Brevet FR2677735A1 — publié le 19921218

i DISPOSITIF DE COMMANDE D'EMPLISSAGE, ET D'ARRET AUTOMATIQUE A UN NIVEAU DETERMINE,, DE RESERVOIRS DE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE. La présente invention concerne un dispositif de commande d'emplissage et d'arrêt automatique, à un niveau déterminé, à partir de camions- citernes, de réservoirs de gaz de pétrole liquéfié (en abrégé, G P L). On sait que l'utilisation du G P L, comme énergie stockable, pour les applications de chauffage à usages domestique, agricole ou industriel, connaît un dévelop- pement important, du fait de sa propreté de combustion. Cet essor a entraîné l'installation de nombreux réservoirs de stockage de G P L, équipés de moyens de remplissage à partir de camions-citerne munis d'une pompe. Le stockage sous forme liquide du G P L, à la température ambiante, s'accompagne d' un ciel gazeux dans le réservoir au-dessus du liquide, une pression d'équilibre liquide-gaz s'établissant dans ce réservoir en fonction de la température Le volume minimal de ce ciel gazeux est imposé par les réglementations en vigueur dans les différents pays et c'est ainsi qu'en France, le remplissage du réservoir ne doit pas dépasser 85 % de son volume interne aux températures normales, le ciel gazeux devant encore représenter 3 % de ce volume à 500 C. Actuellement, pour contrôler remplissage d'un réservoir, le chauffeur livreur de G P L a à sa disposition deux jauges, dont l'une lui permet de mesurer en continu le niveau du G P L dans le réservoir et l'autre l'informe de ce que le niveau de liquide a atteint le30 niveau maximum autorisé Cette dernière jauge est appelée jauge point haut Elle comprend généralement un simple tube, qui plonge dans le réservoir jusqu'au niveau imposé. Ce tube est mis en communication avec un trou d'évent par l'intermédiaire d'un dispositif d'obturation qui peut être une simple vis pourvue d'une garniture d'étanchéité. Cet évent permet l'échappement de G P L gazeux et la visualisation de l'apparition du G P L en phase liquide lorsque le niveau limite imposé est atteint Le chauffeur livreur interrompt alors remplissage du réservoir Cette opération dépend donc entièrement d'un opérateur humain, qui peut être sujet à d'éventuelles défaillances. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé d'utiliser des systèmes d'asservissement du dispositif d'emplissage du réservoir, en vue d'interrompre automati- quement cet emplissage dès que le niveau limite est atteint, sans intervention humaine d'un opérateur. C'est ainsi que l'on a proposé d'installer dans les réservoirs des systèmes électriques sensibles, qui détectent la montée du liquide. On a aussi proposé de disposer dans les réservoirs des systèmes optiques, utilisant par exemple un prisme à réflexion totale, qui renvoie une lumière incidente et permet de déterminer si le prisme est en contact avec la phase gazeuse ou avec la phase liquide. Tous ces moyens de contrôle du niveau d'emplissage du réservoir nécessitent toutefois l'installation de systèmes spécifiques à l'intérieur du réservoir, et leur mise en place sur les réservoirs existants nécessite le vidage de ceux-ci,ce qui constitue une opération très onéreuse. La présente invention vise à remédier à cet inconvé- nient, en proposant un système de contrôle du niveau d'emplissage des réservoirs de G P L et de commande25 d'arrêt d'emplissage de ceux-ci, qui peut être adapté facilement aux réservoirs existants sans intervention à l'intérieur. Un but de l'invention est donc de proposer un dispositif de commande d'emplissage jusqu'à un niveau déterminé, en particulier à partir de camions-citernes, de réservoirs de gaz de pétrole liquéfié, qui puisse être adapté sur les réservoirs existants, en utilisant les jauges point haut dont ils sont équipés, sans nécessiter le vidage de ces réservoirs. Un autre but de l'invention est de proposer un tel dispositif, qui commande automatiquement l'interruption de remplissage d'un réservoir en G P L lorsque le niveau limite imposé est atteint. Un but de l'invention est également de proposer un dispositif de ce type qui puisse être installé à demeure sur les réservoirs de G P L, ou qui soit amovible et puisse être mis en place seulement au moment de l'emplissage par le chauffeur-livreur de G P L L'invention a enfin pour but de proposer un dispositif d'un tel type qui soit peu coûteux et dont le fonctionnement soit d'une grande sécurité. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande d'emplissage, et d'arrêt automatique à un niveau déterminé, d'un réservoir de gaz de pétrole liquéfié, ce dispositif comprenant: un tube plongeur apte à être introduit dans le réservoir jusqu'au niveau maximal d'emplissage imposé; une chambre cylindrique communiquant avec l'alésage du tube plongeur et débouchant par un orifice dans une chambre d'expansion munie d'un évent de mise à l'atmosphère; un noyau cylindrique, monté coulissant dans la chambre cylindrique et ayant un diamètre externe identique au diamètre interne de la chambre cylindrique; à la partie externe de ce noyau, au moins une rainure s'étendant sur une partie de la longueur du noyau à partir de son extrémité la plus proche du tube plongeur, cette rainure étant apte à mettre en communication l'intérieur du tube plongeur et la chambre d'expansion, après déplacement du noyau d'une longueur prédéterminée en direction de la chambre d'expansion; dans cette chambre d'expansion, un moyen élastique de rappel, à l'encontre duquel se déplace le noyau; également, dans cette chambre d'expansion, une sonde de mesure de température; des moyens asservis à cette sonde et aptes à émettre un signal de commande à distance pour provoquer l'interruption de remplissage du réservoir lorsque la température mesurée devient inférieure à la température ambiante. Au début de remplissage, le dispositif d'obturation étant en position ouverte, le G P L gazeux sortant du réservoir exercera sa pression sur l'extrémité du noyau, par l'intermédiaire du tube plongeur, et le noyau sera repoussé dans le cylindre, à l'encontre du moyen de rappel élastique qui le sollicite, jusqu'à ce que la rainure externe de ce noyau communique avec la chambre d'expansion et, par l'évent, avec l'atmosphère La rainure sera disposée de façon à assurer l'injection de G P L dans la chambre d'expansion en direction de la sonde de mesure de température. Lorsque la phase liquide du G P L atteindra dans le réservoir le niveau de l'extrémité libre du tube plongeur, elle s'élèvera dans le tube sous la pression interne du réservoir et atteindra ainsi la chambre d'expansion, o elle se vaporisera en absorbant des calories et en provoquant une brutale chute de température, qu'enregistrera la sonde de mesure de température, laquelle provoquera l'arrêt de l'emplissage du réservoir. En fait, dans la pratique, on mesure l'écart entre la température mesurée par cette sonde et la température ambiante mesurée par une sonde de référence Cet écart varie en fonction de la température ambiante et de la composition du G P L utilisé, comme il est connu de l'homme du métier. Avantageusement, le moyen de rappel élastique sollicitera en direction de l'orifice de communication entre la chambre cylindrique et la chambre d'expansion un piston rigidement solidaire du noyau, disposé dans ladite chambre d'expansion. Le dispositif conforme à l'invention comportera, de préférence, un moyen de détection de la position du noyau, n'autorisant le remplissage de la cuve que lorsque le noyau sera dans une position caractéristique du passage d'un fluide dans la chambre d'expansion Ce dispositif pourra etre de tout type connu en soi Avantageusement, on utilisera un faisceau optique, dont un organe solidaire du noyau autorisera ou interrompra le passage du flux, suivant la position du noyau, les moyens de commande du système d'emplissage étant asservis à un système de détection de ce faisceau lumineux De préférence, l'emplissage de G P L ne sera autorisé que si le faisceau lumineux n'est pas interrompu, afin que le système fonctionne en sécurité positive. Lorsqu'un réservoir est complètement vide, on risque cependant qu'aucune pression ne sollicite le noyau au début du remplissage, ce qui interdirait l'alimentation en G.P L du réservoir Pour remédier à cet inconvénient, des moyens de temporisation seront avantageusement associés aux moyens de commande du système de remplissage, en vue d'autoriser l'alimentation du réservoir au début du remplissage, pendant une durée déterminée, même si le noyau ne s'est pas déplacé. Le tube plongeur du dispositif conforme à l'invention pourra naturellement être constitué, pour les réservoirs déjà installés, par le tube de la jauge point haut existante, de sorte que le dispositif pourra aisément être mis en place sur ces réservoirs. Les moyens asservis aux sondes de mesure de température et aptes à émettre un signal de commande de l'interruption du remplissage du réservoir émettront de préférence un signal hertzien, qui sera reru par des moyens de réception appropriés portés par le camion- citerne de livraison, le moyen de remplissage du réservoir étant lui-même asservi à ces moyens de réception. Les dessins annexés illustrent une telle forme de mise en oeuvre de l'invention Sur ces dessins: La figure 1 est une vue schématique illustrant l'ensemble du processus; La figure 2 est une vue de détail du capteur d'emplissage du dispositif conforme à l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, l'invention se rapporte à remplissage en gaz de pétrole liquéfié d'un réservoir 1 à partir d'un camion 2, dont le flexible 3 de livraison est connecté à un clapet 4 de remplissage du réservoir 1 Ce réservoir est équipé de façon usuelle d'un détendeur 5, non représenté en détail et d'un ensemble appelé polyvanne, à partir duquel un tube 6 de faible diamètre plonge à l'intérieur du réservoir jusqu'au niveau maximum que doit occuper la phase liquide du G P L dans le réservoir, afin de conserver au-dessus de lui un volume de ciel gazeux conforme aux réglementations en vigueur. Lorsque le niveau du G P L atteint l'extrémité inférieure du tube 6, qui constitue une jauge point haut, le G P L. liquide monte dans ce tube, sous la pression interne du réservoir, et est évacué latéralement. Lorsque l'opérateur constate l'apparition de G P L. liquide à la sortie du tube 6, il peut donc arrêter la livraison du G P L à partir du camion, mais cette opération dépend alors d'un facteur humain, qui peut être défaillant. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose d'associer à la sortie du tube 6 des réservoirs exis- tants, et non à l'intérieur de ceux-ci, un dispositif 7, communiquant avec le tube 6 et commandant remplissage du réservoir et, automatiquement, sans intervention humaine, l'arrêt de cet emplissage lorsque le niveau du G P L. liquide atteint l'extrémité inférieure de ce tube 6. Le dispositif 7 comprend un tube 8, connecté à la sortie du tube 6, par l'intermédiaire d'un raccord approprié 9, auquel il est vissé Dans ce raccord est percé un alésage axial 10, qui communique avec l'intérieur du tube 6 et qui débouche dans la partie creuse du tube 8, laquelle constitue une chambre d'expansion 11. De façuon connue, un dispositif d'obturation à vis 30 et à garniture 31 permet de fermer le passage lorsque l'on n'a pas l'usage de la jauge point haut. Dans l'alésage 10 de l'élément 9 est monté coulissant un noyau cylindrique 12 formant piston, de forme et de dimension transversale correspondantes à celles de l'alésage 10 Ce noyau 12 se prolonge par une partie 13 dans la chambre d'expansion 11 et l'extrémité libre de cette partie 13 est montée coulissante dans un évidement 14 de profil complémentaire d'une bride 15 faisant corps avec le tube 8 Un piston 16, solidaire de la partie 13, prend appui contre l'extrémité libre de l'appendice 9, sous la sollicitation d'un ressort 17, coaxial à la partie 13, qui prend lui-même appui, à son extrémité opposée, contre la bride 15, éventuellement par l'intermédiaire d'une butée 18, montée coulissante sur la partie 13, et d'un joint 19. La chambre d'expansion 11 communique avec l'atmosphère ambiante par un évent 20, contigu à la bride 15 Dans celle-ci est logée, à la base de l'évent 20, une sonde de mesure de température 27. Une rainure 21, parallèle à l'axe du noyau 12, s'étend, à partir de l'extrémité de celui-ci contiguë à l'évidement du tube 6, sur une partie de la longueur de ce noyau. L'extrémité opposée de la partie 13 se prolonge par un appendice 22, qui fait saillie à l'extérieur de la bride , à travers une ouverture de celle-ci, entre un émetteur 23 et un récepteur 24 d'un faisceau lumineux L'appendice 22 est percé d'une ouverture 25, qui, lorsque le piston 16 est appliqué contre l'extrémité libre de la partie 9, n'est pas disposée en regard du faisceau lumineux, lequel est alors occulté par l'appendice 22 En déplaçant le noyau 12, l'ouverture 25 peut toutefois être amenée en regard du faisceau lumineux, qui passe alors librement en direction du récepteur 24. Le récepteur 24 et la sonde de température 27 sont connectés, par l'intermédiaire d'un dispositif électro- nique dont la fonction sera précisée ci-après, à un système de commande à distance du dispositif de pompage du G.P L à partir du camion 2 Ce système de commande à distance peut être de tout type connu, mais, comme représenté sur la figure 1, on utilisera avantageusement un émetteurrécepteur 28 d'ondes hertziennes, associé à un émetteur-récepteur 29 porté par le camion. Le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention va maintenant être décrit. Lorsque débute l'emplissage du réservoir 1, le G P L. sous pression présent dans ce réservoir repousse le noyau 12, passe dans la chambre Il et est rejeté à l'atmosphère par l'évent 20 Le noyau 12, repoussé par le G P L, entraîne simultanément l'appendice 22 et amène l'ouverture en regard du faisceau lumineux émis par l'émetteur 23. Ce faisceau est reçu par le récepteur 24, qui envoie un signal à un système électronique associé, en vue d'autoriser l'emplissage du réservoir et de commander l'alimentation en G P L de celui-ci à partir du camion. Le G P L passe par la rainure 21 dans la chambre 11 et, de là, est évacué à l'atmosphère par l'évent 20 La rainure 21 a des dimensions telles qu'elle fait fonction d'injecteur du G P L dans la chambre 11 L'appendice 2210 la maintient orientée en direction de la sonde 27 de mesure de température. Pour le cas o le réservoir 1 serait complètement vide et o il n'y aurait aucune pression, le circuit électro- nique comprend une temporisation autorisant l'alimentation en G P L pendant quelques secondes au début du remplissage, même si le signal lumineux est occulté par l'appendice 22 Le G P L ainsi délivré dans le réservoir se vaporise alors partiellement en formant un ciel gazeux sous pression, apte à repousser le noyau 12. Lorsque le niveau du G P L liquide, dans le réservoir 1, atteint la limite haute préfixée, à savoir l'extrémité inférieure du tube 6, il s'élève dans celui-ci sous l'effet de la pression interne du réservoir, passe par la rainure 21 du noyau 12 dans la chambre 11, o il se vaporise en passant à l'atmosphère par l'évent 20 La vaporisation et la détente du G P L liquide au niveau de cet évent provoquent une brutale chute de température, qui est enregistrée par la sonde de température 27 et comparée à la température ambiante, mesurée par une sonde non représentée Cet écart de température est analysé par le circuit électronique (non représenté), qui émet un signal de commande à distance pour interrompre l'alimentation du réservoir en G P L. Cette chaîne d'information est à sécurité positive et la liaison radio se fait selon un protocole prédéterminé, de manière à s'affranchir du risque de déclenchement intempestif en raison de parasites ou d'interférences Le protocole utilisé fait appel à un dialogue entre le dispositif conforme à l'invention, associé au réservoir et celui associé au camion En particulier, tous les circuits de commande de la pompe du camion sont maintenus hors service tant qu'un premier échange question-réponse entre le système associé au réservoir et celui associé au camion n'a pas commandé leur mise en veille Il faut alors que l'opérateur qui a initié cette mise en veille commute le système associé au réservoir, par exemple en changeant de canal radio, pour que le dialogue reprenne entre les deux systèmes, en commandant alors la pompe du camion Toute interruption de ce dialogue, soit délibérée (intervention du chauffeurlivreur), soit automatique (détection de l'apparition de phase liquide par le capteur objet de l'invention), soit enfin fortuite (panne de l'un des ensembles de la liaison radio, ou casse en tombant du système associé au réservoir, ou écran empêchant la liaison radio), provoque l'arrêt de la pompe du camion. L'invention apporte donc un système simple, fiable et peu coûteux, pour limiter le remplissage en G P L d'un réservoir à son niveau maximal autorisé, qui peut être installé à l'extérieur du réservoir, sans modification de celui-ci, soit à demeure, soit de façon amovible, par l'opérateur du remplissage. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande d'emplissage, et d'arrêt automatique à un niveau déterminé, d'un réservoir ( 1) de gaz de pétrole liquéfié, ce dispositif comprenant: un tube plongeur ( 6), apte à être introduit dans le réservoir jusqu'au niveau maximal de remplissage imposé; une chambre cylindrique ( 10) communiquant avec l'intérieur du tube plongeur et débouchant par un orifice dans une chambre d'expansion ( 11) munie d'un évent ( 20) de mise à l'atmosphère; un noyau cylindrique ( 12), monté coulissant dans la chambre cylindrique ( 10) et ayant un diamètre externe identique au diamètre interne de la chambre ( 10); à la partie externe de ce noyau, au moins une rainure longitudinale ( 21) s'étendant sur une partie de la longueur du noyau à partir de son extrémité la plus proche du tube plongeur ( 6), cette rainure étant apte à mettre en communication l'intérieur du tube ( 6) et la chambre d'expansion ( 11), après déplacement du noyau d'une longueur prédéterminée en direction de la chambre d'expan- sion; dans cette chambre d'expansion ( 11), un moyen élastique de rappel ( 17), à l'encontre duquel se déplace le noyau ( 12); également, dans cette chambre d'expansion ( 11), une sonde ( 27) de mesure de température; des moyens asservis à cette sonde et aptes à agir sur un signal de commande à distance pour provoquer l'interruption d'emplissage du réservoir, lorsque la température mesurée devient inférieure à la température ambiante. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de détection de la position du noyau ( 12) n'autorisant la commande d'emplissage du réservoir ( 1) que lorsque le noyau ( 12) est dans une position caractéristique du passage d'un fluide dans la chambre d'expansion. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de détection de la position du noyau ( 12) comprend un moyen ( 23) d'émission d'un faisceau optique, un moyen ( 24) de réception de ce faisceau, et un organe ( 22) solidaire du moyen ( 12), cet organe ( 22) autorisant ou interrompant le passage du faisceau optique, suivant la position du noyau ( 12), les moyens de commande du remplissage du réservoir ( 1) étant asservis au moyen ( 24) de réception du faisceau lumineux. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de temporisation associés au moyen ( 24) de réception du faisceau lumineux, en vue d'autoriser l'alimentation du réservoir ( 1) au début du remplissage, même si le moyen ( 24) de réception du faisceau lumineux n'autorise pas ce remplissage. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube plongeur ( 6) est consitué par une jauge point haut préexistant sur le réservoir ( 1)). 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens asservis à la sonde de mesure de température ( 27) et aptes à émettre un signal de commande à distance d'emplissage et d'interruption d'emplissage du réservoir émettent un signal hertzien et en ce que le dispositif ( 2) de livraison comporte des moyens de réception de ce signal, auxquels est asservi le moyen de remplissage du réservoir. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par l'utilisation d'un protocole selon lequel l'actionnement du moyen de livraison ( 2) par un opérateur requiert un dialogue entre ce moyen de livraison et le dispositif conforme à l'invention, préalablement à l'intervention dans un délai déterminé de ce dernier.