Brevet FR2632045A1 — publié le 19891201

DISPOSITIF DE COME2uNDE DE FLUIDE A CLAPET SANS FROTTEMENT, NOTAMMENT DETENDEUR POUR GAZ ULTRA PUR. La présente invention est relative à un dispositif de commande de fluide, notamment un détendeur pour fluide gazeux, comprenant un clapet coopérant avec un siège, un moyen d'actionnement agissant sur ledit clapet dans le sens d'ouverture de ce dernier par l'intermédiaire d'une membrane et un ressort de fermeture agissant sur le clapet a l'encontre du moyen d'actionnement. Dans les dispositifs connus de ce type tels que celui décrit dans la demande de brevet français n0 25 67 235 du déposant, un poussoir est intercalé entre la membrane et le clapet; Une première extrémité du poussoir porte a la manière d'une rotule contre le fond d'une partie concave au centre de la membrane et l'autre extrémité du poussoir coopère par emboîtement avec jeu radial avec le clapet. Le clapet est centré par rapport au siège par l'intermédiaire d'un organe de guidage. Tout mouvement d'ouverture ou de fermeture du clapet implique donc un certaine frottement entre l'organe de guidage et le clapet. Ce frottement provoque non seulement l'usure des pièces, mais constitue en plus une source d'émission de particules indésirables qui risquent de polluer le fluide traversant le dispositif. Dans le cas où ce fluide est un gaz ultra propre alimentant un atelier de fabrication de circuits semi-conducteurs, il est indispensible de supprimer toute source de pollution afin d'assurer la qualité de réalisation des circuits électroniques. La présente invention a donc pour objet la réalisation d'un dispositif de commande de fluide à clapet sans frottement, en particulier d'un détendeur pour fluide gazeux ultra pur. Le dispositif de commande selon l'invention comprend un clapet coopérant avec un siège, un moyen d'actionnement agissant sur le clapet dans le sens d'ouverture de ce dernier par l'intermédiaire d'une membrane et d'un poussoir intercalé entre la membrane et le clapet, des moyens de guidage du clapet et un ressort de fermeture constitué par un ressort de compression. Une première extrémité du poussoir porte à la manière d'une rotule contre le fond d'une partie concave au centre de la membrane et la seconde extrémité du poussoir coopère par emboîtement avec jeu radial avec le clapet. Une première extrémité du ressort de fermeture porte contre une surface d'appui fixe et la deuxieme extrémité de ce ressort agit sur le clapet a l'encontre du moyen d'actionnement.Selon l'invention, les moyens de guidage du clapet sont constitués uniquement par le ressort de fermeture qui est un ressort à grande stabilité latérale, non guide et centré coaxialement au siège du clapet uniquement à sa première extrémité. Le ressort de fermeture est de préférence un ressort hélicondal cylindrique. Il peut également etre constitué par un ressort enroulé tel qu'un ressort conique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, une cuvette est intercalée entre le clapet et la deuxième extrémité libre du ressort de fermeture. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le clapet est en forme de bille et la cuvette est pourvu d'un creux conique recevant le clapet en forme de bille. L'invention sera mieux comprise è l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier faite à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par la figure unique du dessin annexé qui est une vue en coupe axiale d'un détendeur conforme à l'invention. Le détendeur, tel qu'il est illustré sur la figure unique, comprend un corps I muni dans sa partie supérieure d'un trou borgne, a symétrie de révolution dont l'axe est vertical sur la figure, comportant trois chambres cylindriques étagées 2, 3 et 4 de diamètre décroissant du haut en bas. Deux autres trous horizontaux 5 et 6, servant d'entrée et de sortie pour l'écoulement de fluide a travers le détendeur, sont ménagés dans le corps 1. Le trou 5 débouche latéralement dans la chambre inférieure 4 et le trou 6 communique avec la chambre supérieure 2 a travers un passage vertical 6a pratiqué dans le corps 1. Dans la chambre inférieure 4 est posé coaxialement un ressort de compression 7 hélicoïdal cylindrique. Le diamètre du ressort 7 est inférieur a celui de la chambre inférieure 4 pour qu'il y ait absence de contact entre le ressort 7 et la paroi latérale de cette chambre, même pour une déformation radiale importante du ressort pendant la phase de compression. L'extrémité inférieure du ressort 7 prend appui sur le fond de la chambre inférieure 4. Elle est centrée par un anneau 8 placé sur le fond de la chambre 4 entre la paroi latérale de cette chambre et la dernière spire de l'extrémité inférieure du ressort 7. L'extrémité supérieure du ressort 7 est libre et entoure par sa dernière spire une cuvette 9 dont la surface supérieure est munie d'un creux conique au centre afin de recevoir un clapet 10 en forme de bille. Le clapet 10 est pourvu d'un trou borgne lOn cylindrique de profondeur sensiblement égale au rayon du clapet 10 en forme de bille. Le trou borgne lOa est orienté verticalement pour recevoir l'extrémité inférieure d'un poussoir 11. Le poussoir 11 comportant plusieurs tronçons cylindriques est placé coaxialement au ressort 7. L'extrémité inférieure du poussoir Il est emboîtée avec jeu radial dans le trou borgne lOa du clapet 10. Un siège 12 coopérant avec le clapet 10 est posé sur 11 épaulement 3a situé au fond de la chambre médiane 3. Le siège 12 du clapet est muni d'un trou central 12a comportant une portion supérieure cylindrique laissant passer avec jeu radial l'extrémité inférieure du poussoir 11 et une portion inférieure tronconique coopérant avec le clapet 10 en forme de bille. Le siège 12 du clapet est positionné axialement et radialement par une lanterne de serrage 13 percée d'un trou de passage 14 central axial et vissée dans la chambre médiane 3 à paroi latérale taraudée. Deux trous radiaux horizontaux 15 pratiqués en dessous de la surface supérieure de la lanterne 13 mènent du trou axial vertical 14 vers l'extérieur pour déboucher dans la chambre supérieure 2 du corps 1. Une membrane 16 à grande rigidité radiale, de préférence une membrane métallique, est pincée sur son pourtour extérieur entre un épaulement Za à la partie supérieure de la chambre supérieure 2 du corps 1 et le bord inférieur d'un chapeau 17. Le chapeau 17 est serré contre le corps 1 à l'aide d'un écrou 18 entourant l'extrémité supérieure filetée du corps 1 et l'extrémité inférieure étagée du chapeau 17. Sur le dessus de la membrane 16 est posée une cuvette 20 qui présente en son centre un creux sphérique dans lequel est engagée une partie centrale bombée 19 de la membrane 16. L'extrémité supérieure du poussoir 11 est bombée de façon sphérique et porte à la manière d'une rotule depuis le bas contre le fond concave de la partie bombée 19 de la membrane 16. La cuvette 20 sert d'appui à sa partie supérieure à un ressort de chargement 21 qui est un ressort de compression hélicoldal. Le ressort de chargement 21 est disposé coaxialement à l'intérieur du chapeau 17. Un volant 22 agissant, par une tige filetée non représentée, sur le ressort 21 permet de régler la compression plus ou moins importante du ressort de chargement 21. La membrane 16 assure d'une part la transmission des efforts entre le ressort de chargement 21 et le poussoir 11, et d'autre part l'étanchéité entre la chambre supérieure 2 du corps 1 et des pièces situées au-dessus de la membrane 16. Le ressort de fermeture 7 qui exerce en permanence un effort tendant à pousser le clapet'l0 vers son siège 12 assure à lui seul le guidage du clapet que constitue la bille 10. L'absence d'organe de guidage à frottement supprime toute usure. Par conséquent le fluide traversant le détendeur ne subit aucune pollution par ce dernier. On peut envisager des variantes basées sur le mode de réalisation de l'invention décrit précédemment. Par exemple, la chambre inférieure 4 peut présenter un profil étagé pour centrer, sans l'anneau 8, l'extrémité inférieure du ressort 7 au fond de celle-ci, le ressort de compression 7 peut également être un ressort enroulé conique, on peut alors supprimer, dans ce cas, l'utilisation de l'anneau 8; la lanterne 13 peut comporter soit un ou plusieurs trous radiaux 15, soit une ou plusieurs fentes horizontales permettant la communication entre le trou axial 14 et la chambre supérieure 2. Le principe de fonctionnement d'un tel détendeur est simple : un fluide gazeux haute pression arrive dans la chambre inférieure 4 du corps 1 par l'intermédiaire du trou d'entrée 5 qui est raccordé a des canalisations non représentées. Le clapet 10 est ouvert sous l'action du ressort de chargement 21. Le fluide traverse l'ouverture entre le clapet 10 et son siège 12 et arrive dans le passage 14 de la lanterne 13 avec une pression inférieure a la pression initiale. Le fluide circule ensuite a travers les trous radiaux 15, la chambre supérieure 2, le passage 6a et sort du détendeur par le trou de sortie 6. Le réglage de la pression de sortie du fluide dépend directement de l'ouverture entre le clapet 10 et son siège 12. Cette ouverture résulte de l'action combinée de la différence de pression d'entrée et de sortie du fluide, de l'effort exercé par le ressort de fermeture 7 et de l'effort exercé par le ressort de chargement 21 qui est contrôlé par le volant 22. I1 convient de noter que le mode de réalisation de l'invention décrit précédemment n'est pas limitatif dans ses applications et que l'invention couvre des dispositifs de commande de fluide autres que des détendeurs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de fluide, notamment détendeur pour fluide gazeux, comprenant un clapet (10) coopérant avec un siège (12), un moyen d'actionnement agissant sur ledit clapet dans le sens d'ouverture de ce dernier par l'intermédiaire d'une membrane (16) et d'un poussoir (11) intercalé entre la membrane et le clapet, une première extrémité du poussoir portant a la manière d'une rotule contre le fond d'une partie concave au centre de la membrane et la seconde extrémité du poussoir coopérant par embottement avec jeu radial avec le clapet, des moyens de guidage du clapet, et un ressort de fermeture (7) constitué par un ressort de compression dont une première extrémité porte contre une surface d'appui fixe et dont la seconde extrémité agit sur le clapet à l'encontre du moyen d'actionnement, caractérisé par le fait que lesdits moyens de guidage sont constitués uniquement par le ressort de fermeture (7) qui est un ressort à grande stabilité latérale, non guidé et centré coaxialement au siège (12) du clapet (10) uniquement à sa première extrémité. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ressort de fermeture (7) est un ressort hélicoidal cylindrique. 3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ressort de fermeture (7) est un ressort enroulé conique. 4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une cuvette (9) est intercalée entre le clapet (10) et la deuxième extrémité du ressort de fermeture (7). 5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le clapet (10) est en forme de bille. 6. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la cuvette (9) est pourvue d'un creux conique recevant le clapet.