Brevet FR2719677A1 — publié le 19951110

L'invention conçerne un détendeur haute pression à soufflets métalliques destiné à détendre un gaz, généralement de l'azote. d'une haute pression pouvant atteindre 1000 bars ou plus à une pression de quelques centaines de bars en conservant une bonne précision de la pression détendue dans des domaines très étendus d'utilisation en températures élevées et en températures basses. L'utilisation des soufflets métalliques pour la réalisation de détendeurs de précision est très répandue car dans ces applications le soufflet métallique est considéré comme un piston sans frottement qui est très peu sensible aux températures. qui présente des étanchéités pratiquement parfaites pour des frottements en fonctionnement pratiquement nuls. Les techniques connues et qui utilisent des détendeurs à soufflets métalliques sont des techniques qui détendent à des pressions relativement basses car les soufflets métalliques ne supportent pas de différences de pressions très élevées, les soufflets usuels supportent une différence de pression de quelques dizaines de bars, au maximum 150 à 200 bars pour certains. car plus ils supportent une pression importante et moins ils sont sensibles aux différences de pression ce qui diminue la précision de la régulation. L'invention concerne un appareil à pression qui détend du gaz haute pression et qui fourni une pression régulée qui a une valeur supérieure à ce que peut supporter le soufflet métallique qui est utilisé pour générer cette pression régulée. L'invention consiste à utiliser la pression régulée comme pression d'alimentation d'un détendeur auxiliaire qui fournit au détendeur principal une pression de référence bien supérieure à la pression ambiante (ou extérieure). De ce fait le soufflet du détendeur principal sera soumis à une différence de pression égale à la pression détendue moins la pression de référence. Si les soufflets du détendeur principal et du détendeur auxiliaire sont identiques, l'invention permet d'utiliser le soufflet principal pour détendre un gaz à une pression deux fois supérieure à ce qu'il peut admettre si il est utilisé seul. Si la pression différentielle appliquée aux soufflets est encore trop élevée. il est possible. avec un système analogue à l'invention de créer une deuxième pression de référence et donc d'appliquer aux soufflets une pression égale au tiers de la pression détendue. Dans cette application la pression détendue alimente un premier détendeur auxiliaire et crée une première pression de référence qui alimente un deuxième détendeur qui crée une deuxième pression de référence. Une application étendue de l'invention est de multiplier Les pressions intermédiaires de référence et donc la possibilité d'utiliser des soufflets ne résistant qu'à une très faible pression pour détendre des gaz à fortes pressions. La figure l représente un schéma en coupe de l'invention. Le gaz à très haute pression pénètre dans la chambre (3) du détendeur par l'orifice (l). Le gaz à la pression de détente sort du détendeur par l'orifice (6). Le gaz très haute pression est détendu à travers le passage (35) autour du clapet (4). Le clapet (4) a tendance à se fermer sous l'effet de la différence de pression entre les chambres (3) et (5) et sous l'action du ressort (2). Le clapet (4) s'ouvre sous l'action de l'effort transmis par le soufflet (7) qui est en appui sur le clapet (4). Le soufflet (7) est soumis à l'effort du ressort (9) transmis par le poussoir (8). à un effort de pression résultant de la pression dans la chambre (10) appelée pression intermédiaire et communiquant avec l'intérieur du soufflet (7) et à un effort contraire généré par la pression dans la chambre (5). L'équilibre des forces agissant sur le clapet (4) est atteint pour une valeur unique de la pression dans la chambre (D) qui est la pression de détente. La canalisation (23) met en communication directe la chambre (5) et la chambre (22), la pression dans la chambre (22) est donc égale à la pression de détente. Le gaz contenu dans la chambre (22) est détendu à travers le passage (36) autour du clapet (19). Le clapet (19) a tendance à se fermer sous l'effet de la différence de pression entre les chambres (22) et (17) et sous l'action du ressort (21). Le clapet (19) s'ouvre sous l'action de l'effort transmis par le soufflet (18) qui est en appui sur le clapet (19). Le soufflet (18) est soumis à l'effort du ressort (14) transmis par le poussoir (15). à un effort de pression résultant de la pression atmosphérique qui est reliée par la canalisation (12) à la chambre (13) communiquant avec l'intérieur du soufflet (18) et à un effort contraire généré par la pression dans la chambre (17). L'équilibre des forces agissant sur le clapet (19) est atteint pour une valeur unique de la pression dans la chambre (17) qui est la pression intermédiaire. La pression intermédiaire alimente la chambre (10) par la canalisation (Il). Si le clapet (19) a une fuite en position fermée la pression intermédiaire va augmenter. La canalisation (16) fait communiquer les chambres (17) et (30) et la pression dans la chambre (30) est égale à la pression intermédiaire. Le clapet (31) est lié mécaniquement au soufflet (29). L'intérieur du soufflet (29) communique librement avec la chambre (26). Le clapet (31) a tendance à se fermer sous l'action de la pression de la chambre (30), la chambre (32) étant directement reliée à la pression atmosphérique ainsi que sous l'action des efforts mécaniques transmis par le soufflet (29) résultant de l'action du ressort (27) transmise au soufflet (29) par l'intermédiaire du poussoir (28). La chambre (26) est reliée directement à la pression atmosphérique par la canalisation (24) et communique librement avec le volume intérieur du soufflet (29). Le clapet (31) a tendance à s'ouvrir lorsque la pression dans le volume (30) augmente, ce qui a pour conséquence de faire chuter la pression dans le volume (30). L'ensemble de ces mécanismes est contenu dans un corps (25) qui peut-être constitué par plusieurs pièces assemblées. Une des applications de l'invention est de choisir les trois soufflets (7), (17) et (29) avec des caractéristiques de tenue en pression très proches et de régler les paramètres mécaniques des ressorts (9) et (14) pour avoir une pression intermédiaire égale à la moitié de la pression de détente. Le soufflets (7) subira alors une pression absolue égale au double de la pression différentielle qu'il peut supporter. Le système mécanique lié au clapet (31) est un organe de sécurité qui empêche la pression intermédiaire d'atteindre des valeurs trop élevées si il y a fuite du système au niveau du clapet (19) et il est réglé pour que les soufflets (17) et (29) ne soient pas endommagés. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux détendeurs de fluides à soufflets métalliques dont les soufflets métalliques ne peuvent pas supporter sans dommages une différence de pression égale à la pression de détente. Les fluides concernés par le dispositif selon l'invention peuvent-être des gaz ou des liquides. Une des applications industrielles du dispositif selon l'invention est de détendre un gaz très fortement comprimé et stocké dans des bouteilles à très hautes pression pouvant atteindre des valeurs de 1000 bars. Le gaz ainsi détendu vers 250 bars est utilisé pour refroidir les éléménts sensibles des cellules infrarouges. Dans cette application des soufflets métalliques ne résistants qu'à 125 bars peuvent-etre utilisés. R E V E N D I C A T I O N S 1) Détendeur haute pression à soufflets métalliques composé d'un détendeur principal alimenté en haute pression et d'un détendeur auxiliaire alimenté par la pression détendue qui fourni au détendeur principal une pression de référence ayant pour valeur une pression comprise entre la pression de détente à obtenir et la pression ambiante. remarquable en ce qu il peut fonctionner avec des soufflets métalliques qui supportent une différence de pression entre parois externe et interne très inférieure à la pression détendue. 2) Détendeur haute pression à soufflets métalliques remarquable en ce qu'il est muni d'un organe de sécurité qui empêche la pression intermédiaire d'atteindre des valeurs trop élévées en cas de mauvais fonctionnement du détendeur intermédiaire. 3) Détendeur haute pression à soufflets métalliques remarquable en ce que la pression intermédiaire est environ la moitié de la pression régulée. 4) Détendeur haute pression à soufflets métalliques remarquable en ce qu'il peut-être muni de plusieurs détendeurs auxiliaires qui fournissent plusieurs pressions intermédiaires.