Brevet FR2738892A1 — publié le 19970321

La présente invention concerne un clapet unidirectionnel protégé contre l'auto-inflammation. Certaines installations destinées à délivrer un gaz oxydant à partir de bonbonnes à haute pression comportent des composants qui peuvent être soumis à des contraintes thermiques importantes du fait d'une compression brutale adiabatique du gaz avec lequel ils sont en contact pouvant conduire à leur inflammation spontanée. Par exemple, le problème se pose au niveau du raccordement des bouteilles d'oxygène sous haute pression au collecteur de distribution de l'oxygène dans un réseau. Le collecteur, appelé également nourrice, a pour fonction de réunir dans un seul volume avec une seule sortie l'arrivée de plusieurs bouteilles. Le remplacement d'une bouteille vide exige qu'on la débranche du collecteur alors que les autres y sont maintenues branchées. Un clapet antiretour est disposé sur chaque branchement de bouteille interdisant le retour de gaz dans la bouteille vide ou la fuite de gaz lorsqu'on la débranche. Le branchement de la nouvelle bouteille étant réalisé, on ouvre celle-ci ce qui a pour effet d'engendrer une compression brutale du gaz contenu dans le tuyau reliant la bouteille au collecteur. En effet le clapet anti-retour est soumis à la pression interne du collecteur et ne deviendra passant que lorsque la pression dans le tuyau deviendra supérieure à celle régnant dans le collecteur. Aussi avant que le clapet ne s'ouvre le gaz du tuyau est comprimé en un temps très bref surtout si la bouteille a été ouverte rapidement sans précaution. Cette compression est adiabatique et l'élévation de température qui en résulte est extrêmement importante. La chaleur se transmet donc rapidement par exemple à la soupape du clapet, qui, en présence de l'oxygène peut brûler. C'est notamment le cas lorsque la soupape est en matière synthétique qui est souvent choisie pour sa capacité à étancher et pour ses propriétés de bonne résistance chimique à l'égard du gaz véhiculé. Il s'agit là d'un risque d'inflammation par l'amont du clapet. Il existe également des risques d'inflammation par l'aval. C'est notamment le cas lorsque la nourrice est à pression ambiante et qu'une bouteille qui y est raccordée est ouverte. Celle-ci ne crée pas de compression brutale du gaz contenu dans son tuyau de raccordement à la nourrice en amont du clapet mais remplit brutalement la nourrice et comprime brutalement le gaz qui s'y trouve. C'est à ce moment que les autres clapets de la nourrice subissent les effets de cette compression par l'aval c'està-dire dans le sens non-passant, ces clapets étant par hypothèse raccordés à des bouteilles non encore ouvertes. Il existe donc un besoin de protéger ces clapets contre les effets de ce type d'agression par compression adiabatique de faibles volumes de gaz avec lesquels ils sont directement en contact. A l'effet de satisfaire ce besoin, l'invention a pour objet un clapet unidirectionnel pour canalisation véhiculant un gaz oxydant à haute pression protégé contre l'inflammation spontanée comportant un corps dans lequel est ménagé un canal et définissant autour du canal un siège, une soupape montée à coulissement dans le corps à l'encontre d'un organe de son rappel sur le siège, dans lequel le canal comporte au moins une chicane. Cette chicane protège l'élément sensible du clapet (en général la soupape) en absorbant une grande partie de l'énergie due à l'onde de pression. Elle sera en général métallique et constituera un bouclier thermique de protection du clapet. Pour améliorer l'effet de dissipation de l'énergie thermique avant la soupape (et/ou son siège), on disposera dans le canal, entre le siège et la chicane un corps poreux réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur (par exemple un bronze fritté) Ce corps; jouant un rôle de filtre, ralentit et amortit l'onde de choc en multipliant les contacts du gaz avec un corps métallique qui joue le rôle d'absorbeur de calories. Dans une version plus élaborée du clapet selon l'invention qu'il s'agit également de protéger des risques provenant de l'aval, la soupape est portée par l'extrémité d'un corps coulissant dans la partie du canal située en aval du siège qui délimite en aval de la soupape au moins une chicane dans cette partie de canal. La chicane est alors embarquée avec la soupape ce qui simplifie la fabrication et le montage du clapet. Un mode de réalisation simple de ce clapet est tel que le corps coulissant est constitué par un piston tubulaire possédant une première section de guidage de diamètre extérieur égal au diamètre de la partie aval au canal et une seconde section de diamètre extérieur plus petit dont l'extrémité est fermée et porte extérieurement la soupape, cette seconde section comportant en aval de la soupape au moins un orifice radial de communication de sa chambre interne avec la chambre annulaire qu'elle détermine avec la paroi du canal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre d'exemple, d'un mode de réalisation. Il sera fait référence au dessin annexé qui, par une figure unique, illustre par une vue en coupe un clapet selon l'invention; Ce clapet comporte un corps 1, ici cylindrique équipé à chacune de ses extrémités de moyens de raccordement 2, 3 d'une part à un tuyau de branchement d'une bonbonne ou bouteille de gaz (filetage 2) et d'autre part par le filetage 3 à un collecteur ou nourrice, ces tuyaux et nourrice n'étant pas représentés au dessin. Ce corps 1 possède un canal central divisé en une partie amont 5 et une partie aval 6 par un siège 7 La partie amont 5 est elle-même divisée en une section 8 de grand diamètre éloignée du siège 7 et une section 9 de petit diamètre adjacente au siège 7. On a disposé dans la zone de raccordement des sections 8 et 9 un élément métallique 10 qui forme chicane pour l'écoulement du gaz vers le siège 7 et présente une paroi transversale à cet écoulement formant bouclier thermique. Cet élément 10 est ici un tronçon tubulaire pourvu d'orifices latéraux 11 et fermé à son extrémité amont par un disque transversal 12 qui forme le bouclier. Le diamètre externe de ce tube est inférieur à celui de la section 8 pour que le gaz puisse atteindre les orifices latéraux et les traverser pour atteindre au-delà du tube la section 9 de la partie 5 du conduit 4.Dans cette section 9, donc entre le siège 7 et l'élément 10 de chicanage on a placé un corps poreux 13, en bronze fritté par exemple, qui constitue un filtre (donc un amortisseur d'onde de pression) et un accumulateur de chaleur pour ajouter à l'accumulation réalisée sur le bouclier 12. Ce corps est constitué par une paroi poreuse dont la surface est suffisante pour que la section de passage du gaz en son travers soit au moins égale à la section de passage en aval du clapet. On comprend qu'avec ces deux éléments, l'onde de pression est fortement amortie en arrivant dans la zone du siège si bien que la couche de gaz voisine de ce siège subit une compression qui n'est plus adiabatique, donc productrice d'une moins grande quantité de chaleur, parce que la chaleur engendrée par la compression des couches de gaz plus en amont est en partie absorbée par les deux éléments 10 et 13 avant qu'elle puisse atteindre la zone du siège 7. Le clapet de l'invention comporte une soupape 14 ici sous la forme d'un manchon conique en matière synthétique appropriée présentant une bonne résistance chimique et une bonne résistance à l'inflammation en présence d'oxygène (on notera que le siège 7 peut également être revêtu d'un tel matériau). Cette soupape est portée par l'extrémité d'un corps coulissant 15. Ce corps coulissant est un piston métallique tubulaire ayant deux sections 16 et 17 de diamètres différents. La section 16 de diamètre plus petit est fermée à son extrémité libre, là où elle porte la soupape 14. Son diamètre est inférieur à celui de la partie aval 6 du canal 4 si bien qu'elle détermine avec la paroi de cette partie 6 une chambre annulaire 18. Cette chambre 18 communique avec la chambre intérieure du piston tubulaire par des orifices radiaux 19 ménagés dans la paroi de la section 16 au-delà de la soupape.La section 17 de grand diamètre a un diamètre extérieur égal à celui du canal dans sa portion 6. Elle constitue la section de guidage du piston 15 dans le canal. Un ressort 20 tend à appliquer le piston 15 contre le siège 7 lorsque le clapet est raccordé à la nourrice. La raideur de ce ressort est faible. On minimise ainsi la perte de charge au travers du clapet et l'ensemble clapet et ressort possède une fréquence propre basse ce qui le rend insensible aux vibrations du gaz. En outre, on notera que le gaz, au-delà du clapet, circule à l'intérieur du ressort 20 grâce au trajet défini par les orifices radiaux 19. Si une onde de pression parcourt la partie aval 6 du canal 4 alors que le clapet est fermé, celle-ci pénètre dans la chambre intérieure du piston tubulaire 15 où elle vient heurter la paroi de fermeture de son extrémité pour se diviser et traverser les orifices radiaux 19. Le fond du piston constitue un bouclier thermique comme le disque 12 de l'élément 10 et les orifices 19 à l'instar des orifices 11 forment une chicane d'amortissement de cette onde de pression diminuant l'intensité de la compression des couches de gaz voisines de la soupape 14. REVENDICATIONS 1. Clapet unidirectionnel pour canalisation véhiculant un gaz oxydant à haute pression protégé contre l'inflammation spontanée comportant un corps (1) dans lequel est ménagé un canal (4) et définissant autour du canal un siège (7), et une soupape (14) montée à coulissement dans le corps à l'encontre d'un organe (20) de son rappel sur le siège (7), caractérisé en ce que le canal (4) comporte en amont du siège au moins une chicane (10, 11, 12) 2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre le siège (7) et la chicane (10, 11, 12) le canal (4) comporte un corps poreux (13) en un matériau bon conducteur de la chaleur. 3. Clapet selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la soupape (14) est portée par l'extrémité d'un corps coulissant (15) dans la partie (6) du canal (4) située en aval du siège (7) qui délimite en aval de la soupape (14) au moins une chicane (18, 19) dans cette partie (6) de canal. 4. Clapet selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps coulissant (15) est constitué par un piston tubulaire possédant une première section (17) de guidage de diamètre extérieur égal au diamètre de la partie aval (6) au canal (4) et une seconde section (16) de diamètre extérieur plus petit dont l'extrémité est fermée et porte extérieurement la soupape (14) , cette seconde section (16) comportant en aval de la soupape (14) au moins un orifice radial (19) de communication de sa chambre interne avec la chambre annulaire (18) qu'elle détermine avec la paroi du canal (6).