Brevet FR2821173A1 — publié le 20020823

La présente invention concerne un réducteur de pression équilibré pour des gaz haute pression. Les réducteurs de pression équilibrés pour gaz haute pression sont bien connus dans l'état de la technique, et sont décrits notamment dans les documents FR-2 668 808, US-5 413 096, US-5 810 041, FR-2 792 388, US-5 139 046 et EP-0 807 571. Ces documents divulguent des réducteurs de pression dans lesquels la haute pression pénètre dans une chambre entourant un clapet similaire à un piston, qui obture une embouchure menant vers la chambre basse pression et vers une membrane de commande. La basse pression, ou pression réduite, qui agit contre le clapet sur sa surface correspondant à la surface de l'embouchure, atteint également, à travers un passage formé dans le clapet, une chambre d'équilibrage pourvue d'un joint torique entourant la tige dudit clapet. L'équilibrage du système est réalisé par le fait que le diamètre de la surface correspondant à la surface de l'embouchure est sensiblement identique au diamètre de la tige du clapet dans la chambre d'équilibrage. L'ouverture du système est réalisée par une tige de commande interposée entre la membrane et le clapet, et qui détache le clapet de l'embouchure sous l'effet d'une force exercée par un ressort de charge disposé au-dessus de la membrane, lorsque la pression descend en dessous d'une valeur préétablie. Les réducteurs de pression du type susmentionné, bien que largement utilisés, présentent un certain nombre d'inconvénients. Ainsi, la chambre haute pression agit à l'extérieur de la surface de l'embouchure et est formée dans le corps du réducteur de pression, autour du clapet. Par conséquent, elle doit être relativement grande ce qui nécessite un corps très résistant pour le réducteur de pression, qui doit résister à la force exercée par la haute pression, ce qui implique de grandes dimensions et des coûts élevés. D'autre part, le moyen d'étanchéité qui ferme l'embouchure est prévu sur le clapet et est donc toujours réalisé avec un trou à l'intérieur de la zone en contact avec la pression réduite. Ceci signifie que puisque la partie d'étanchéité est réalisé en un matériau relativement mou (du nylon ou un composé élastomère), la haute pression pourrait passer à travers les points de jonction entre le moyen d'étanchéité et son élément de support formé par le clapet. Afin de résoudre ce problème, des technologies complexes et coûteuses ont été adoptées, tel que l'utilisation d'un revêtement pratiquement complet du clapet avec un matériau d'étanchéité (élastomère), pour éviter une discontinuité du matériau d'étanchéité soumis à la haute pression. Une autre solution a été l'utilisation d'un matériau d'étanchéité relativement dur en combinaison avec des joints toriques et des sièges de clapet de formes particulières. De plus, l'organe de commande interposé entre la membrane de commande et le clapet est assemblé dans le passage de pression réduite, c'est à dire à l'intérieur de l'embouchure coopérant avec le clapet, et il réduit par conséquent substantiellement la section dudit passage, limitant ainsi de manière significative l'écoulement de sortie maximal possible du réducteur de pression. La présente invention a pour but de fournir un réducteur de pression équilibré pour gaz haute pression qui ne reproduit pas les inconvénients susmentionnés. La présente invention a ainsi pour but de fournir un réducteur de pression ayant des dimensions réduites et des performances d'écoulement supérieures. La présente invention a aussi pour but de fournir un réducteur de pression équilibré qui soit simple et peu coûteux à fabriquer et à assembler. La présente invention a donc pour objet un réducteur de pression équilibré pour des gaz haute pression comprenant un corps définissant une entrée haute pression et une sortie basse pression, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet disposé entre ladite entrée haute pression et ladite sortie basse pression, ledit clapet étant mobile entre une position d'ouverture, dans laquelle il ouvre un passage entre ladite entrée haute pression et ladite sortie basse pression, et une position de fermeture, dans laquelle il coopère avec un siège de clapet pour obturer ledit passage, ledit clapet étant déplacé vers sa position d'ouverture par un organe de commande qui, lorsque la pression des gaz est inférieure à un seuil de pression prédéterminé, est sollicité par un élément élastique, tel qu'un ressort, vers une position d'actionnement correspondant à la position d'ouverture du clapet, ledit élément élastique, à partir dudit seuil de pression prédéterminé, ne sollicitant plus ledit organe de commande vers sa position d'actionnement de sorte que ledit clapet est alors sollicité élastiquement vers sa position de fermeture par un moyen élastique tel qu'un ressort, ledit clapet étant réalisé de telle sorte qu'en position de fermeture, la haute pression s'exerce au centre de la surface externe dudit siège de clapet qui coopère avec ledit clapet. Avantageusement, ledit clapet est creux, et définit une chambre interne haute pression reliée à ladite entrée haute pression, de telle sorte que la haute pression est alimentée à travers ladite chambre interne dudit clapet. Avantageusement, ledit clapet comporte à son extrémité en contact avec le siège de clapet, une embouchure dont le bord périphérique est défini par une arête vive. Avantageusement, ledit siège de clapet est solidaire dudit corps et est réalisé en un matériau d'étanchéité approprié pour réaliser une obturation étanche avec ledit clapet en position de fermeture. Avantageusement, la surface externe dudit siège de clapet, qui coopère avec ledit clapet en position de fermeture, est monobloc et continue. Avantageusement, ledit organe de commande est disposé en dehors du passage d'écoulement de gaz. Avantageusement, la sortie basse pression est reliée à une chambre basse pression qui contient ledit clapet. Avantageusement, ledit organe de commande coopère avec un élément de commande, soumis d'une part à la basse pression de la chambre basse pression, et d'autre part à la force exercée par ledit élément élastique, ledit élément de commande séparant de manière étanche ladite chambre basse pression dudit élément élastique, de telle sorte que lorsque ledit seuil de pression prédéterminé est atteint dans ladite chambre basse pression, l'élément de commande comprime l'élément élastique, permettant ainsi audit clapet de se déplacer vers sa position de fermeture. Selon une première variante de réalisation, ledit élément de commande est une membrane étanche flexible. Selon une seconde variante de réalisation, ledit élément de commande est une plaque rigide coulissant de manière étanche, notamment au moyen d'un joint torique, dans une chambre contenant ledit élément élastique. Avantageusement, ladite surface externe dudit siège de clapet forme une pointe s'étendant en direction dudit clapet, de manière à diminuer les tourbillonnements au niveau de l'embouchure dudit clapet. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au cours de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation avantageux de la présente invention, faite en référence aux dessins joints, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en section transversale partiellement découpée montrant un réducteur de pression équilibré selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention, en position de fermeture du clapet, - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, en position d'ouverture du clapet, et - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, montrant une variante de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, le réducteur de pression comporte un corps 15 dans lequel est réalisée une entrée haute pression 1, et une sortie basse pression ou pression réduite 2. Le passage 3 mène vers une soupape de sécurité de surpression, qui est requise sur chaque type de réducteur de pression, et le passage 4 est une sortie haute pression pour une éventuelle jauge de vérification de haute pression. Avantageusement, un filtre 5 est disposé dans le passage d'entrée haute pression 1 pour éviter l'entrée de particules dans le circuit de gaz. Un clapet 6 est disposé de manière mobile entre une position d'ouverture, dans laquelle il ouvre un passage entre ladite entrée haute pression 1 et ladite sortie basse pression 2, et une position de fermeture, dans laquelle il obture ledit passage. Dans cette position de fermeture, ledit clapet 6 coopère avec un siège de clapet 16. Le clapet 6 est creux et est pourvu d'un passage interne 7, d'une embouchure 8, d'une tige 9 ayant sensiblement le même diamètre que l'embouchure 8, et d'une partie de plus grand diamètre 9'. La chambre d'équilibrage 10 dans laquelle la tige 9 du clapet coulisse contient un joint torique 11, un anneau anti-extrusion 12, et un élément cylindrique creux 13 qui retient le joint torique dans sa position pendant le coulissement du clapet 6. Un collecteur d'entrée haute pression 14 est avantageusement prévu pour fermer la chambre d'équilibrage 10, tout en formant ladite entrée haute pression 1. De préférence, l'embouchure 8 du clapet 6 qui coopère avec le siège de clapet 16 en position de fermeture, comporte un bord périphérique défini par une arête vive, qui permet d'obtenir une parfaite étanchéité en position de fermeture. Le corps 15 du réducteur de pression supporte ledit siège de clapet 16, qui est de préférence réalisé en un matériau d'étanchéité approprié, tel que par exemple un matériau élastomère, et contre lequel l'embouchure 8 du clapet est pressée en position de fermeture. Un élément de commande 17, qui est une membrane étanche flexible dans l'exemple représenté sur les figures, est chargé par un élément élastique 18, tel qu'un ressort, et coopère d'autre part avec un organe de commande 19. L'organe de commande 19 peut comporter une partie plate 20 agissant contre la membrane 17, et est avantageusement pourvu d'au moins deux, de préférence trois tiges 21 agissant contre la partie de plus grand diamètre 9'du clapet 6. Les tiges 21 peuvent atteindre le clapet 6 à travers des fentes appropriées 22 formées dans le corps 15. Selon l'invention, en position de fermeture du clapet 6, la haute pression s'exerce au centre de la surface externe 116 dudit siège de clapet 16, ladite surface externe 116 étant celle qui coopère avec ledit clapet 6 en position de fermeture. Ainsi, la chambre 23 dans laquelle est disposé le clapet 6 et qui est formée dans le corps 15 du réducteur de pression n'est pas la chambre haute pression comme dans les réducteurs de pression connus, mais forme au contraire la chambre basse pression. Cette chambre basse pression 23 est en communication avec la surface inférieure de la membrane de commande 17, avantageusement à travers lesdites fentes 22. Le clapet 6, en position de fermeture, est sollicité, notamment comprimé contre le siège de clapet 16 par un moyen élastique, tel qu'un ressort 24, qui repose avantageusement d'une part sur la partie de plus grand diamètre 9 dudit clapet 6, et d'autre part sur un butée solidaire du corps 15. Avantageusement, le corps 26 de la chambre d'équilibrage comporte un joint torique 25 disposé entre ledit corps de chambre d'équilibrage 26 et le corps 15 du réducteur de pression, ce qui permet de réaliser l'étanchéité entre ces deux composants. Avantageusement, un petit trou 27 peut être formé dans le corps 15 du réducteur de pression, derrière le siège de clapet 16, ce qui peut faciliter l'extraction de celui-ci pour son éventuel remplacement. Le fonctionnement du réducteur de pression représenté sur les figures est le suivant. L'écoulement de gaz à haute pression pénètre dans l'entrée haute pression 1, traverse le filtre 5, et pénètre dans la chambre interne haute pression 7 disposée à l'intérieur du clapet 6. Il n'y a donc aucune haute pression à l'extérieur du clapet, et en particulier à l'extérieur de l'embouchure 8 de ce clapet. En position ouverte du clapet, représentée sur la figure 2, l'écoulement de gaz passe donc de l'intérieur du clapet 6, c'est à dire de la chambre haute pression 7, à la chambre basse pression 23 disposée immédiatement en aval dudit clapet 6 dans le sens d'écoulement des gaz, et notamment du point de fermeture entre ladite embouchure 8 et ledit siège de clapet 16. La pression de cet écoulement de gaz est alors transmise à ladite membrane de commande 17 via lesdites fentes 22, et lorsqu'un seuil prédéterminé de pression est atteint, correspondant à la raideur dudit ressort 18, ladite membrane de commande 17 est poussée ou déformée par la pression vers le haut sur les figures, de sorte que le ressort 18 ne sollicite plus l'organe de commande 19 vers sa position d'actionnement dans laquelle il sollicite le clapet 6 dans sa position d'ouverture. Le clapet 6 est alors déplacé de sa position d'ouverture, représentée sur la figure 2, vers sa position de fermeture, représentée sur la figure 1, sous l'effet du ressort 24. Ledit clapet 6 est alors sollicité élastiquement, notamment pressé contre le siège de clapet 16 par le ressort 24, ce qui fournit une fermeture étanche du système. Ainsi, lorsque la pression des gaz atteint et/ou dépasse le seuil de pression prédéterminé, l'organe de commande 19 n'est plus poussé vers le bas sur les figures par la membrane 17 (en fait le ressort 18), mais au contraire est poussé vers le haut sur les figures par le clapet 6 (en fait le ressort 24). De manière évidente, la forme exercée par le ressort 24 est inférieure à celle exercée par le ressort 18. Lorsque la pression dans la chambre 23 redescend en dessous du seuil prédéterminé de pression le ressort 18 s'étend à nouveau, en repoussant ou déformant la membrane 17 vers le bas. Celle-ci agit de manière correspondante sur l'organe de commande 19, qui par l'intermédiaire des tiges 21 détache le clapet 6 du siège de clapet 16 contre la force du ressort 24, pour réouvrir le système. L'équilibrage du réducteur de pression de l'invention par rapport aux variations de la pression d'entrée est garanti par le fait que la pression d'entré, qui est la haute pression, agit contre deux surfaces équivalentes du clapet 6, à savoir la surface à l'intérieur de l'embouchure 8 d'une part, et la section de la tige 9 du clapet dans la chambre d'équilibrage 10 d'autre part. Ainsi, la zone soumise à la haute pression est limitée au clapet 6 et à la surface externe 116 du siège de clapet 16, correspondant à la surface en section transversale de l'embouchure 8. Ces surfaces sont petites et ne nécessitent pas de grandes dimensions pour résister à la haute pression. L'alimentation de la haute pression étant avantageusement réalisée à travers l'intérieur du clapet 6, il est par conséquent possible de disposer l'organe de commande 19 à l'extérieur du circuit d'écoulement de gaz ce qui augmente les performances d'écoulement. De plus, l'élément d'étanchéité qui réalise l'étanchéité entre le clapet 6 et le siège de clapet 16, et qui dans la présente invention est formé par le siège de clapet 16, ne comporte aucun trou ou point de jonction exposé à de la haute pression. Au contraire, le siège de clapet 16, et en particulier sa surface externe 116, est monobloc et continu, de sorte qu'il peut être réalisé de manière très simple et peu coûteuse avec un petit disque en matériau plastique approprié. La figure 3 montre une variante de réalisation dudit siège de clapet 16, dans laquelle la surface externe 116 a une forme en pointe qui s'étend en direction du clapet 6, et qui, en position de fermeture, pénètre à l'intérieur de l'embouchure 8 dudit clapet 6. Ceci permet de réduire les tourbillonnements ou vortex d'écoulement au niveau de l'embouchure 8, ce qui améliore par conséquent de manière appropriée les performances d'écoulement globales du réducteur de pression. L'invention a été décrite en référence à un mode de réalisation particulier de celle-ci, mais il est clair que diverses modifications pourraient y être apporter par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention, telle que définie par les revendications annexées. En particulier, la membrane de commande 17, qui est étanche et flexible, pourrait être remplacée par une plaque rigide coulissant de manière étanche dans la chambre 50 contenant le ressort 18. Par exemple, la plaque pourrait comporter un joint torique au niveau de son bord périphérique en contact avec les parois de ladite chambre 50. D'autres modifications sont également envisageables, et notamment en ce qui concerne la forme et la position des différents éléments, que ce soit les éléments élastiques, les formes et positions des différents passages, ou encore les moyens permettant de transmettre la pression à ladite membrane de commande, ainsi que les moyens permettant de relier celle-ci audit clapet. Revendications 1.-Réducteur de pression équilibré pour des gaz haute pression comprenant un corps (15) définissant une entrée haute pression (1) et une sortie basse pression (2), caractérisé en ce qu'il comprend un clapet (6) disposé entre ladite entrée haute pression (1) et ladite sortie basse pression (2), ledit clapet étant mobile entre une position d'ouverture, dans laquelle il ouvre un passage entre ladite entrée haute pression (1) et ladite sortie basse pression (2), et une position de fermeture, dans laquelle il coopère avec un siège de clapet (16) pour obturer ledit passage, ledit clapet (6) étant déplacé vers sa position d'ouverture par un organe de commande (19) qui, lorsque la pression des gaz est inférieure à un seuil de pression prédéterminé, est sollicité par un élément élastique (18), tel qu'un ressort, vers une position d'actionnement correspondant à la position d'ouverture du clapet (6), ledit élément élastique (18), à partir dudit seuil de pression prédéterminé, ne sollicitant plus ledit organe de commande (19) vers sa position d'actionnement de sorte que ledit clapet (6) est alors sollicité élastiquement vers sa position de fermeture par un moyen élastique (24) tel qu'un ressort, ledit clapet (6) étant réalisé de telle sorte qu'en position de fermeture, la haute pression s'exerce au centre de la surface externe (116) dudit siège de clapet (16) qui coopère avec ledit clapet (6). 2.-Réducteur de pression selon la revendication 1, dans lequel ledit clapet (6) est creux, et définit une chambre interne haute pression (7) reliée à ladite entrée haute pression (1), de telle sorte que la haute pression est alimentée à travers ladite chambre interne (7) dudit clapet (6). 3.-Réducteur de pression selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit clapet (6) comporte à son extrémité en contact avec le siège de clapet (16), une embouchure (8) dont le bord périphérique est défini par une arête vive. 4.-Réducteur de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit siège de clapet (16) est solidaire dudit corps (15) et est réalisé en un matériau d'étanchéité approprié pour réaliser une obturation étanche avec ledit clapet (6) en position de fermeture. 5.-Réducteur de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface externe (116) dudit siège de clapet (16), qui coopère avec ledit clapet (6) en position de fermeture, est monobloc et continue. 6.-Réducteur de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit organe de commande (19) est disposé en dehors du passage d'écoulement de gaz. 7.-Réducteur de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sortie basse pression (2) est reliée à une chambre basse pression (23) qui contient ledit clapet (6). 8.-Réducteur de pression selon la revendication 7, dans lequel ledit organe de commande (19) coopère avec un élément de commande (17), soumis d'une part à la basse pression de la chambre basse pression (23), et d'autre part à la force exercée par ledit élément élastique (18), ledit élément de commande (17) séparant de manière étanche ladite chambre basse pression (23) dudit élément élastique (18), de telle sorte que lorsque ledit seuil de pression prédéterminé est atteint dans ladite chambre basse pression (23), l'élément de commande (17) comprime l'élément élastique (18), permettant ainsi audit clapet (6) de se déplacer vers sa position de fermeture. 9.-Réducteur de pression selon la revendication 8, dans lequel ledit élément de commande (17) est une membrane étanche flexible. 10.-Réducteur de pression selon la revendication 8, dans lequel ledit élément de commande (17) est une plaque rigide coulissant de manière étanche, notamment au moyen d'un joint torique, dans une chambre (50) contenant ledit élément élastique (18). 11.-Réducteur de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite surface externe (116) dudit siège de clapet (16) forme une pointe s'étendant en direction dudit clapet (6), de manière à diminuer les tourbillonnements au niveau de l'embouchure (8) dudit clapet (6).