Brevet FR2714028A1 — publié le 19950623

La présente invention concerne un dispositif permettant d'assurer en toute sécurité un stockage de produits divers pendant une durée importante à l'issue de laquelle le produit devra être expulsé du dispositif. Elle est destinée plus particulièrement au stockage longue durée de fluides corrosifs, comme des ergols liquides par exemple. Les systèmes actuels permettant le stockage puis la vidange de produits contenus dans des enveloppes hermétiquement closes utilisent essentiellement des vessies dont la déformation provoque l'expulsion de ces produits. Malheureusement, pendant la période de vidange, ces systèmes sont particulièrement sensibles aux vibrations comme au ballottement du produit, ce qui limite considérablement leur domaine d'utilisation. Il est connu également des dispositifs utilisant un piston pour évacuer un fluide d'un réservoir et ainsi en assurer sa vidange. Dans de tels dispositifs, I'étanchéité pendant cette vidange est assurée par des joints dynamiques qui sont en contact constant avec le fluide. I1 en résulte une limitation importante du temps possible de stockage en fonction de la durée de vie de ces éléments d'étanchéité. En outre, ce contact fluide-joint interdit tout stockage de produits dont la corrosion aurait pour effet de détruire l'étanchéité ainsi créée. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur et de proposer un dispositif permettant, avec une garantie d'étanchéité totale, un stockage de longue durée d'un produit dont la vidange peut ensuite être réalisée sans risque particulier. Un autre but de l'invention est de permettre un contrôle parfait de cette vidange, notamment quant à son débit. Encore un autre but de l'invention est de permettre cette durée de stockage prolongée quelle que soit la nature du fluide stocké et notamment en présence de fluides fortement corrosifs. Ces buts sont atteints par un dispositif de stockage étanche comportant une enceinte pouvant contenir un fluide quelconque et dans laquelle le déplacement d'un piston peut provoquer l'expulsion de ce fluide par un orifice de vidange de cette enceinte. Ce dispositif se caractérise par le fait que le piston principal est entouré par un piston auxiliaire pouvant, sous l'action d'un premier dispositif de commande, coulisser dans une partie inférieure de l'enceinte jusqu'à venir en contact avec une partie supérieure de cette enceinte afin d'en reconstituer la paroi inteme sur laquelle peut alors coulisser le piston principal sous l'action d'un second dispositif de commande, la formation de cette paroi interne provoquant la rupture d'un clinquant reliant la face avant du piston principal à la partie inférieure de I'enceinte, définissant un volume de stockage du fluide en avant du piston et assurant initialement l'étanchéité du piston auxiliaire et des éléments d'étanchéité dynamique du piston principal vis à vis du fluide de cette enceinte. Par cette structure spécifique, il est possible d'assurer un stockage de longue durée en toute sécurité en garantissant une étanchéité totale de l'enceinte. En effet, les éléments d'étanchéité dynamique du piston principal ne sont pas en contact avec le fluide pendant la phase de stockage mais simplement durant la phase brève d'expulsion de ce fluide de l'enceinte. Pendant cette demière phase, des éléments d'étanchéité dynamique du piston auxiliaire coopèrent avec la partie inférieure de l'enceinte pour assurer le maintien de son étanchéité après la rupture du clinquant. Le dispositif selon l'invention est ainsi particulièrement bien adapté au stockage de fluide hautement corrosif et la durée de vie des joints d'étanchéité dynamique du piston principal peut ainsi être limitée à la phase d'expulsion du fluide de l'enceinte. Dans un premier mode de réalisation, le premier et/ou le second dispositif de commande est constitué par un ensemble d'injection, sous une pression déterminée, d'un fluide de pressurisation. De préférence, le fluide de pressurisation assure à la fois le déplacement du piston principal et le déplacement du piston auxiliaire. Avantageusement, la mise sous pression du piston principal est assurée au travers du piston auxiliaire par un orifice d'entrée initialement obturé par des segments élastiques qui sont ensuite libérés lors du déplacement du piston auxiliaire sous la pression du fluide de pressurisation et, en maintenant bloqué ce piston auxiliaire contre la partie supérieure, garantissent la continuité de la paroi inteme de l'enceinte. La simplicité et l'élégance du mécanisme décrit assurent une mise en pression automatique du piston principal sans nécessiter le recours à des dispositifs plus complexes comme des distributeurs ou des membranes à claquer qui, sans ces éléments, auraient été indispensables pour permettre une commande des pistons à partir d'une source de fluide de pressurisation unique. Dans un second mode de réalisation, le premier et/ou le second dispositif de commande est constitué par un dispositif mécanique pousseur, par exemple un vérin. De préférence, la partie supérieure de l'enceinte comporte une double paroi dans laquelle on y fait le vide ou on y place un gaz en légère surpression pour permettre la détection de toute rupture d'étanchéité. Ainsi, il est possible de dissocier la paroi inteme assurant l'étanchéité qui peut être métallique et entièrement soudée de la paroi externe nécessaire pour la garantie de la résistance mécanique de l'enceinte. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre un schéma de principe du réservoir selon l'invention, - la figure 2 est un exemple de réalisation préférentiel du réservoir de la figure 1, et - la figure 3 est une vue de détail agrandie du réservoir de la figure 2. Le schéma de principe de la figure 1 volontairement simplifié permet de saisir les éléments essentiels de l'invention et d'en comprendre aisément le fonctionnement. Le dispositif de stockage (par exemple un réservoir d'ergol) selon l'invention est formé par une enceinte 10 comportant, à une de ses deux extrémités haute et basse, un orifice d'admission 12 pour permettre le remplissage d'un fluide destiné à être maintenu dans cette enceinte pendant une durée importante. Cet orifice d'admission peut aussi constituer un orifice de vidange du fluide lors de l'expulsion de ce demier sous l'action d'un piston principal 14 pouvant coulisser de façon étanche, à partir de l'extrémité opposée de l'enceinte, dans le cylindre que constitue cette enceinte. L'enceinte est avantageusement montée en deux parties superposées; une partie inférieure 18 d'un premier diamètre destinée à recevoir le piston principal lors de la phase de stockage du fluide (piston au repos) et une partie supérieure 16 d'un second diamètre inférieur au premier, constituant un volume de stockage 20 pour le fluide et dans laquelle peut coulisser de façon étanche le piston principal lors de la phase d'expulsion de ce fluide (cela signifie que ce second diamètre doit correspondre au diamètre des moyens d'étanchéités dynamiques et/ou de guidage du piston principal 14). La face avant ou tête 22 du piston principal est reliée à la partie inférieure de l'enceinte par un clinquant 24 en forme d'anneau, ayant une zone fragilisée au droit ou en léger retrait de la partie supérieure de l'enceinte et dont les périphéries externe et interne sont rendues solidaires respectivement de la tête et de cette partie inférieure de manière à assurer ainsi une étanchéité parfaite du volume de stockage 20 situé au dessus de ce piston, en avant de sa face avant, dans la mesure où l'orifice d'admission a été préalablement obturé (par un dispositif d'étanchéité statique ou par soudure par exemple). Le piston 14 comporte des joints 26 assurant une étanchéité dynamique avec une chemise coulissante constituant la jupe d'un piston auxiliaire 30 monté tête-bèche, entourant le piston principal et elle même guidée à l'intérieur de la partie inférieure de l'enceinte 18. Le diamètre interne de cette chemise correspond à celui de la partie supérieure de l'enceinte 16, de telle sorte qu'elle puisse venir en prolongement de cette partie et ainsi reconstituer parfaitement la paroi interne de l'enceinte après rupture de la zone fragilisée du clinquant 24. Le piston 30 comporte des moyens d'étanchéité 32 respectivement 34 vis à vis respectivement du fluide stocké dans l'enceinte et d'un éventuel fluide de pressurisation lorsque le déplacement de ce piston auxiliaire 30 est assuré sous la pression d'un tel fluide (gaz ou liquide). Ces seconds moyens d'étanchéité 34 ne sont toutefois pas nécessaires si le déplacement du piston auxiliaire est effectué par un dispositif mécanique. Le déplacement du piston principal 14 est de préférence également assuré par un fluide de pressurisation introduit dans l'enceinte 10 par un orifice d'entrée 36 disposé au niveau de l'extrémité opposée de l'enceinte dans sa partie inférieure, ce fluide de pressurisation pouvant être celui assurant le déplacement du piston auxiliaire (et introduit dans l'enceinte par un orifice 38). Toutefois, comme précédemment, le déplacement du piston principal peut aussi être assuré par un dispositif mécanique comme un vérin par exemple. La séquence de fonctionnement du dispositif de stockage selon l'invention lors de la vidange du fluide qu'il renferme est alors la suivante: a) déplacement du piston auxiliaire 30 sous la pression du gaz de pressurisation introduit dans l'enceinte (ou sous l'action d'un vérin mécanique non représenté), b) rupture du clinquant 24 assurant préalablement l'étanchéité totale du volume de stockage du fluide, c) coulissement du piston auxiliaire 30 venant repousser et recouvrir le clinquant rompu 24, (le mouvemement de ce piston permetant de "dégommer" les joints 26 du piston principal 14), d) reconstitution de la paroi interne de l'enceinte par la jonction de la chemise 30 avec la partie supérieure de l'enceinte 16, et e) déplacement du piston principal 14 sous la pression du (ou d'un autre) gaz de pressurisation (ou tout autre dispositif de poussée) jusqu'à vidange complète de l'enceinte. La figure 2 représente un exemple préférentiel de réalisation du dispositif de stockage selon l'invention. Les éléments déjà présents au niveau de la figure 1 sont référencés de manière analogue. Ainsi, on retrouve le piston principal 14 avec ses éléments d'étanchéité dynamique 26 (il comporte en outre des patins de guidage 28), entouré par le piston auxiliaire 30 destiné à coulisser dans la partie inférieure 18 de l'enceinte 10. Toutefois, Il peut être noté que, dans cet exemple de réalisation, pour permettre un montage plus aisé du clinquant 24, une partie de ce piston auxiliaire 30 coulisse en fait dans une virole 40 solidaire de cette partie inférieure et sur laquelle est soudée la périphérie externe du clinquant 24, sa périphérie interne étant soudée au niveau de la face avant 22 du piston principal (la tête du piston). L'élément d'étanchéité 32, du type joint O'Ring, disposé sur le piston auxiliaire 30 en contact avec la virole est destiné à éviter que le fluide ne s infiltre à l'extérieur du piston auxiliaire 30 après la rupture du clinquant. Dans l'exemple préférentiel représenté, les déplacements des pistons principal 14 et auxiliaire 30 sont assurés à partir d'un fluide unique de pressurisation qui est introduit dans l'enceinte par l'orifice d'entrée 38 et qui, dans un premier temps, vient pousser la tête du piston auxiliaire 30 ( les pistons principal et auxiliaire sont montés tête-bêche). Cette tête qui présente une forme annulaire assure en outre une fonction de guidage par la liaison entre son anneau interne 48 et une partie rentrante 50 de l'enceinte. L'étanchéité (au fluide de pressurisation) extérieure du piston auxiliaire 30 est assurée par le joint d'étanchéité à lèvres 34 dont une lèvre repose sur la partie inférieure 18 de l'enceinte, son étanchéité intérieure étant assurée en partie par deux segments élastiques 44, 46 logés dans une gorge et dont les surfaces extérieures appuient sur l'anneau interne 48 du piston auxiliaire 30, l'étanchéité totale étant obtenue par l'adjonction d'un joint annulaire 42 au fond de cette gorge. La partie rentrante 50 de l'enceinte est en outre percée de l'orifice d'entrée 36 du gaz destiné à la pressurisation du piston principal 14, cet orifice traversant perpendiculairement la gorge au niveau de sa périphérie et se trouvant donc initialement obturé par les segments élastiques 44, 46. La figure 3 montre, à plus grande échelle, l'effet du déplacement du piston auxiliaire après admission du fluide de pressurisation par l'orifice d'entrée 38. Il peut alors être observé que ce déplacement provoque la libération des segments élastiques 44, 46 qui viennent bloquer la tête du piston auxiliaire (et interdire son retrait) dans une position haute correspondant à une position de contact entre la partie supérieure 18 et le piston auxiliaire 30. En outre, cette libération démasque l'orifice 36 et offre ainsi un passage au fluide de pressurisation pour la mise sous pression du piston principal 14. Afin de séparer les fonctions d'étanchéité et de résistance mécanique de l'enceinte, sa partie supérieure 16 peut être composée d'une double paroi; une paroi inteme 16i métallique et entièrement soudée assurant la fonction d'étanchéité de l'enceinte et une paroi externe 16e garantissant sa résistance mécanique. Cette structure en double paroi présente en outre l'intérêt de permettre un contrôle particulièrement efficace de cette étanchéité en réalisant un vide inter-paroi dont la qualité (présence ou non de fuite) peut alors être détectée par tout dispositif adéquat 42. Selon une variante de réalisation, l'espace inter-paroi peut contenir un gaz en légère surpression qui permettrait de la même manière de détecter toute rupture d'étanchéité. Le dispositif de l'invention dont la description et le fonctionnement ont été décrits précédemment est particulièrement adapté à un stockage de fluides hautement corrosifs pendant des durées élevées, l'absence de contact des éléments d'étanchéité dynamique du piston principal avec le fluide, hors la phase d'expulsion de ce fluide, permettant de garantir un stockage sans risque pendant plusieurs dizaines d'années. La durée de péremption des joints d'étanchéité dynamique 26 du piston principal 14 peut être augmentée en confinant dans la cavité inférieure 18 un gaz inerte sous faible pression. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stockage étanche comportant une enceinte contenant un fluide quelconque et dans laquelle le déplacement d'un piston (14) peut provoquer l'expulsion de ce fluide par un orifice de vidange (12) de cette enceinte, caractérisé en ce que ce piston principal (14) est entouré par un piston auxiliaire (30) pouvant, sous l'action d'un premier dispositif de commande, coulisser dans une partie inférieure (18) de l'enceinte (10) jusqu'à venir en contact avec une partie supérieure (16) de cette enceinte afin d'en reconstituer la paroi interne sur laquelle peut alors coulisser le piston principal (14) sous l'action d'un second dispositif de commande, la formation de cette paroi interne provoquant la rupture d'un clinquant (24) reliant la face avant (22) du piston principal (14) à la partie inférieure (18) de l'enceinte, définissant un volume de stockage du fluide (20) en avant du piston (14) et assurant initialement l'étanchéité du piston auxiliaire et des éléments d'étanchéité dynamique (26) du piston principal (14) vis à vis du fluide de cette enceinte. 2. Dispositif de stockage étanche selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston auxiliaire (30) comporte également des éléments d'étanchéité dynamique (32) coopérant avec la partie inférieure de l'enceinte (18) pour assurer le maintien de l'étanchéité du piston auxiliaire (30) après la rupture du clinquant (24) lors de la phase d'expulsion du fluide. 3. Dispositif de stockage étanche selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le premier et/ou le second dispositif de commande est constitué par un ensemble d'injection, sous une pression déterminée, d'un fluide de pressurisation. 4. Dispositif de stockage étanche selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide de pressurisation assure à la fois le déplacement du piston principal (14) et le déplacement du piston auxiliaire (30). 5. Dispositif de stockage étanche selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mise sous pression du piston principal (14) est assurée au travers du piston auxiliaire (30) par un orifice d'entrée (36). 6. Dispositif de stockage étanche selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice de mise sous pression (36) du piston principal (14) est initialement obturé par des segments élastiques (42) qui sont ensuite libérés lors du déplacement du piston auxiliaire (30) sous la pression du fluide de pressurisation et, en maintenant bloqué ce piston auxiliaire (30) contre la partie supérieure (16), garantissent la continuité de la paroi interne de l'enceinte. 7. Dispositif de stockage étanche selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le premier et/ou le second dispositif de commande est constitué par un dispositif mécanique pousseur, par exemple un vérin. 8. Dispositif de stockage étanche selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie supérieure (16) de l'enceinte comporte une double paroi (16e, 16i) dans laquelle on y fait le vide ou on y place un gaz en légère surpression pour permettre la détection de toute rupture d'étanchéité. 9. Dispositif de stockage étanche selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la durée de vie des joints d'étanchéité dynamique (26) du piston principal (14) est limitée à la phase d'expulsion du fluide de l'enceinte. 10. Dispositif de stockage étanche selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la durée de péremption des joints d'étanchéité dynamique (26) du piston principal (14) est augmentée en confinant dans la cavité inférieure (18) un gaz inerte sous faible pression.