 5 s'effectue par un mouvement de basculement ou de pivotement de la plaque 9 autour d'un axe ou pivot 28 ou 29. Comme il apparaîtra plus loin du principe de fonctionnement de l'appareil, la plaque 9 est soumise, pour une première gamme de pression détendue , à un mouvement d'oscillation autour du premier pivot 28 et, pour une seconde gamme de pression détendue à un mouvement d'oscillation autour du second pivot 29. De façon plus précise, d'une part, le premier pivot28 divise la membrane 8, dans la chambre 6, en deux parties, à savoir l'une ayant la plus grande surface S1 (à droite de L'axe d'articulation 28 sur La figure 1) et L'autre, de surface réduite sl (à gauche de L'axe d'articulation 28 sur la figure 1). D'autre part, le second pivot 29 divise, lorsque la plaque 9 vient reposer contre la pointe de ce dernier, La membrane 8, dans la chambre 6, en deux parties S2, s2 de valeurs inégales, la plus grande surface S2 et la plus petite surface s2 étant respectivement supérieure et inférieure auxdites plus grandes surfaces S1 et plus petite surface sl définies par le premier pivot. On notera que la plus petite surface s2 est située à gauche du pivot 29, tandis que la plus grande surface S2 est située à sa droite (figure 2). Des figures 1 et 2, on voit que les deux pivots 28, 29 sont disposés du côté du ressort 10, c'est-à-dire du côté opposé à la chambre 6. En outre, ces deux pivots ont une position fixe définie par un choix judicieux, en fonction des caractéristiques de construction et de montage de l'appareil. Les positions respectives des deux pivots dans l'appareil sont notamment fixées de façon à définir les seuils des plages de service et de réserve correspondant à l'oscil- lation limite de la membrane respectivement autour du premier et du second pivots. Afin d'éviter d'éventuelles interférences néfastes, et permettre une articulation sensiblement indépendante de la plaque 9 autour de l'un ou l'autre des pivots, Les pointes extrêmes d'articulation 28', 29' respectivement des pivots 28, 29 ne sont pas situées au même niveau par rapport au plan défini par la membrane 8 en position de travail. En d'autres termes, l'extrémité 29' du second pivot est légèrement décalée, ou en retrait, d'une distance d, par rapport à l'extré- mité 28' du premier pivot. De façon plus spécifique et dans le mode de réalisation retenu et décrit, les deux pivots 28, 29 sont de longueurs inégales, le premier pivot 28 étant plus long que le second pivot 29. En outre, Les deux pivots 28, 29 sont sensiblement alignés dans L'axe principal 38 formant axe de symétrie de la membrane 8, c'est-à-dire sensiblement perpendiculairement au plan 32 de commande des clapets correspondant au plan de coupe de la figure 3. Le principe de fonctionnement de L'appareil 1 qui va être maintenant décrit va permettre de mieux comprendre l'utilité du second pivot 29 qui permet de modifier Le rapport des surfaces de Sl/sl à S2/sz, définissant ainsi, pour une même force du ressort une plage de régulation différente de celle déterminée par le premier pivot. La forme du second pivot permet une régulation plus fine dans les différentes gammes de pression. Tout d'abord, compte-tenu de la construction ci-dessus décrite et illustrée aux figures 1 à 3, et quelle que soit la gamme de pression d'alimentation considérée, la pression réduite régnant dans la chambre 6 agira selon la gamme de pression, sur la plus grande surface définie par le pivot 28 ou 29, avec une première force F dirigée en opposition avec la force FR du ressort 10, la force de pression ainsi définie tendant à fermer le clapet 4 (ou 5) correspondant et La force du ressort tendant à L'ouvrir ; tandis que cette même pression agira avec une seconde force f, différente de la première, sur la surface réduite complémentaire, dans un sens tendant à ouvrir ledit clapet. Considérons maintenant la figure 1 dans laquelle on 2 représenté schématiquement le fonctionnnement de L'appareil alimenté par l'arrivée de gaz 2 reliée à la source principale de service, dans une gamme de presion P1. Bien entendu, on aurait pu choisir d'alimenter l'appareil, à partir d'une source principale de service, par L'arrivée de gaz 3, les deux arrivées 2,3 étant symétriques. Dans cette gamme de pression, La plaque 9 s'articule, en fonction des variations de pression détendue régnant dans la chambre 6, autour du premier pivot 28. Si la pression d'alimentation diminue légèrement en restant dans la gamme PI, la force F appliquée par la pression P1 sur la surface S1 de la membrane 8 devient insuffisante pour équilibrer la force antagoniste FR du ressort. La membrane s'affaisse du côté de la surface S1 en s'articulant toujours autour du premier pivot 28, entraînant-un abaissement du dispositif inverseur 11 qui vient commander, par l'intermédiaire de L'étage 18 du plateau 12, L'organe de commande 20 du clapet 4 et ainsi augmenter son ouverture.Si la pression devient trop importante, le phénomène s'inverse, le clapet 4 tendant à se fermer. On notera que, pour l'instant, l'étage 19 du plateau 12 n'est pas en appui contre la commande 21 du clapet 5, celui-ci étant donc fermé. En d'autres termes, l'alimentation de secours n'est pas encore utilisée. Cependant, si L'alimentation principale de service s'épuise, la pression diminue alors plus sensiblement, cette dernière passant de la gamme bP1 à la gamme AP2, avec L9P2 inférieure à AP1 (figure 4). Cette chute de pression provoque un affaissement corrélatif de la membrane, la plaque 9 venant alors en appui contre le second pivot 29 autour duquel elle vient s'articuler. Parallèlement, cet affaissement de la membrane entrain L'appui de L'étage 19 contre la commande 21 du clapet 5 en regard, provoquant l'ouverture du clapet et donc l'alimentation de L'appareil par la source auxiliaire de secours. La source de secours fonctionne donc dans la gamme de pression tP2 et alimente la chambre 6 en pression à détendre principalement par l'arrivee de gaz 3. A la figure 2 on a représenté schématiquement l'articulation de la membrane 8 autour du second pivot 29. 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 dans la gamme tP1, la membrane s'articulant autour du pivot 29 au lieu de s'articuler autour du pivot 28. De cette façon, par un choix judicieux de l'emplacement des pivots 28 et 29, en fonction des caractéristiques de construction et de montage de L'appareiL, on assure automatiquement et sans interruption 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. Comme il apparat de la figure 4, une différence de pression est réservée entre la plage service ( a P1) et la plage réserve ( 8 Bop2) 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. Par ailleurs, la conception de l'appareil permet l'échange des bouteilles vides 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 ci-dessus décrites, on note que tant que l'appareil est alimenté sous la pression de service (correspondant à ss P1), 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 2, est vide, L'appa- reil fonctionnant alors sur l'alimentation auxiliaire reliée à l'arrivée de gaz 3, il suffit de faire pivoter d'un demi tour,autour de L'axe 31,le cylindre 17 en agissant sur son bouton de commande 17' et placer ainsi L'étage 18 du plateau 12 en contact de la commande 21 du clapet 5. Le clapet 4 se ferme alors sous L'action de son ressort 26, L'alimentation auxiliaire devenant alimentation principale et délivrant une pression dans la gamme AP1, tel qu'illustré figure 1. On peut alors, en toute sécurité, retirer la bouteille vide, la remplacer par une pleine, et relier à nouveau cette dernière à l'arrivée de gaz 2 (dont le clapet 4 est toujours fermé) qui fait maintenant office d'alimentation auxiliaire de secours. En conséquence, chacune des deux arrivées 2, 3 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 rapidement de savoir quelle arrivée de gaz fonctionne en alimentation principale. Dans une variante éventuelle de l'invention, on pourrait prévoir que les deux pivots 28 et 29 sont mobiles, leur position étant déterminée en fonc tion des caractéristiques de L'appareil et de la régu lation à obtenir. En outre, les deux pivots 28, 29 pourraient être logés dans la chambre 6. Dans ce cas La position du second pivot 29 définirait deux surfaces (S2, s2) de valeurs inégales, de tel le sorte que la plus grande surface(S2t et la plus petite surface (s2) soient respectivement inférieure et supérieure aux plus grande (S1) et plus petite (sil) surfaces définies par le premier pivot 28. On pourrait notamment, dans ce cas, prévoir un second ressort (non représenté) situe du côté opposé a la chambre. Ce second ressort équilibrerait La membrane soumise à la pression régulée du côté de la plus petite surface (S1, 52) 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 découvirant 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 un ressort et ladite membrane s'articulant autour d'un pivot divisant Ladite chambre en deux surfaces de valeurs inégales (SI, sil), ledit pivot étant situé du côté opposé à ladite chambre, ledit appareil est caractérisé en ce que, étant du type détendeur-inverseur automatique, en soi connu, comportant notamment deux dites arrivées de gaz (2, 3) sous pression à détendre munies chacune d'undit clapet (4, 5) et un dispositif inverseur (11) solidaire de ladite membrane (8) et commandant, en fonction de la pression détendue régnant dans ladite chambre(6), l'un ou l'autre desdits clapets (4, 5), ce détendeur-inverseur comprend un second pivot (29) décalé d'une certaine distance par rapport audit premier pivot (28), la membrane s'articulant autour dudit premier pivot (28) pour une première gamme de pression détendue et autour dudit second pivot (29) pour une seconde gamme de pression détendue. 2. - Appareil selon La revendication 1, caractérisée en ce qu'il comprend, comme connu en soi, une plaque (9) sur laquelle s'appuient, d'un côté La membrane (8) et de L'autre ledit ressort (10) et ladite plaque (9) repose, dans ladite première gamme de pression, sur le premier pivot (28) d'articulation, tandis que dans la seconde gamme de pression, ladite plaque (9) vient reposer sur ledit second pivot d'articulation (29). 3. - Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que Les deux pivots (28, 29) ne sont pas situés au même niveau par rapport au plan défini par la membrane en position de travail. 4. - Appareil selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux pivots (28, 29) sont de longueurs inégales, ledit premier pivot (28) étant plus long que ledit second pivot (29). 5. - Appareil selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit second pivot (29) divise la membrane (8) en deux surfaces (S2, s2) de valeurs inégales, la plus grande surface (S2) et la plus petite surface (s2) étant respectivement su périeure et inférieure auxdites plus grande surface (S1) et plus petite surface (sil) définies par le premier pivot (28). 6. - Appareil selon L'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit second pivot (29) est situé du côté opposé à ladite chambre (6). 7. - Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la membrane (8) possède un axe principal (38), et les deux pivots (28, 29) sont sensiblement alignés le long de cet axe. 8. - Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux pivots (28, 29) ont une position fixe.