Brevet FR2663616A1 — publié le 19911227

COUVERCLE DE CUVE OU DE RESERVOIR La présente invention se rapporte à un couvercle de cuve qui est particulièrement utile pour une cuve ou un ré- servoir tels que ceux utilisés en viticulture, l'invention pouvant également être appliquée dans d'autres domaines, tels que l'industrie pétrochimique. L'implosion des cuves en acier inoxydable à parois minces utilisées en viticulture est un phénomène très répandu et très onéreux Il n'est pas étonnant qu'au cours des années, on ait réalisé de nombreuses tentatives pour résoudre le problème consistant à proposer un joint d'étanchéité dont l'étanchéité puisse être rapidement rompue en cas de chute brutale de la pression à l'intérieur du réservoir, due par exemple à un rinçage à l'eau froide après un lavage à la soude caustique chaude, ou due à l'évacuation du contenu d'une cuve à vin par pompage du vin, afin de permettre de remplir l'espace qui était précédemment occupé par le liqui- de Du fait de l'incapacité des couvercles de réservoir de l'art antérieur à satisfaire toutes ces exigences, des implo- sions se produisent encore régulièrement et le coût des cuves à vin de grande capacité est très élevé Il peut également se produire des surpressions dues à plusieurs raisons fonction- nelles et qui peuvent, également, sérieusement endommager les réservoirs L'une de ces raisons réside dans les réactions des ferments qui produisent des quantités importantes de dioxyde de carbone gazeux ainsi que dans l'expansion des contenus liquides par chauffage, la réaction étant exother- mique. On connaît dans le commerce une valve à surpression et à dépression qui comprend une membrane annulaire reliée à un cadre annulaire et qui vient assurer l'étanchéité autour d'un siège de valve lorsqu'il n'existe pas de différence de pres- sion entre l'intérieur d'un réservoir et l'atmosphère envi- ronnant, ou lorsqu'il existe une pression dans le réservoir mais qui se décolle du siège de valve lorsqu'il existe des conditions de dépression à l'intérieur du réservoir En cas de surpressions se produisant à l'intérieur des réservoirs, une valve de pression portée par le cadre annulaire se lève afin de permettre la sortie de l'air du réservoir Il existe diverses raisons qui sont avancées par les viticulteurs pour ne pas adopter massivement de telles valves Parmi ces rai- sons, il faut mentionner le coût, l'encombrement, la comple- xité de ces valves et la crainte qu'il ne se produise un collage entre la membrane et le siège de valve qui doit être usiné. L'une des tentatives les plus réussies jusqu'à mainte- nant pour éviter l'implosion d'une cuve à vin et qui est connue du déposant concerne US-A-4 736 864 décrivant un cou- vercle de réservoir d'un type différent de celui décrit dans la présente invention mais, bien que les couvercles de réser- voir selon cette invention aient donné relativement satisfac- tion, il existe encore des demandes d'amélioration en ce qui concerne certains aspects En particulier, le couvercle doit permettre la libre sortie de l'air lorsqu'une dépression se manifeste dans le réservoir, de façon à empêcher l'existence d'un vide dans le réservoir qui dépasse 50 mm d'eau, quel que soit le débit qui peut atteindre 0,5 m 3/s pour une cuve de 000 litres. Ensuite, il est souhaitable que le couvercle dure de nombreuses années sans qu'il ne se détériore en fonctionne- ment et sans que l'on n'ait besoin de prévoir des surfaces usinées pour tenir compte des coûts, ni qu'il existe des éléments réglables qui nécessiteraient des réglages périodi- ques En outre, lorsqu'on l'utilise pour stocker du vin, la lèvre de col de cuve est normalement contaminée par des rési- dus de vin collants, et le couvercle de cuve doit être capa- ble de conserver les spécifications de pression et de dépres- sion en surmontant les effets d'adhérence des résidus de vin. En outre, il est souhaitable que le couvercle de cuve puisse fonctionner de manière à permettre le passage d'un ballon de pulvérisation de lavage de cuve à travers le couvercle de cuve et tout en maintenant les phases de contrôle de surpres- sion et de dépression En outre, le couvercle doit être capa- ble de fonctionner alternativement en mode surpression et en mode dépression sans qu'il ne nécessite l'attention d'une personne quelconque Les problèmes qui viennent d'être expo- sés ne constituent que cinq des vingt desideratas qui ont été identifiés et qui peuvent être considérés comme des exigences pour un couvercle de cuve, mais qui constitue les cinq plus difficiles à réaliser. L'objet principal de la présente invention consiste à proposer un couvercle de cuve qui fonctionne de façon à réa- liser tous les buts mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres exigences bien connues d'un couvercle de cuve Il concerne la mise en oeuvre d'un couvercle de cuve qui présente une mem- brane de dimensions suffisantes pour recouvrir le bord péri- phérique d'un col de réservoir, une ouverture dans la mem- brane qui s'ouvre sur un espace situé en-dessous d'un support de membrane non muni de perforations et qui supporte la péri- phérie de la membrane, et des consoles de support agencés pour être fixés à un col de cuve et en faire saillie latéra- lement et qui, en service, supportent le support de membrane lorsque le couvercle est dans sa position normale obturée. Du fait que le support de membrane est lui-même dépour- vu de perforations, dans les conditions de fonctionnement normales, il règnera la même pression dans l'espace délimité entre la membrane et le support que celle qui règne dans le réservoir Cependant, dans des conditions de dépression, le gaz situé au-dessus de la membrane est aspiré et la pression atmosphérique plus élevée, agissant sur l'anneau de membrane là o elle recouvre le col de réservoir, provoque le soulève- ment de la membrane qui se détache de la lèvre du col, en permettant ainsi l'entrée de l'air dont l'écoulement main- tient la membrane levée Le troisième mode de fonctionnement est réalisé lorsque la pression à l'intérieur de la cuve augmente et que cette pression agit pour soulever la membrane et tous les éléments du couvercle, à distance de la lèvre du col de cuve. De façon plus spécifique, l'invention se rapporte à un couvercle de cuve apte à étancher une cuve autour d'une lèvre qui définit une ouverture dans un col de cuve, comprenant un support de membrane rigide non perforé, une membrane dont les dimensions dépassent les dimensions de l'ouverture, des moyens fixés de façon étanche à la périphérie de la membrane sur le support de membrane, une ouverture dans la membrane s'ouvrant sur l'espace délimité entre la membrane et ledit support, et des consoles de support agencées pour faire saillie à partir du col afin de porter le support de membrane lorsque le cou- vercle est dans sa position normale obturée. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparal- tront à la lecture de la description de divers modes de réa- lisation, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: la figure 1 est une représentation schématique en la figure 2 la figure 3 coupe d'un couvercle de cuve selon l'in- vention associé à un col ou à bride de cuve dans le cas o règne une surpression à l'intérieur d'une cuve ou d'une citerne, et qui permet la sortie des gaz de la cuve en surpression entre le couvercle de cuve et la lèvre du col de cuve; est une représentation similaire à celle de la figure 1, destinée à illustrer le couvercle de cuve dans des conditions de fonctionnement normales lorsqu'il obture la cuve de façon étanche autour de ladite lèvre; est également une représentation schéma- tique en coupe destinée à illustrer le couvercle de réservoir en service lors- qu'une dépression se produit à l'intérieur de la cuve, le couvercle de cuve permet- tant alors l'entrée de l'air; la figure 4 est une vue en plan d'un couvercle selon l'invention; la figure 5 représente une vue en coupe centrale selon la ligne 5-5 de la figure 4; et la figure 6 est une vue en coupe fragmentaire prise dans le même plan que la figure 5 mais à plus grande échelle. Dans les divers modes de réalisation, un couvercle de réservoir 10 comprend un support de membrane en forme de disque 11 réalisé en tôle d'acier et qui comporte une chemise annulaire 12 qui lui est rattachée, la chemise 12 se termi- nant par une bride plane en saillie 13. Une membrane 15 présente une ouverture centrale 16 qui s'ouvre sur un espace 17 délimité entre le support de membra- ne 11 et la membrane 15, mais qui est étanché sur sa bordure vers la bride plane 13 au moyen d'un anneau de pincement 18. La membrane 15 est également munie d'une bague annulaire in- terne plane 19 de plus grande diamètre que le col 20 de la cuve mais de plus petit diamètre que la bride 18 Cette ba- gue 19 est fixée rigidement à la membrane et fait en sorte que la membrane 15 vienne s'appliquer de façon fiable et étanche sur la lèvre 21 du col 20 Le support de membrane 11 n'est pas perforé et le seul accès vers l'espace 17 délimité entre la membrane 15 et le support 11 est réalisé à travers l'ouverture 16. La membrane 15 est formée à partir d'un matériau en feuille résistant et flexible, dans ce mode de réalisation un tissu ou un tissé renforcé au polychlorure de vinyle (PVC), et l'anneau 19 est soit adhérisé au tissu, soit est recouvert par une bague annulaire 24 en PVC, comme représenté à la fi- gure 6 La partie de la membrane 15 qui se trouve à l'inté- rieur de l'anneau 19 est étirée et maintenue en position tendue, mais entre l'anneau 19 et la bride 13, la longueur radiale de la membrane dépasse la distance entre ces deux éléments (d'environ 7 mm), de telle façon que lorsque le cou- vercle est en position d'obturation sur la lèvre 21, comme représenté sur les figures 2 et 6, la partie tendue de la membrane à l'intérieur de l'anneau 19 retombe et assure ainsi l'étanchéité sur la lèvre 21, en dépit des imperfections existantes, et l'anneau 25 de la membrane est lui-même dé- tendu mais peut devenir tendu lorsque la partie centrale de la membrane 15 se lève pour l'entrée ou la sortie des gaz vers ou à partir de la cuve. Lorsqu'il existe une surpression à l'intérieur d'une cuve, la pression lève de façon simple l'ensemble complet du support de membrane 11 et de la membrane 15, en l'éloignant de la lèvre 21 du col de cuve, comme représenté à la figure 1. Les gaz s'échappent rapidement autour de la périphérie du col de cuve 20 Lorsque la pression revient à la normale, des consoles de support 26 (ici au nombre de trois) guident la bride de support 13 pour amener le couvercle 10 à entourer la lèvre 21 du col 19, comme représenté sur les figures 2, 5 et 6, et dans ce mode de fonctionnement, le couvercle de réser- voir est sensiblement étanche pour empêcher l'entrée ou la sortie des gaz. Si cependant la cuve était soumise brutalement à une dépression, due par exemple à la condensation de vapeur d'eau ou à la décharge du liquide qu'elle contient, la pression at- mosphérique de l'air agissant à l'encontre de l'anneau 25 entourant le col de réservoir provoque la déformation vers le haut de la membrane 15, comme représenté à la figure 3, ce qui oblige la membrane 15 à se décoller de la lèvre 21 (même en cas de striction de la membrane) et ceci permet immédia- tement une entrée d'air à travers l'extrémité supérieure du col de cuve L'espace 17 est soumis à une dépression due à la dépression existant au col 20, même lorsque l'air s'écoule dans le réservoir et il suffit que cette dépression atteigne 10 mm ( 0,4 ") de colonne d'eau pour qu'elle lève complètement la membrane 15 afin d'empêcher que la pression à l'intérieur du réservoir ne diminue jusqu'à un niveau o une implosion pourrait se produire. Du fait que le col de la cuve présente habituellement un diamètre important, et que la section différentielle de la membrane 15 qui est soumise à la pression est importante de façon correspondante, il existe une force suffisante dispo- nible pour être certain que la membrane sera décollée de tout résidu collant au cours de la transition entre le fonction- nement normal (figure 2) et le mode de fonctionnement en dépression (figure 3). La membrane présente ainsi une caractéristique de sécu- rité intrinsèque qui l'empêche de se refermer prématurément de façon étanche sur la lèvre 21 Comme représenté à la fi- gure 3, l'air s'écoulant vers la cuve change de direction, en exerçant une certaine poussée vers le haut sur la membrane 15, et la vitesse d'écoulement maintient une dépression relative, en-dessous de la membrane, la pression diminuant lorsque la membrane s'approche de l'obturation, du fait que la vitesse de l'air augmente (à cause de l'effet de convergentdivergent ou effet "Bernoulli"). Le support de membrane 11 est muni de poignées de le- vage 29 (figures 4 et 5), et la partie centrale du support 11 comporte une courte partie tubulaire de montant 30, norma- lement obturée par un couvercle secondaire 31 qui peut être enlevé afin de permettre à un ballon de pulvérisation d'être descendu à travers le couvercle 10 dans la cuve afin d'as- surer le nettoyage de cette dernière. Les matériaux utilisés pour le couvercle de réservoir selon l'invention peuvent présenter une grande variété de choix mais la membrane 15 est de préférence constituée d'un tissu ou d'un tissé, plastifié au PVC pour être utilisé en viticulture, comme décrit ci-dessus, et le support 11 est réalisé en acier inoxydable de type 316 Si le couvercle est utilisé pour des réservoirs à hydrocarbures légers et suscep- tibles de s'évaporer, afin de s'opposer à l'évaporation en retenant la pression de vapeur, le matériau de la membrane devrait être renforcé en un matériau néoprène ou en caout- chouc synthétique. Des essais réalisés avec un prototype de couvercle de cuve selon l'invention ont montré que la membrane 15 est très sensible aux variations de pression et fonctionne de façon très progressive et très fiable. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Couvercle de cuve ou de réservoir destiné à assurer l'étanchéité d'une cuve ou d'un réservoir en coopération avec une lèvre qui définit une ouverture dans un col de la cuve, caractérisé en ce qu'il comporte un support de membrane ri- gide non perforé ( 11), une membrane ( 15) dont les dimensions dépassent les dimensions de l'ouverture, des moyens ( 13, 18) fixant, de façon étanche, la périphérie de la membrane ( 15) au support de membrane ( 11), une ouverture ( 16) dans la mem- brane ( 15) s'ouvrant sur l'espace ( 17) délimité entre la membrane et ledit support, et des consoles de support ( 26) agencées pour faire saillie par rapport au col ( 20) afin de porter le support de membrane ( 11) lorsque le couvercle ( 10) est dans sa position normale obturée. 2 Couvercle de cuve selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit support de membrane ( 11) comporte une chemise périphérique ( 12) dirigée vers le bas et dont le bord inférieur se termine par une bride ( 13) faisant saillie laté- ralement, et en ce que lesdits moyens de fixation de la péri- phérie de la membrane comportent un anneau de pincement ( 18) qui vient pincer la périphérie de la membrane sur la bride ( 13). 3. Couvercle de cuve selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre une bague annulaire ( 19) et des moyens ( 24) fixant la bague annulaire ( 19) à la mem- brane ( 15), ladite bague annulaire présentant un diamètre supérieur à celui de l'ouverture ( 20) mais un diamètre infé- rieur à celui de la bride ( 13). 4. Couvercle de cuve selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte une bague annulaire ( 19) de dia- mètre supérieur à celui de l'ouverture mais inférieur à celui de la bride ( 13), des moyens ( 24) de fixation de la bague annulaire ( 19) à la membrane ( 15), ladite bague annulaire ( 19) présentant un poids et une rigidité suffisantes pour mainte- nir tendue la partie de la membrane qui se trouve à l'inté- rieur de ladite bague ( 19) mais la dimension radiale de la partie ( 25) de la membrane ( 15) qui entoure la bague ( 19) étant supérieure à la distance séparant la bague ( 19) et la bride ( 13), de telle façon que cette partie ( 25) entourant la bague ( 19) soit détendue. 5. Couvercle de cuve selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'en service, l'étanchéité autour de la lè- vre ( 21) est réalisée uniquement par le contact de ladite partie tendue de la membrane ( 15) sur la lèvre ( 21) de la cuve, la membrane ( 15) étant posée ou retombant sur ladite lèvre ( 21). 6. Couvercle de cuve selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les dimensions et la configuration dudit couvercle de cuve ( 10), lorsqu'il est en service, sont telles que, lorsque la membrane est soumise à la dépression, ladite partie détendue ( 25) de la membrane fléchisse, la membrane ( 15) se décolle et s'éloigne de la lèvre ( 21) du col de cu- ve ( 20) sous l'effet de la pression différentielle et l'air s'écoule dans la cuve, tandis que les consoles de support ( 26) supportent le poids du support de membrane ( 13, 18). 7. Couvercle de cuve selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le support de membra- ne ( 11) comporte une partie tubulaire centrale de montant ( 30) et en ce qu'un couvercle secondaire amovible ( 31) obture l'extrémité supérieure de ladite partie de montant tubulai- re ( 30).