Brevet FR2724212A1 — publié le 19960308

L rinvention concerne un détendeur pour un fluide sous pression. Un détendeur est un appareil qui est monté dans une installation de fluide sous pression (vapeur, eau ou gaz). Il a pour rôle de maintenir constante la pression de ce fluide en aval pour toute valeur supérieure de la pression en amont. Un détendeur se compose généralement d'un organe d'étranglement, tel qu'une vanne ou un clapet, dont l'ouverture est commandée par un dispositif équilibré soumis d'un côté à la pression d'aval et de l'autre à l'action d'un ressort. - Plus précisément, l'invention concerne un détendeur comprenant un corps délimitant une chambre de détente, un canal d'admission prévu dans le corps débouchant dans la chambre de détente par un orifice d'admission, des moyens pour raccorder une source de fluide sous pression au canal d'admission afin d'admettre du fluide sous pression dans la chambre de détente, un élément d'étran- glement pour obturer l'orifice d'admission et un élément de commande sensible à la pression pour contrôler l'élément d'étranglement. Cependant, lorsqu'un détendeur de ce type est mis sous pression, l'élément d'étranglement subit directement l'effet de la compression du fluide tel que par exemple un gaz tel que l'oxygène sous haute pression. La compres- sion brutale du fluide produit un véritable coup de bélier qui libère une énergie thermique très importante. Cette énergie est absorbée presque exclusivement par l'élément d'étranglement. Cela peut l'endommager gravement ou même le détruire complètement par son inflammation. La présente invention a pour objet de proposer un détendeur pour un fluide sous pression qui remédie à cet inconvénient en permettant d'éviter que l'élément d'étranglement subisse les effets de la compression du fluide lors de la mise sous pression du détendeur. Ce résultat est obtenu par le fait que le canal d'admission du fluide comporte au moins une chicane obligeant le fluide à changer de direction avant d'atteindre à l'élément d'étranglement. Grâce à cette caractéristique, la plus grande partie du dégagement de chaleur qui résulte de la compression du gaz et du choc de particules, telles que des poussières qui peuvent être présentes dans le fluide, est absorbée par la chicane du canal d'admission. Etant donné que le corps est généralement réalisé en un métal qui supporte beaucoup mieux cet apport brutal de chaleur que l'élément d'étranglement, il n'en résulte aucun inconvénient pour le corps, ni pour le fonctionne- ment du détendeur. D'autre part l'élément d'étranglement, qui est beaucoup plus vulnérable que le corps, ne subit pas les effets de la compression du fluide, en particulier une important élévation de température, parce qu'il est situé en aval de la chicane. Selon un mode particulier de réalisation, le canal d'admission comporte plusieurs chicanes successives. On comprend aisément que la présence de plusieurs chicanes aboutit à une protection encore meilleure de l'élément d'étranglement et diminue par conséquent de manière très importante le risque de le voir endommagé lors de la mise sous pression du détendeur. L'élément d'étranglement sera généralement consti- tué par un clapet ou un piston. Dans un mode de réalisation particulier, l'élément sensible à la pression est un piston ayant une première face soumise à une pression de référence, et une seconde face soumise à la pression du fluide régnant dans la chambre de détente, un ressort agissant sur la première face du piston à l'encontre de la pression du fluide régnant dans la chambre de détente. - De manière avantageuse, le piston supporte une tige qui coulisse avec étanchéité dans la chambre de détente et qui porte le clapet, la pression qui règne dans la chambre de détente étant communiquée à la seconde face du piston par un canal qui la met en communication avec cette chambre. Selon un mode de réalisation particulier de la chicane, simple à réaliser par perçage et usinage, celle- ci comporte au moins un premier canal diamétral qui s'étend selon une direction perpendiculaire à un canal d'entrée du détendeur et un deuxième canal diamétral, relié au premier canal, et qui débouche en amont de l'élément d'étranglement, une cavité pouvant être interposée entre les premiers et deuxième canaux diamé- traux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dont la figure unique représente une vue en coupe longitudinale d'un détendeur conforme à l'invention. Le détendeur de l'invention désigné par la réfé- rence générale 2, comporte un corps massif 4 réalisé en un métal tel que le laiton. Une chambre de détente 6 est prévue dans le corps 4. Sur la partie gauche du corps en regardant la figure on a prévu un alésage fileté qui permet de raccorder au corps une canalisation 8 de fluide sous pression compor- tant un canal axial d'entrée 9. Dans l'exemple de réalisation représenté la canalisation 8 est reliée à un réservoir 10, contenant de l'oxygène sous une pression de 240 bars environ. Un robinet 12, ou une vanne d'arrêt est placé sur la canalisation 8 entre le détendeur et le réservoir d'oxygène sous pression 10. La canalisation 8 amène le gaz sous pression dans la chambre de détente 6 par l'intermédiaire d'un canal d'admission 14. Un filtre 15 est monté à l'entrée du canal 14 pour filtrer les particules en suspension dans le gaz. Un manomètre 32 est monté sur le corps 4. Ce manomètre communique avec le canal d'admission 14 du fluide sous haute pression. Ainsi, le manomètre 32 permet de mesurer la pression du fluide avant la détente. Un filtre est interposé entre le manomètre et le canal 14. L'extrémité du canal d'admission 14 débouche dans la chambre de détente 6 par un orifice d'admission qui forme le siège d'un clapet 16. Le clapet 16 est supporté par une tige 18 qui coulisse dans la chambre de détente 6. Un joint d'étanchéité torique 17 monté à la périphérie de la tige 18 assure une étanchéité dynamique entre la paroi interne de la chambre et la paroi externe de la tige 18. Cette tige 18 est solidaire d'un piston 20 qui est monté coulissant dans un alésage 22 pratiqué dans le corps 4. Un couvercle 24 vissé sur le corps du détendeur ferme le volume délimité par l'alésage 22. Une première face 20a du piston 20 est soumise à l'action d'un ressort hélicoïdal de compression 26 monté coaxialement à la tige 18 et prenant appui sur le corps 4. Le ressort 26 tend à éloigner l'ensemble formé par le piston 20, la tige 18 et le clapet 16 de l'orifice d'admission du fluide sous pression. Le volume interne délimité par l'alésage 22 du corps 4 et la face 20a du piston est mis en communication avec l'atmosphère par des trous 27, qui traversent la paroi du corps 4. Ainsi, la pression exercée sur la face 20a reste constante. D'autre part, la tige 18 comporte un canal longitu- dinal 28 qui met en communication la chambre de détente 6 et la seconde face 20b du piston. Le canal longitudinal 18 est constitué d'un trou 28a traversant diamétralement la tige 18 dans lequel débouche un canal axial 28 b. Un embout de sortie 30 est raccordé au couvercle 24. L'embout 30 permet d'amener le gaz détendu à une pression convenable, par exemple 3 ou 4 bars, jusqu'au point d'utilisation. Enfin, une soupape de sécurité est prévue dans le corps 4. Dans l'exemple représenté cette soupape est constituée par une bille 34 appliquée sur un siège par un ressort hélicoïdal 36 dont l'effort est réglable. Cette soupape de sécurité permet de mettre la chambre de détente 6 en communication avec l'atmosphère, par exemple dans le cas o le clapet 16 serait détérioré. En effet, si ce clapet ne peut plus obturer de façon étanche l'orifice d'admission du gaz sous haute pression, une pression excessive risquerait d'être transmise à l'utilisation. La soupape de sécurité permet de relâcher cette pression vers l'atmosphère. Le fonctionnement du détendeur est le suivant. Le piston 20 joue le rôle d'un élément équilibré sensible à la pression. Sa première face 20a, qui est en communication avec l'atmosphère, est soumise à l'action du ressort taré 26 dont on peut régler la force. Lorsque la pression d'utilisation chute en dessous d'une valeur de limite, le piston 20 se déplace vers la droite (en considérant la figure) sous l'action du ressort 26. Il entraîne alors la tige 18 qui porte le clapet 16 ce qui a pour effet d'ouvrir l'orifice d'admis- sion et de mettre la chambre de détente 6 en communica- tion avec le réservoir de gaz sous pression 10. La pression augmente ainsi dans la chambre 6. Cette augmentation de pression est communiquée par le canal 28 à la seconde face du piston 20b jusqu'à surpasser l'action du ressort 26 et fermer le clapet d'admission du gaz sous pression comme cela est illustré sur la figure. Cependant, dans les détendeurs antérieurement connus, le canal d'admission 14 du fluide sous pression etait rectiligne. Par suite, lorsque l'on ouvrait le robinet 12, le gaz sous pression exerçait un véritable coup de bélier qui était encaissé directement par le clapet 16. La compression adiabatique du gaz produit une très importante libération d'énergie qui peut porter le clapet à une température atteignant 1 000'C. Or, ce clapet est réalisé en un matériau fragile, généralement en matière plastique, incapable de résister à une très forte élévation de sa température. Le clapet pouvait ainsi s'enflammer lors de la mise sous pression du détendeur. Au contraire, comme on le constate sur la figure, le canal 14 d'admission du fluide sous pression comporte une chicane qui l'oblige à changer plusieurs fois de direction. Après avoir franchi le filtre d'entrée 15, le fluide butte sur une paroi perpendiculaire à son trajet et doit emprunter un canal diamétral perpendiculaire à sa direction initiale. Le fluide aboutit ensuite dans un trou 37 fermé par le manomètre 32 dans l'exemple de réalisation représenté. Le manomètre, qui permet de mesurer la pression du fluide, pourrait être dans une variante de réalisation remplacé par une simple cavité fermée de détente. Le fluide doit alors prendre une direction diamé- tralement opposée à sa direction précédente. Il aboutit alors dans un canal diamétral borgne 39 et doit donc changer encore une fois de direction avant de pénétrer dans la chambre de détente 6. On comprend aisément que grâce à la chicane, la plus grande partie de l'énergie calorifique libérée par la compression adiabatique du fluide est transmise aux parois du canal d'admission 14. Etant donné que le corps 4 est métallique, il supporte facilement l'élévation de température qui en résulte. D'autre part, la chaleur peut être répartie par conduction dans l'ensemble du corps qui est massif. Elle est ainsi mieux répartie. La chicane a également pour effet de stopper les particules, telles que des poussières, qui pourraient être présentes dans le fluide et qui auraient malgré tout franchi le filtre d'entrée 15. Bien que l'on ait décrit un exemple de réalisation comportant une seule chicane, il va de soi que l'on peut disposer plusieurs chicanes successives l'une à la suite de l'autre afin d'augmenter encore la protection thermi- que du clapet 16. REVENDICATIONS 1. Détendeur pour un fluide sous pression, compre- nant un corps (4) délimitant un chambre de détente (6), un canal d'admission (14) prévu dans le corps (4) débouchant dans la chambre de détente (6) par un orifice d'admission, des moyens pour raccorder une source de fluide sous pression (10) au canal d'admission (14) afin d'admettre du fluide sous pression dans la chambre de détente (6), un élément d'étranglement (16) pour obturer l'orifice d'admission, un élément de commande sensible à la pression (20) pour contrôler l'élément d'étrangle- ment, caractérisé en ce que le canal d'admission (14) comporte au moins une chicane obligeant le fluide sous pression à changer de direction avant d'atteindre l'élément d'étranglement (16). 2. Détendeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal d'admission (14) comporte plusieurs chicanes successives. 3. Détendeur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément d'étrangle- ment est un clapet (16). 4. Détendeur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément sensible à la pression est un piston (20) ayant une première face (20a) soumise à une pression de référence et une seconde face (20b) soumise à la pression du fluide régnant dans la chambre de détente (6), un ressort (26) agissant sur la première face (20a) du piston (20) à l'encontre de la pression du fluide régnant dans la chambre de détente (6). 5. Détendeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (20) supporte une tige (18) qui coulisse de manière étanche dans la chambre de détente (6) et qui porte le clapet (16), la pression qui règne dans la chambre de détente (6) étant communiquée à la seconde face (20a) du piston (20) par un canal (28) qui la met en communication avec cette chambre. 6. Détendeur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la chicane comporte au moins un premier canal diamétral (14) qui s'étend selon une direction perpendiculaire à un canal d'entrée (9). 7. Détendeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chicane comporte au moins un deuxième canal diamétral (39), relie au premier canal (14), et qui débouche en amont de l'élément d'étranglement (16). 8. Détendeur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une cavité (32, 37) est interposée entre les premier (14) et deuxième (39) canaux diamétraux.