Brevet FR2617265A1 — publié le 19881230

La présente invention concerne des détendeurs uti- lisés pour la régulation de la pression d'un fluide et plus précisément pour le maintien de la pression d'un fluide en aval à une valeur choisie. Des détendeurs comportent un orifice de réglage automatique dont la dimension varie afin que le débit de fluide augmente ou diminue d'une manière telle qu'une pression choisie est maintenue. Habituellement, ces déten- deurs ont un ressort qui agit sur un diaphragme exposé au fluide dont la pression est régulée. Les détendeurs classiques sont très utilisés et, dans de nombreuses ap- plications dans lesquelles les critères ne sont pas par- ticulièrement sévères, ils fonctionnent de manière tout à fait satisfaisante. Le terme "fluides"est utilisé dans le présent mémoire pour désigner à la fois les liquides et les gaz. Cependant, il existe des applications dans lesquel- les la construction des détendeurs classiques pose des problèmes qui soit sont ignorés, soit sont corrigés par utilisation de procédés ou d'appareils supplémentaires. Par exemple, de nombreux procédés nécessitent la transmission d'un fluide de très grande pureté. Un exem- ple en est l'industrie des semi-conducteurs dans laquelle des particules parasites qui peuvent être introduites dans le courant de fluide à partir du détendeur lui-même peuvent provoquer une mise au rebut de produits très coû- teux lorsque ces particules tombent sur un produit à un endroit o les particules peuvent détruire la fonction voulue du produit. Un exemple est celui d'une particule conductrice qui forme un pont entre deux composants élec- troniques formés sur une pastille. Les sources de ces particules, dans un détendeur, sont les diaphragmes, les obturateurs et en particulier les ressorts se trouvant sur le trajet du fluide. La flexion de ces ressorts ainsi que le frottement ou la butée contre d'autres éléments, y compris le frottement du ressort sur les parties entre lesquelles il est placé, sont des exemples de ce comportement. Un autre inconvénient de la construction des déten- deurs classiques est la dimension que doit avoir la cavi- té d'entrée étant donné que certains éléments doivent y être logés. La purged'un volume important est plus dif- ficile, prend plus de temps et provoque un gaspillage de réactifs coûteux qui doivent être rejetés lorsque l'ensemble est purgé. Bien que le détendeur selon l'inventionaitla plus grande importance dans le domaine des réacteurs utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs, ils présentent aussi des avantages importants dans des domaines tels que celui des systèmes d'étalonnage, des systèmes d'ana- lyse et des systèmes de traitement de véhicules fluides dans la chromatographie. En outre, ce détendeur est utile chaque fois que des détendeurs sont nécessaires et pas seulement dans le cas d'installations traitant des fluides de grande pureté. Sa grande simplicité et sa grande commodité de montage, de réglage et d'utilisation, le recommandent à titre d'emploi universel. Selon l'invention, tous les ressorts sont retirés du trajet de circulation des gaz afin que toutes les par- ties mobiles et les contacts frottants soient retirés du trajet du fluide, et le volume de la cavité est réduit au minimum. Un détendeur selon l'invention a un corps ayant un canal d'entrée et un canal de sortie. Le canal d'en- trée débouche dans une cavité d'entrée et le canal de sortie assure l'évacuation à partir d'une cavité de dé- tection. Un passage de clapet relie les cavités et, à son extrémité tournée vers la cavité d'entrée, il est entouré par un siège d'obturateur. Un clapet a une tige qui passe dans le passage de clapet en laissant un espace pour l'écoulement du fluide. Une tête de clapet est montée sur la tige dans la cavité d'entrée, avec un joint périphérique destiné à être en butée contre le siège afin que le passage soit fermé et à s'écarter du siège afin que le passage soit ouvert. La cavité de détection est partiellement délimitée par un diaphragme flexible auquel est fixé le ressort de clapet afin qu'il se déplace axialement à la suite de la flexion du diaphragme. Une vis de réglage est vissée sur le corps afin qu'elle se déplace coaxialement au clapet, du côté du diaphragme opposé à celui o se trouve la cavité d'entrée. Elle repousse un ressort hélicoidal de plage entre elle- même et le diaphragme, les forces différentielles appli- quées de part et d'autre du diaphragme et qui provoquent un allongement du ressort de plage ayant tendance à ou- vrir le clapet, en faisant fléchir le diaphragme vers le passage du clapet. Un passage interne coaxial taraudé de la vis de réglage loge une vis de réglage de ressort de clapet ayant un dispositif d'ancrage de ressort. Un ressort de traction ("ressort de clapet") est raccordé au dispositif d'ancrage et à un dispositif d'ancrage placé sur le diaphragme. L'augmentation de la tension du ressort de clapet par rotation convenable de la vis de réglage de ce ressort a tendance à tirer la tête du clapet vers le siège et à fermer le détendeur. Les deux ressorts sont disposés du côté du dia- phragme opposé à la cavité d'entrée et sont donc totale- ment en-dehors de cette cavité. Selon des caractéristiques préférées mais éven- tuelles de l'invention, la vis de réglage du ressort de clapet est raccordée au ressort de clapet par un émeril- lon, et un palier de butée est placé entre la vis de réglage et le ressort de plage afin que la torsion appli- quée au ressort pendant le réglage soit réduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe axiale d'un mode de réalisation pré- féré de détendeur selon l'invention. Un détendeur 10 selon l'invention comporte un corps formé de deux parties 11, 12 qui sont raccordées par vis- sage au niveau des filets 13. Le détendeur a un axe 14 de manoeuvre. Un canal 15 d'entrée pénètre dans le corps et dé- bouche dans une cavité 16 d'entrée. Un raccord convenable 17 est disposé afin qu'il permette le raccordement du détendeur au circuit. Un canal 20 de sortie pénètre dans le corps et débouche dans une cavité 21 de détection. Un passage 22 de clapet, disposé suivant l'axe 14, relie la cavité d'entrée à la cavité de sortie. Un siège annulaire 25 en saillie entoure le passage de clapet à l'endroit 6o il pénètre dans la cavité d'entrée. La cavité de détection est partiellement délimitée par le corps et partiellement par un diaphragme flexible 26. Ce diaphragme est circulaire (de même que les cavités et le passage de clapet,), et sa partie centrale se dé- place axialement lorsque les forces différentielles agis- sant sur lui varient. Une tige 27 de clapet passe dans le canal de clapet en laissant un espace périphérique si bien qu'il n'existe aucun frottement. Une tête 28 de clapet est fixée à la tige ou fait partie de celle-ci. Un joint 29 porté par la tête est tourné vers le siège afin que le passage de clapet soit fermé lorsque la tête est placée contre le siège. L'accès à la chambre d'entrée est donné par un canal 30 d'accès. Un bouchon 31 est en appui contre un disque d'étanchéité 31a afin que le canal d'accès soit fermé. Lorsque le bouchon est retiré, la tête du clapet peut être dévissée de la tige ou, si elle est solidaire de la tige, cette dernière peut-être dévissée du disposi- tif 32 d'ancrage si bien que le montage du détendeur est facilité. Le dispositif 32 d'ancrage a un flasque 32a qui est fixé au diaphragme avec lequel il coopère de manière étanche. Un guide inférieur 33 de ressort est en appui contre le diaphragme et est disposé autour du dispositif 32 d'ancrage. Un guide supérieur 34 de ressort est tourné vers le guide inférieur, et un ressort 35 de plage est disposé entre eux et y est comprimé. Un ressort hélicol- dal constitue un dispositif avantageux. Cependant, tout dispositif à réponse proportionnelle peut être utilisé à la place, par exemple un dôme d'application de pression rempli de gaz. Tout équivalent peut être utilisé dans le cadre de l'invention. Un palier 40 de butée ayant des billes 41 placées entre des bagues 42 et 43, est placé entre le guide supé- rieur 34 et un flasque 44 de la vis 45 de réglage. La vis 45 a un filetage 46 vissé dans une ouverture 47 du corps. Ce filetage est coaxial. à l'axe 14. Un bouton 48 est fixé à la vis 45 afin qu'elle puisse être tournée. La vis 45 de réglage de plage a un passage central ayant un taraudage 51. Une vis 52 de réglage d'un ressort de clapet est vissée dans le taraudage 51. Elle comporte des surfaces 53 de coopération avec une clé afin qu'elle puisse être vissée et ainsi déplacée axialement dans la vis de réglage de plage. Un émerillon 55 est logé dans la vis 52 afin qu'il tourne librement mais qu'il se déplace axialement avec elle. Il comporte un disposi- tif 56 d'ancrage à son extrémité inférieure. Un ressort 60 de clapet est sous forme d'un ressort hélicoïdal de traction maintenu à ses extrémités sous tension entre des dispositifs 32 et 56 d'ancrage. Il a tendance à tirer le diaphragme vers le haut. La tendance du ressort de plage est de repousser le diaphragme vers le bas. La force de compression appliquée par le ressort de plage est réglée par rotation de la vis de réglage du ressort de plage. La tension du ressort de clapet est réglée par rotation de sa vis de réglage. Une vis 65 à tête hexagonale est vissée dans la vis de réglage du ressort de plage afin que son passage soit fermé. Elle est amovible afin qu'elle donne accès à la vis de réglage du ressort de clapet. La force de compression appliquée au ressort de plage (et ainsi la pression régulée) est réglée par rotation du bouton afin que la vis de réglage du ressort de plage soit tournée. Il faut noter qu'il n'existe aucune partie mobile ou aucun ressort ou aucune partie frottante dans le cou- rant de fluide. Le seul contact physique existe entre le clapet et le siège. Le diaphragme fléchit au plus de 0,75 mm environ en son centre lors du fonctionnement d'un diaphragme ayant un diamètre libre d'environ 50 mmn. Ce très faible fléchissement d'un diaphragme, surtout lorsqu'il est for- mé d'acier inoxydable, risque peu de former des parti- cules. On attire en particulier l'attention sur les dimensions relativement réduites. de la cavité d'entrée et de la cavité de détection. Le ressort de clapet a une application relativement limitée car il est utilisé essentiellement comme clapet aux basses pressions et pour les réglages des faibles pressions. Lorsque le régulateur est monté initialement, la vis de réglage de plage étant en appui afin que la plus grande partie de la force de contraction agissant sur le ressort de plage soit réduite, la tension appli- quée au 'ressort de clapet est réglée de manière que le clapet soit tiré en position de fermeture pour de faibles pressions en aval, par exemple de l'ordre de 0,14 bar. Le capuchon 65 est alors mis en place et un réglage sup- plémentaire du ressort de clapet est rarement nécessaire. Le réglage de la pression régulée est assuré par rotation de la vis de réglage du ressort de plage afin que la force que ce ressort exerce sur le diaphragme soit- réglée. Les pressions du fluide dans la cavité de détec- tion qui donnent une force supérieure à la force réglée par le ressort provoquent un déplacement du centre du diaphragme et du clapet vers le haut sur la figure 1 avec réduction de l'orifice délimité au niveau du siège du clapet ou fermeture de cet orifice. Les plus faibles pressions ont tendance à ouvrir le détendeur. Ainsi, le réglage du ressort de plage détermine la pression régulée de sortie. Le détendeur représenté présente les avantages indiqués précédemment avec une construction facile. Les matériaux de construction sont habituellement l'acier inoxydable, bien qu'il puisse s'agir de tout autre maté- riau ayant des propriétés mécaniques convenables et une bonne résistance aux fluides qui sont régulés. REVENDICATIONS 1. Détendeur de régulation de la pression d'un fluide, ayant un axe, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (11, 12) ayant une cavité d'entrée (16) et une cavité de détection (21), un canal d'entrée (15) rejoignant la cavité d'entrée et un canal de sortie (20) rejoignant la cavité de détection, un passage axial (22) de clapet reliant les cavités, un siège (25) de clapet entourant le passage axial dans la cavité d'entrée, une tige axiale (27) de clapet passant dans le passage de clapet en laissant un espace périphérique, une tête (28) de clapet disposée sur la tige dans la cavité d'entrée, un siège de clapet formé sur la tête de clapet en face du siège et destiné à être en appui contre celui- ci afin que le passage de clapet soit fermé ou à s'écar- ter de ce siège afin que le passage de clapet soit ouvert, un diaphragme flexible (26) fermant partiellement la chambre de détection, le diaphragme étant perpendi- culaire à l'axe de façon générale, la tige de clapet étant fixée au diaphragme sur l'axe afin qu'elle se dé- place axialement lorsque le diaphragme fléchit, un ressort (35) de plage, une vis axiale (45) de réglage du ressort de plage, vissée dans le corps afin qu'elle puisse se rapprocher et s'écarter du diaphragme lorsque la vis de réglage est tournée, le ressort de plage étant comprimé entre le dia- phragme et la vis de réglage de ressort de plage, cette vis ayant un passage central taraudé, un ressort (60) de clapet, et une vis (52) de réglage de ressort de clapet vissée dans le passage central, le ressort de clapet étant fixé sous tension entre la vis de réglage de ressort de clapet et le diaphragme. 2. Détendeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un émerillon (55) est retenu par la vis (52) de réglage de ressort de clapet qui peut tourner libre- ment par rapport à elle, l'émerillon constituant un dis- positif d'ancrage de l'extrémité du ressort de clapet. 3. Détendeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis (45) de réglage du ressort de plage a un épaulement périphérique, et un palier de butée (40) est disposé en compression entre l'épaulement et le-res- sort de plage. 4. Détendeur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un émerillon (55) est retenu par la vis (52) de réglage de ressort de clapet qui peut tourner libre- ment par rapport à elle, l'émerillon constituant un dis- positif d'ancrage de l'extrémité du ressort de clapet.