Brevet FR2738362A1 — publié le 19970307

DECRi PTiO La présente invention concerne un dispositif autonome de maintien ou d'ajout de quantité de gaz comprimé par insufflation automatique, dans un réservoir pressurisé sans vessie. Le dispositif est relié par une de ses faces au réservoir pressurisé S est en contact par cette face au gaz contenu dans ce même réservoir pressurisé, et est en contact par une autre de ses faces à dx gaz libre extérieur. Le réservoir pressurisé est connecté sur une canalisation sous pression distribuant un liquide par l'intermédiaire d'une pompe. Ce réservoir pressurisé contiens du gaz au-dessus du liquide provenant de la canalisation précitée.La pompe s 'enclenche à une pression minimum donnée et se déclenche à une pression maximum donnée : dans le réservoir pressurisé, une variation de pression du gaz entre ce minisun et ce maximum est donc induite par une variation entre deux niveaux donnés minimum et maximum du liquide comprimant le gaz du réservoir pressurisé. Les procédés déjà existant sont, ou tributaires d'énergie extérieure, ou prennent leur énergie de manaeuore sur le courant du liquide qu'ils pilotent par l'intermédiaire d'une pompe et se connectent par au moins deux passages ou perçages, augmentant ainsi les risques de fuite, sur un réservoir pressurisé du même type que celui décrit plus haut relié également au même type de distribution de liquide. Le procédé le plus simple fonctionne avec un clapet anti-retour fixé sur un tuyau piqué sur une canalisation sous pression et sur un réservoir pressurisé. Lorsque du liquide est propulsé dans la canalisation par une pompe, le clapet anti-retour du tuyau puise du gaz extérieur et le renvoie dans le réservoir pressurisé.Ce procédé est soumis à 1'effet de perte de charge due au mélange forcé du gaz et dx liquide en mouvement dans le tuyau; il ralentit l'équilibrage de pression dans le réservoir pressurisé. Le procédé le plus complexe comporte un contacteur électrique gaz-liquide loge à l'intérieur d'un réservoir pressurisé relié à une canalisation sous pression distribuant du liquide grâce à une pompe. Ce contacteur commande une électrovanne reliée à un compresseur; lorsque le liquide contenu dans le réservoir pressurisé dépasse un niveau maximum donné, suite à perte de gaz, le compresseur s'enclenche et équilibre la quantité de gaz au-dessus du liquide. ta présente invention, comme les procédés déjà existant, sert à annuler les pertes de gaz dfles aux imperfections d'étanchéité des réservoirs pressurisés ainsi que l'effet de dissolution de gaz comprimé dans le liquide qu'il comprime selon la loi de EI2nEr t "A température donnée, la quantité de gaz dissous à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz au-dessus de ce liquide." Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. n se fixe en un seul point par un tube de fixation sur un réservoir pressurisé et ne demande aucune énergie extérieure. Il se compose selon une première caractéristique, du tube de fixation précité relié à un grand boîtier, lui-même relié à un petit boîtier par l'intermédiaire d'un tube creur, le tout étant solidaire. A l'intérieur du grand boitier se loge une grande membrane motrice reliée par un tube pousseur à une petite membrane logée dans le petit boîtier. Le grand boîtier comporte également une chambre de contact entre le gaz du réservoir pressurisé et la paroi de la grande membrane motrice, côté tube de fixation par l'inténeur duquel passe ce même gaz du réservoir pressurisé. Le tube pousseur est solidaire des deux membranes en leur centre respectif et les traverse. Un clapet anti-retour logé dans l'orifice (du côté de la petite membrane), du tube pousseur s'ouvre vers l'intérieur de ce dernier et s'y ferme donc vers l'extérieur. Un autre clapet antiretour est logé dans orifice extérieur du petit boîtier, s'ouvrant vers l'intérieur de celui-ci, se fermant donc vers son extérieur.Une chambre de compression est constituée des parois internes du petit boîtier et de la paroi de la petite membrane, du côté de l'orifice extérieur du petit boîtier. le clapet anti-retour du tube pousseur se ferme lorsque le clapet anti-retour du petit boîtier s'ouvre, et inrersement, selon une seconde caractéristique majeure.En effet, en compression, lorsque le gaz du réservoir pressurisé sur lequel est fixé le dispositif se comprime par la montée du niveau du liquide contenu également dans ce même réservoir pressurisé, la grande membrane motrice étant en contact avec le gaz du réservoir pressurisé dans la chambre de contact se tend et entraîne le tube pousseur; celui-ci pousse la petite membrane qui reduit le volume de la chambre de compression ayant emprisonné du gaz libre extérieur. te clapet anti-retour logé dans l'orifice extérieur du petit boîtier se ferme à ce moment et empêche ainsi le gaz emprisonné de sortir. L'autre clapet anti-retour logé en baut du tube pousseur (côté petite membrane) s'ouvre alors vers l'irtérieur de celui-ci dès que la pression du gaz emprisonné dans la chambre de com-oression devient supérieure à la pression du gaz du réservoir pressurisé en contact avec la grande membrane motrice; le gaz emprisonné s' introduit alors par l'in*erieur du tube pousseur qui ini sert d'injecteur, et s'expulse dans le réservoir pressurisé.Un ressort taré à la pression miniuum du gaz contenu dans le réservoir pressurisé permet de détendre la grande membrane motrice. Un curseur de réglage bloqué à une position donnée par une bague de serrage permet d'ajuster la tare du ressort. Es décompression, lorsque le gaz du réservoir pxosslrisé se détend du fait de la baisse du niveau du liquide contenu dans le réservoir pressurisé, la grande membrane motrice est donc poussée vers la chambre de contact, côté tube de fixation, par le ressort taré, et grâce au tube pousseur entrain la petite membrane dans le sens inverse à celui de la compression. Le clapet anti-retour en bout (côté petite membrane) et à l'intérieur du tube pousseur, se ferme; le clapet anti-retour logé dans l'orifice du petit boîtier s'ouvre dès qu'il y a dépression créée par le déplacement de la petite membrane, et aspire le gaz libre extérieur qui emplit la chambre de compression. te cycle compression décompression se perpétue ainsi. tes dessins annexés illustrent l'invention La figure t représente en coupe, le dispositif selon l'invention, en phase de compression finale. La figure 2 représente en coupe, le dispositif selon l'invention, en phase de décompression finale. La figure 3 représente, vu de dessus, le dispositif selon 1 'invention. La figure 4 représente en coupe, le dispositif selon l'invention, fixé sur un réservoir pressurisé. Les figures 5, 6 & T représentent en coupe, trois variantes possibles du dispositif selon l'invention. Sur les figues 1, 2, 5, 6 & 7, les pionces hachurées sont fixes, alors que les pièces hachurées sont mobiles. référence à ces dessins, sur les figures 4 & 2, le dispositif comporte un tube de fixation (o), relié à un grand boîtier (2), lui-même relié à un petit boitier (3). Un tube creux (t6) dans lequel se loge un ressort (8) et un curseur (7) relie le grand boitier (2) au petit boîtier (3). Une bague de serrage (9) à vis entourant le tube creux (16), bloque le curseur (7). e grande membrane motrice (4) est logée dans le grand boîtier (2) et une petite membrane (6) est logée dans le petit boîtier (3).Une chambre de contact (20) entre le gaz contenu dans le réservoir pressurisé (18)(riG.4) etlaparoi côté tube de fixation (1) de la grande membrane motrice (4) permet à ce même gaz d'exercer une pression sur cette grande membrane motrice (4). te tube de fixation (1) permet au gaz contenu dans le réservoir pressurisé (1-8) de passer dans la chambre de contact (2G). Un tube pousseur (5) traversant le tube creux (16) relie solidairement la grande membrane motrice (4) à la petite membrane (6). Le curseur (T) ajuste le réglage de la tare du ressort (8) sur la longueur d'une glissière (15) en y étant bloqué par la bague de serrage (9).En compression (FIG.1), la pression exercée par le gaz du réservoir pressurisé (18)(FIG.4) sur la grande membrane motrice (4) pousse cette dernière ainsi que la petite membrane (6) qui lui est solidairement liée par le tube pousseur (5). Cette petite membrane (6) comprime du gaz extérieur préalablement emprisonné lors de la déconpressior. précédante dans une chambre de compression (il) contenue dans le petit boîtier (3). Un clapet anti-retour (li) logé dans le seul orifice (14) extérieur du petit boîtier (3) empêche, en se fermant, le gaz emprisonné dans la chambre de compression (41) de sortir par ce même orifice (14).Un clapet anti-retour (10) logé en bout et à l'intérieur du tube pousseur (5), côté petite membrane (6), permet, en stouvrant d'expulser le gaz emprisonné dans la chambre de compression (11) dont le volume est devenu nul en phase de compression finale. Le tube pousseur (5) sert d'injecteur (12) de gaz à son autre orifice (17), côté tube de fixation (f). I1 permet ainsi de maintenir ou d'augmenter la quantité de gaz comprimé dans le réservoir pressurisé (18)(FIG.4) sur lequel est fixé le dispositif (9). En effet, b ce moment, la pression du gaz du réservoir pressurisé (18) est inférieure à celle de la chambre de compression (11)(FIG.1).En décompression (FIG.2) la grande membrane motrice (4) est poussée par le ressort (8) dans le sens inverse à celui de la compression et entrain la petite membrane (6) par l'intermédiaire du tube pousseur (5). Le déplacement ainai créé de la petite membrane (6) ouvre par aspiration de gaz libre extérieur le clapet anti-retour (), et permet l'emplissage de la chambre de compression (11). Le clapet anti-retour a O) se ferme, la pression du gaz du réservoir pressurisé (18)(FIG.4) sur lequel est fixé le dispositif (t9) étant à ce moment supérieure à celle de la chambre de compression (11)(FIG.2). Le dispositif selon 1'invention est également caractérisé en ce que la grande membrane motrice (4) comporte une surface supérieure à celle de la petite membrane (6) qu'elle entraînes afin que la pression subie par le gaz emprisonné dans la chambre de compression (11) devienne supérieure à celle du gaz contenu dans le réservoir pressurisé (18)(?iG.4) et s'y introduise. Selon une autre caractéristique, le volume de gaz introduit dans le réservoir pressurisé (8)(?iG.4) à chaque cycle dépend du volume de gaz déplacé dans la chambre de compression (11)(FIG.1 & 2); ce volume de gaz déplacé est déterminé par la course et la surface de la petite membrane (6). Selon une autre caractéristique, la section intérieure du tube de fixation (1) est supérieure de plusieurs fois à la section extérieure du tube pousseur (5) pour ne pas que le gaz poussant la grande membrane motrice (4) soit contré par celui sortant par l'orifice (17) de l'injecteur (12); pour cette même raison, l'injecteur (52) déborde le tube de fixation (1) à l'intErieur du réservoir pressurisé (18)(FIG.4). Les principes physiques régulant le fonctionnement du dispositif selon l'invention, dans le but de maintien ou d'ajout de gaz comprimé dans un réservoir pressurisé, sont 1 ) La loi de l'hydrostatique, P 9 20) La loi de MARIOTTES P = V titre d'exemple non linitatif, le corps du dispositif selon l'invention est échelle "1" sur les fulgures 1,2 & 3. ta figure 4 illustre la position idéale cu dispositif (t9) sur le réservoir pressurisé (48), par rapport à la variation de niveaux minimum (3) et naxinum (E) du liquide en contact avec le gaz. Le dispositif (19) doit se trouver en contact avec' l'élément gazeux, et non avec l'élément liquide, afin d'éviter la pression supplémentaire dûe au poids du liquide sur la grande membrane motrice (4) qui ne pourrait ainsi pas se détendre complètement en phase de décompression. Ceci raccourcirait le déplacement de la petite membrane (6), et donc, une trop faible quantité da gaz libre extérieur serait emprisonné dans la chambre de compression (11); le dispositif (t9)(PIG.4) ne serait plus optimisé. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à maintenir ou ajouter de l'air comprimé au-dessus de l'eau d'un réservoir pressurisé sans vessie, le tout étant lié à une distribution d'eau par pompage. tes variations de pression pouvant être subies par le dispositif selon l'invention, suivant les matériaux le composant, sont de l'ordre de 2 x 105 Pa à 50 z 105 Pa. Selon les trois variantes possibles (liste non eshaustime) illustrées sur la planche 4 La figure 5 montre le même schéma de principe que le dispositif (19) (FIG.4), mais avec un piston à double face (21), une grande et une petite, à la place des deux membranes (4 & 6)(FIG.4). Cette variante peut fonctiomler à des pressions plus fortes que le dispositif (19) (G.4) : de l'ordre de 300 z 105 Pa à 800 x 105 Pa, selon les matériaux le composant, des pistons résistant physiquement à des pressions supérieures à celles de membranes. ta figure 6 montre le même schéma de principe que la figure 5 et con prend les mêmes remaroues, excepté qu'un injecteur (i) se trouve à l'extérieur d'un piston à double face (P2). La figure 7 est une variante à double piston (P3) du dispositif (19)(7rG.4), comprend les mêmes renarques, montre le nêne schéma de principe, mais sa pression d'utilisation, selon les matériaux le composant, est ae l'ordre de 50 z 105 à & 300 z 105 Pa. Les trois variantes illustrées succintement par les figures 5, 6 & T sont particulierement destinées à être utilisées avec des gaz sous haute pression et, ou, dangereux, par exemple en milieu radio actif. R E V E C T I O S 1) Dispositif autonome de maintien ou d'ajout de quantité de gaz comprimés par insufflation automatique, dans un réservoir pressurisé (48) contenant du gaz nu-dessus d'un liquide, caractérisé en ce qu'un seul tube de fixation (1) est raccordé à un grand boîtier (2) relié par un tube creux 6) à un petit boîtier (3) et en ce qu'une grande membrane motrice (4), car sensible à la pression esercde dans le réservoir pressurisé (18), logée dans le grand boîtier (2) pousse par l'intermédiaire d'un tube pousseur (5) une petite membrane (6) logée dans le petit boîtier (3); la petite membrane (6) étant en contact avec du gaz libre extérieur aspiré en décompression (FIG.2) dans une chambre de compression (11) logée dans le petit boîtier (3). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube creux (16) contient un ressort taré (8) à la pression minimum du gaz contenu dans le réservoir pressurisé (18), ainsi qu'un curseur de réglage (7) de la tare du ressort (8) verrouillé par une bague de serrage (9) entourant le tube creux (16). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube pousseur (5) sert d'injecteur (12) de gaz comprimé en son intérieur dans le réservoir pressurisé (18) en traversant en leur centre respectif chacune des deux membranes (4) & (6) tout en en étant solidaire. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre de compression (11) comporte un clapet anti-retour (13) s'ocrant vers l'intérieur de celle-ci lorsou'en phase de compression (FIG.1) la petite membrane (6) aspire du gaz libre extérieur afin de l'emprisonner. 5) Dispositif selon les revendications ld & 3 caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (10) s'ouvrant vers l'intérieur du tube pousseur (5), positionné en bout et à l'intérieur de celui-ci, côté petite membrane (6) permet l'évacuation du gaz emprisonné dans la chambre de compression (t4) par l'injecteur (1Z) dans le réservoir pressurisé (18). 6) Dispositif selon les revendications 1, 3, 4, d & 5 caractérisé en ce que la grange membrane motrice (4) possède une surface supérieure à celle de la petite membrane (6) de manière à ce que la pression exercée par cette petite membrane (6) sur le gaz emprisonné dans la chambre de compression (11) soit supérieure à celle régnant au moment de la compression dans le réservoir pressurise' (18). T) Dispositif selon les revendications 1, 3 & 5 caractérisé en ce que la section intérieure du tube de fixation (fol) par où nasse le gaz du réservoir pressurisé (18) pour être en contact avec la grande membrane motrice (4), est supérieure de plusieurs fois à la section extérieure du tube pousseur (5) afin que le gaz du réservoir pressurisé (18), en phase de décompression, ne soit pas contré par celui sortant par l'orifice (17) de l'injecteur (f2). 8) Dispositif selon les revendications 4, 4, 5 & 6 caractérisé en ce que la surface et la course de la petite membrane (6) détermine le volume de gaz déplacé emprisonné dans le chambre de compression (11)