Brevet FR2684737A1 — publié le 19930611

CLAPET POUR GAZ COM1?RIIES OU LIOUEFIES La présente invention concerne un clapet pour gaz comprimés ou liquéfiés comprenant, dans un corps de clapet, un organe de fermeture intérieur à l'intersection d'une chambre en communication avec le gaz comprimé ou liquéfié et d'un passage de sortie de gaz, un moyen de manoeuvre relié, à travers le corps de clapet, audit organe de fermeture pour déplacer celui-ci contre l'action de moyens élastiques entre une position d'ouverture et une position de fermeture dans laquelle l'organe de fermeture est appliqué, de manière étanche, sur un siège. Quoique n'y étant pas limitée, l'invention vise plus particulièrement des clapets pour une bouteille ou bonbonne de gaz à pression élevée. Jusqu'à présent, ces bouteilles de gaz étaient généralement remplies à une pression maximale de 200.105 Pa. Toutefois, la tendance actuelle est d'augmenter cette pression jusqu'à des valeurs de l'ordre de 300.105 Pa., ce qui est notamment rendu possible par l'utilisation de nouveaux robinets de bouteille avec un détendeur incorporé assurant une prédétente des gaz pour rendre la pression compatible avec les circuits d'utilisation. Une pression plus élevée des gaz dans une bouteille présente évidemment l'avantage d'augmenter, à contenance égale de la bouteille, son contenu, c'est-àdire, la quantité de gaz, ou, à contenu égal, de réduire la grandeur de la bouteille. Toutefois, l'augmentation de la pression dans une bouteille de gaz n'est pas sans poser de nouveaux problèmes. En effet, pour des raisons de sécurité évidente, il faut que l'organe de fermeture soit maintenu avec sa garniture d'étanchéité sur son siège sous l'effet de la pression du gaz. Etant donné que le passage de sortie des gaz qui est entouré par le siège de l'organe de fermeture, se trouve dans une zone de basse pression qui, après le remplissage de la bouteille, est la pression atmosphérique, l'organe de fermeture est appliqué sur son siège avec une l'organe de fermeture est appliqué sur son siège avec une force qui est proportionnelle à la pression dans la bouteille et à la section du passage de sortie, autrement dit, plus on élève la pression dans la bouteille, plus cette force devient élevée.Il y a donc un risque évident de déformation et d'usure rapide de la garniture d'étanchéité, d'autant plus qu'une bonne étanchéité demande une garniture en matériau mou ou souple. Un autre inconvénient de cette force élevée de fermeture est qu'il faut vaincre cette force pour dégager l'organe de fermeture de son siège et ouvrir le robinet. Ces robinets deviennent donc très difficile à manoeuvrer. Certes, cette force de fermeture pourrait être réduite par une diminution de la section du passage de sortie. Toutefois, une telle mesure va à l'encontre des voeux des distributeurs ou fournisseurs de gaz qui, au contraire, souhaitent un passage de sortie le plus large possible, afin d'accélérer le remplissage de la bouteille. Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau clapet du genre décrit dans le préambule qui ne souffre pas de ces inconvénients, c'est-à-dire qui permet d'élever à volonté la pression dans la bouteille sans pour autant augmenter la force avec laquelle l'organe de fermeture est appliqué sur son siège. Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un clapet du genre décrit dans le préambule qui est essentiellement caractérisé en ce que le côté de l'organe de fermeture qui est opposé au siège comporte une zone ayant une section égale ou légèrement inférieure à celle du siège, et qui est isolée de manière étanche de la pression du gaz. Selon un mode de réalisation préféré, l'organe de fermeture est constitué par une tête cylindrique qui comporte, d'un côté, une garniture d'étanchéité et qui est prolongé de l'autre côté par une tige axiale dont la section correspond à ladite zone et dont l'extrémité pénètre et coulisse, lors de la manoeuvre du clapet, de manière étanche, dans un alésage cylindrique d'un capuchon monté dans le corps du robinet. L'étanchéité entre ladite tige et ce capuchon peut être assurée par un joint torique. Autrement dit, au lieu de réduire la section du siège pour diminuer la force de fermeture comme envisagé cidessus, l'invention propose de réduire la surface de l'organe de fermeture qui est exposée à la pression du gaz en isolant, de manière étanche, une zone de l'organe de fermeture, en l'occurrence l'extrémité de sa tige, de l'action de la pression des gaz. La tige de l'organe de fermeture peut être traversée par un canal axial reliant l'extrémité se trouvant dans le capuchon à la zone basse pression. Ce capuchon peut servir d'appui à l'une des extrémités d'un ressort hélicoïdal autour de ladite tige et dont l'autre extrémité prend appui sur l'organe de fermeture. Le moyen de manoeuvre destiné à soulever l'organe de fermeture de son siège peut être, soit un simple élément d'ouverture et de fermeture d'un robinet, soit l'élément actif d'un détendeur. En effet, appliquées à un robinet avec détendeur, les dispositions proposées par la présente invention présentent l'avantage supplémentaire d'assurer une courbe de détente plus régulière. D'autres particularités de l'invention ressortiront de quelques exemples de modes de réalisation avantageux, présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une coupe verticale à travers un robinet de fermeture conformément à la présente invention et - la figure 2 représente schématiquement une coupe à travers un robinet conformément à la présente invention avec un détendeur. Le robinet représenté sur la figure 1 comporte un corps de robinet 10, par exemple métallique, avec un pas de vis bouteille ou autre source de gaz. Le corps de robinet comporte une chambre axiale intérieure 14 ouverte en direction de l'intérieur de la bouteille, de préférence à travers un filtre transversal 16 supporté dans la partie inférieure de la chambre 14 par une entretoise 18. La partie supérieure de la chambre axiale 14 est conçue sous forme de siège 20 autour d'un passage de sortie axial 22 qui est en communication avec un orifice de sortie des gaz. La partie supérieure du corps 10 représente une cavité 24 munie, dans l'exemple représenté, d'un pas de vis intérieur 24 ou extérieur pour recevoir un moyen non représenté pour la manoeuvre du robinet. A l'intérieur de la chambre 14 se trouve un organe de fermeture 26 constitué d'une tête cylindrique 28 muni d'une garniture d'étanchéité 30 destinée à coopérer avec le siège 20 et, du côté opposé à la garniture d'étanchéité 30, d'une tige axiale 32. L'organe de fermeture 28 subit l'action d'un ressort 34 dans la direction de fermeture entre la garniture d'étanchéité 30 et le siège 20. Le but de ce ressort 34 est d'assurer la fermeture automatique lorsque la bouteille de gaz est pratiquement vide et que la pression n'est plus suffisante pour appliquer l'organe de fermeture 26 de manière étanche sur le siège 20. Par contre, avant que la bouteille ne soit vide, et surtout lorsqu'elle est pleine, l'organe de fermeture 26 subit une force élevée en direction du siège 20 sous l'effet de la pression du gaz. En effet, dans les robinets connus l'organe de fermeture est simplement constitué par ce qui constitue la tête 28 sur la figure 1 et qui comporte latéralement des passages pour permettre l'écoulement du gaz et est exposé sur toute sa surface extérieure à la pression du gaz, à l'exception de la surface entourée par le siège 20 en position de fermeture. Ceci signifie que la force avec laquelle la garniture d'étanchéité 30 est appliquée sur le siège 20 est proportionnelle à la pression du gaz et à la surface de la section intérieure du siège 20, surface représentée par S1 sur la figure 1. Pour réduire l'intensité de cette force et pouvoir, ainsi, augmenter la pression du gaz à l'intérieur de la bouteille sans pour autant solliciter d'avantage la garniture d'étanchéité 30, la présente invention propose de réduire la surface exposée à la pression du gaz de l'organe de fermeture. Cet objectif est atteint grâce à la tige axiale 32 de l'organe de fermeture 26 qui prolonge la tête 28 jusque dans l'alésage d'un capuchon cylindrique 40 dans la partie inférieure de la chambre 14. Ce capuchon 40 d'un diamètre extérieur/inférieur à celui de la chambre 14 pour permettre le passage du gaz sert, en même temps, d'appui au ressort 34 par l'intermédiaire d'une rondelle 42 et est maintenu en place entre ce ressort 34 et le filtre 16.Pour assurer, par ailleurs, le positionnement stable de ce capuchon 40, eu égard à la pression du gaz, il peut être fixé au corps 10 du robinet ou comporter plusieurs butées périphériques non représentées prenant appui sur un épaulement intérieur 38 de la paroi de la chambre 14. Ceci permet de soustraire une surface de l'organe de fermeture correspondant à la section S2 de la tige 32 à l'action de la pression du gaz. A cet effet, il est essentiel que la tige 32 soit guidée de manière étanche dans l'alésage du capuchon 40, ce qui peut être assuré par un joint torique 44 prévu entre la tige 32 et la surface intérieure de l'alésage du capuchon 40.Pour éviter un effet de pompage au fond du capuchon 40 en-dessous de la tige 32 lors de la manoeuvre du robinet, il est préférable de prévoir un canal axial 46 à travers la tige 32 et relier ainsi le fond du capuchon 40 à la zone de basse pression dans le passage de sortie 22. Conformément à la présente invention, la force exercée par le gaz comprimé sur l'organe de fermeture 26 est défini non plus par la formule F=P.S1, comme pour les robinets connus, mais bien par la formule F=P.(S1-S2), P étant la connus, mais bien par la formule F=P.(S1-S2), P étant la pression du gaz comprimé. On constate par conséquent, qu'on peut déterminer la pression de fermeture en fonction du choix de la section de la tige 32 de l'organe de fermeture 26. Cette force sera, bien entendu, considérablement réduite si la section S2 de la tige 32 n'est que légèrement inférieure à la section intérieure du siège 20. Quoique le mode d'exécution représenté sur la figure 1 mérite la préférence, le même résultat peut être atteint si la tige de section S2, au lieu de faire partie de l'organe de fermeture, fait partie du capuchon 40 et coulisse, de manière étanche, dans un alésage axial de la tête 28 de l'organe de fermeture. L'invention n'est pas limitée à un simple robinet d'ouverture et de fermeture d'une bouteille de gaz. La figure 2 montre un mode de réalisation dans lequel le principe de la figure 1 est appliqué à un détendeur. Pour faciliter la comparaison, on a utilisé sur la figure 2 les mêmes chiffres de référence que sur la figure 1 pour désigner des éléments identiques ou comparables. Ce détendeur comporte un corps 50 avec une ouverture d'admission 52 en communication avec une zone haute pression HP et une ouverture de sortie 54 en communication avec une zone basse pression BP à l'intérieur du corps 50, chacune des zones HP et BP pouvant être sous le contrôle de deux manomètres 56, 58. A l'intersection de la zone haute pression HP et de la zone basse pression BP se trouve, dans une chambre 14, un organe de fermeture 26, comparable à celui de la figure 1 mais qui, dans la réalisation selon la figure 2 fait fonction de détendeur, c'est-à-dire d'assurer la détente du gaz de la haute pression vers la basse pression. L'organe de fermeture 26 comporte à l'instar de la figure 1 une tête 28 avec une garniture d'étanchéité 30 coopérant avec un siège 20 autour d'un passage de sortie 22 dans la zone basse pression. L'organe de fermeture 26 est également sollicité par un ressort 34 dans la direction de fermeture et comporte une tige axiale 32 guidée de manière étanche, par l'intermédiaire d'un joint torique 44 dans un alésage d'un capuchon 40, vissé cette fois, dans le corps 50 du détendeur. En vue d'exercer ses fonctions de détente, l'organe de fermeture 26 est actionné par un pointeau 60 agissant à travers le passage de sortie 22 sur la tête 28 de l'organe de fermeture. Ce pointeau 60 est, par son extrémité opposé à la tête 28, solidaire d'une membrane flexible 62 tendue transversalement dans le corps 50 du détendeur. Cette membrane 62 subit, du côté opposé au pointeau 60, l'action d'un ressort de compression 64 dont la force est réglable au moyen d'un volant de manoeuvre 66. Ce détendeur fonctionne de manière classique pour permettre l'écoulement du gaz à travers la sortie 54 à une pression réduite constante, dont la valeur est déterminée par les caractéristiques du ressort 64 et par la position du volant de manoeuvre 66. Lorsque le volant de manoeuvre 66 est complètement dévissé, le ressort 64 n'est pas suffisamment comprimé pour exercer, par l'intermédiaire de la membrane 62 et du pointeau 60 une force sur l'organe de fermeture 26 capable de faire déplacer celui-ci contre l'action du ressort 34, de sorte que le détendeur reste fermé et qu'il n'y a pas d'écoulement de gaz entre la zone haute pression HP et la zone basse pression BP.Par contre, lorsque le volant 66 est manoeuvré suffisamment pour comprimer le ressort 64 à un degré suffisant pour augmenter sa force de poussée de manière que le pointeau 60 enfonce l'organe de fermeture 26 contre l'action de son ressort 34, le gaz comprimé peut s'écouler de la zone haute pression vers la zone basse pression à travers le passage 22. Cet écoulement vers la zone basse pression BP augmentera momentanément la pression dans celle-ci, à tel point que cette augmentation de pression suffit à déplacer la membrane 62 contre l'action de son ressort 64, ce qui provoquera, à nouveau, le déplacement de la garniture d'étanchéité 30 sur le siège 20 sous l'effet du ressort 34 et la fermeture du détendeur.Toutefois, le gaz s'écoulera de la zone basse pression BP à travers l'ouverture 54 de sorte que la pression descendra dans la zone de basse pression jusqu'à ce que la force du ressort 64 soit, à nouveau, suffisante pour agir, par le pointeau 60 sur l'organe 26 et soulever celui-ci de son siège afin de permettre l'écoulement du gaz de la zone haute pression vers la zone basse pression. Cette suite d'opérations d'ouverture et de fermeture de l'organe 26 a été, pour les besoins de la description, décrite au "ralenti" mais, en pratique, ces opérations se répètent à une cadence tellement rapide que l'organe de fermeture 26 semble rester immobile dans une position déterminée, d'une part, en fonction de la force du ressort 64, à son tour en fonction de la position du volant de manoeuvre 66 et, d'autre part, en fonction de la pression du gaz dans la zone haute pression pour assurer, d'une manière connue en soi, la détente réglée de ce gaz. Dans le détendeur selon la figure 2 se pose le même problème que dans le robinet de la figure 1 pour ce qui concerne la force avec laquelle la garniture d'étanchéité 30 de l'organe de fermeture 26 est appliquée sur le siège 20. Cette force est, en effet, fonction de la pression HP et de la surface de la section du passage de sortie 22. A l'instar de la figure 1 cette force est réduite en soustrayant à l'effet de la pression HP la surface de la section de la tige 32 grâce à une isolation étanche au niveau du joint torique 44. Dans le détendeur, cette disposition offre un avantage supplémentaire à ce qui est obtenu dans le robinet de fermeture selon la figure 1. En effet, dans un détendeur, la courbe de détente est fonction de la force avec laquelle l'organe de fermeture 26 est appliqué sur son siège, cette force étant fonction de la pression HP. Or, étant donné que cette pression HP varie, en cours de vidange, de la pression maximale jusqu'à un pression résiduelle déterminée, la courbe de détente varie également de sorte qu'il est nécessaire de procéder à des redressements à l'aide du volant de manoeuvre 66 au fur et à mesure que la pression diminue dans la zone de haute pression HP.Grâce à la présente invention, l'effet de la pression HP sur la détente est défini par la formule: HP.(S1-S2), S1 et S2 étant respectivement des sections du passage de sortie 22 et de la tige 32 de l'organe de fermeture. On constate donc en prévoyant une tige 32 d'une section légèrement inférieure à celle du passage de sortie 22, on arrive à annuler presque complètement l'influence de la pression HP sur la caractéristique de la détente et à réaliser ainsi une détente plus régulière. La figure 2 ne représente qu'un exemple parmi d'autres de l'application du principe de l'invention à un détendeur. L'invention est, par exemple, également applicable au détendeur incorporé dans la garniture d'une bouteille de gaz, par exemple à un détendeur du genre proposé dans la demande de brevet français 89 15271. D'une façon plus générale, l'invention n'est pas limitée à un robinet ou à un détendeur faisant l'objet des exemples particuliers décrits ci-dessus. Elle peut au contraire trouver application partout où un organe de fermeture subit une pression élevée de gaz en direction de son siège, comme par exemple dans un robinet pneumatique, soupape de sûreté, etc. REVENDICATIONS 1. Clapet pour gaz comprimés ou liquéfiés comprenant, dans un corps de clapet, un organe de fermeture intérieur à l'intersection d'une chambre (14) en communication avec le gaz comprimé ou liquéfié et d'un passage de sortie (22) de gaz, un moyen de manoeuvre relié, à travers le corps (10) du clapet audit organe de fermeture (26) pour déplacer celui-ci contre l'action de moyens élastiques (34) entre une position d'ouverture et une position de fermeture dans laquelle l'organe de fermeture (26) est appliqué, de manière étanche, sur un siège (20), caractérisé en ce que le côté de l'organe de fermeture (26) qui est opposé au siège (20) comporte une zone ayant une section égale ou légèrement inférieure à celle du siège (20) et qui est isolé de manière étanche de la pression du gaz. 2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de fermeture (26) est constitué par une tête cylindrique (28) qui comporte, d'un côté, la garniture d'étanchéité (30) et qui est prolongé, de l'autre côté, par une tige axiale (32) dont la section correspond à ladite zone et dont l'extrémité pénètre et coulisse, lors de la manoeuvre du robinet, de manière étanche, dans un alésage cylindrique d'un capuchon (40) monté dans le corps du robinet. 3. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étanchéité entre la tige (32) et le capuchon (40) est assuré par un joint torique (44). 4. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige (32) est traversée par un canal axial (46) reliant l'extrémité se trouvant dans le capuchon (40) au passage de sortie (22). 5. Clapet selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le capuchon (40) sert d'appui à l'une des extrémités d'un ressort hélicoïdal (34) autour de ladite tige (32) et dont l'autre extrémité prend appui sur l'organe de fermeture (26). 6. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de manoeuvre est un élément d'ouverture et de fermeture d'un robinet. 7. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de manoeuvre est un élément actif d'un détendeur.