Brevet FR2818727A1 — publié le 20020628

L'invention porte sur une soupape à amplification d'ouverture pour régulateur de pression. Les soupapes incorporées dans les régulateurs de pression permettent d'évacuer les remontées en pression lentes dans le circuit basse pression et protègent assez bien les installations situées en aval. Les remontées de pression sont généralement causées par des Io impuretés venant se loger entre le siège et le clapet. En général, les soupapes actuelles sont suffisantes pour pallier ce type de défaut. Toutefois, dans les détendeurs pour bouteilles de gaz comprimés haute pression, en général pour des pressions allant de 150 bar à 300 bar, voire au delà de 300 bar, des problèmes de sécurité peuvent se poser. En effet, pour ces pressions élevées, les risques majeurs, outre les remontées lentes décrites ci-avant, sont des brusques surpressions éventuelles pouvant être exceptionnellement provoquées par le blocage du clapet de détente en position ouverte, suite à un défaut de fonctionnement, tel un blocage, un grippage. Dans ce cas, le gaz à haute pression arrive brusquement dans la chambre basse pression. Si la soupape n'a pas une réaction d'ouverture rapide et suffisante pour évacuer ce gaz à haute pression, les zones habituellement soumises à la basse pression risquent de ne pas résister et un éclatement peut survenir. Les normes concernant les détendeurs industriels ou pour les gaz médicaux intègrent les règles de fonctionnement de ces soupapes et rappelées par notamment le document FR-A-9606925. Cependant dans le cas spécifique de détendeurs à fort débits, les soupapes existantes n'atteignent pas une ouverture suffisante pour absorber les débits importants. Le but de l'invention est alors de réaliser une soupape de décharge intégrant les contraintes fixées par les normes internationales, de limiter les risques décrits ci-dessus, tout en restant de conception simple. Dit autrement la présente invention vise à proposer une soupape de décharge à réaction rapide, a amplification d'ouverture, ayant une précision d'ouverture indéréglable et d'une très bonne répétitivité, plus particulièrement destinée aux régulateurs pour bouteilles de gaz comprimés ou aux centrales de détentes industrielles ou médicales en haute pression dont la demande de débit est importante. La solution apportée par la présente invention est alors une soupape comprenant: - un corps de soupape comportant: une chambre interne d'axe (AA) comprenant un compartiment amont et un compartiment aval, ledit compartiment amont étant de 1 5 section cylindrique et de diamètre (Dam) et ledit compartiment aval étant de section cylindrique et de diamètre (Dav), avec Dam approximativement égal au diamètre (Dam) du corps de soupape. - lorsque le corps de piston se déplace.en translation selon l'axe (AA) et dans le sens tendant à l'éloigner de l'orifice d'entrée de fluide, la deuxième portion (P2) de paroi latérale du corps de piston passe successivement du compartiment amont au compartiment aval de la chambre interne de manière à libérer un espace permettant au fluide de circuler entre la paroi latérale de lo ladite deuxième portion (P2) du corps de piston et la paroi interne au compartiment aval de la chambre interne. - la paroi dudit corps de soupape comporte une face interne formant le fond du compartiment amont, sur laquelle vient normalement prendre appui la face avant du corps de piston, de préférence la face avant du corps de piston comporte des moyens d'étanchéité, - une partie du compartiment aval de la chambre intemrne comporte un moyen élastique venant normalement exercer une force de poussée sur la face arrière du corps de piston, selon l'axe (AA) et dans le sens tendant à rapprocher la face avant du corps de piston de la face interne dudit corps de soupape, de préférence le moyen élastique est un ressort, - un orifice d'entrée de fluide débouche sur la face interne du compartiment amont, de préférence orifice d'entrée de fluide débouche vers le centre de la face interne - la première portion (P1) de premier diamètre (D1) est située en amont de la deuxième portion (P2) de deuxième diamètre (D2), lorsque l'on considère le sens de circulation d'un fluide passant successivement du compartiment amont au compartiment aval, - un moyen d'étanchéité est aménagé dans la paroi périphérique interne du compartiment amont de manière à assurer une étanchéité fluidique entre lesdits compartiment amont et compartiment aval, lorsque la deuxième portion (P2) de paroi latérale du corps de piston est positionnée en regard dudit moyen d'étanchéité, de préférence ledit moyen d'étanchéité est un joint annulaire, - un orifice de fuite est aménagé au travers de la deuxième portion (P2) de paroi latérale du corps de piston de manière à mettre en communication fluidique le compartiment aval avec la partie du compartiment amont située entre ladite deuxième portion (P2) de paroi latérale du corps de piston et la face avant du corps de piston, - des moyens de réglage coopèrent avec le moyen élastique de manière à pouvoir régler ou ajuster la force de poussée s'exerçant sur la face 0o arrière du corps de piston, - elle est formée d'au moins une première sous-unité et d'une deuxième sous-unité venant se fixer l'une à l'autre, la première sous-unité incluant au moins le compartiment amont et au moins un orifice d'entrée de fluide et la deuxième sous-unité comportant au moins un orifice de sortie de fluide, de préférence les deux sous-unités peuvent s'emboîter l'une dans l'autre. Selon un autre aspect, I'invention porte aussi sur un dispositif de régulation de pression permettant de réguler ou ajuster la pression d'un fluide, notamment d'un gaz, comportant une telle soupape. Selon encore un autre aspect, I'invention a trait à un dispositif de régulation de pression permettant de réguler ou ajuster la pression d'un fluide, notamment d'un gaz, comportant un corps principal comprenant un passage interne de fluide comportant une entrée de fluide à haute pression et une sortie de fluide à basse pression et des moyens de détente de fluide étant agencés, dans une chambre de détente de fluide, entre lesdites entrée de fluide à haute pression et sortie de fluide à basse pression, caractérisé en ce que ladite chambre de détente de fluide est en communication fluidique avec au moins un orifice d'entrée de fluide aménagé dans la paroi d'un corps de soupape et débouchant dans le compartiment amont de la chambre interne d'une soupape selon l'invention. Par ailleurs, I'invention concerne aussi un récipient de fluide sous pression équipé d'un tel dispositif de régulation de pression, en particulier une bouteille de gaz, ou une canalisation de fluide sous pression équipée d'un tel dispositif de régulation de pression ou d'une soupape selon l'invention. La présente invention est illustrée sur les figures 1 et 2 montrant des modes de réalisation possibles d'une soupape selon l'invention intégrée à un détendeur de gaz (figure 1) ou, à l'inverse, autonome (figure 2) c'est-à-dire non intégrée à un détendeur. On voit sur la figure 1, le schéma d'un détendeur pour bouteille de gaz comprimé en haute pression composé d'un corps 32 dans lequel est ménagé un siège 35, d'un clapet 39 prenant appui sur le siège 35 grâce à la force exercée par un ressort de pression 33, I'ensemble étant contenu dans une chambre 36 haute pression fermée par un bouchon vissé 31. L'alimentation S5 en gaz à haute pression (HP) se fait par l'orifice 34 d'entrée de gaz. Dans la partie inférieure du corps 32, la chambre basse pression 36' est ménagée entre le corps 32 et le piston 30, un joint torique 40 effectue l'étanchéité du piston 30 avec l'extérieur. La pression détendue et régulée est conduite en sortie vers un orifice 19 de sortie. Le réglage de la pression détendue dans la chambre 36' est déterminé par l'équilibre entre la force axiale de compression du ressort de détente 6 et la force axiale résultant de la pression exercée sur le diamètre extérieur du piston 30. Le réglage de la pression s'effectue grâce à la vis de détente 8 qui appuie sur le centre de ressort 9 elle-même en appui sur le ressort 6. Dans le piston 30 sont ménagés des passages pour alimenter le corps de soupape 2 de la soupape 1 dans le cas d'une montée en pression. La soupape est constituée d'un corps métallique 2 plein, dont la partie avant est munie d'un joint d'étanchéité 22, ce dernier s'appuyant sur le fond plat du piston 30 servant ainsi de siège. Le diamètre du joint 22 est calculé pour que l'ouverture de la soupape s'effectue à une valeur bien précise par rapport au réglage initial de la pression qui règne dans la chambre 36'. La grande surface d'étanchéité formée par le joint 22 permet d'obtenir une grande sensibilité sur le seuil d'ouverture ainsi qu'une réaction instantanée lors d'une montée brusque et élevée de la surpression. Pour satisfaire des critères de sécurité, le débit de la soupape doit être pris en compte pour permettre l'évacuation complète de la surpression brusque. Cette valeur de débit est généralement définie pour un niveau de pression égal à 2 fois la pression détendue. On considère qu'à cette valeur le débit ne doit pas être inférieur au débit du détendeur annoncé par le fabricant. Dans ce cas, il se peut que le débit délivré par la soupape soit insuffisant. Selon l'invention, on amplifie l'ouverture de la soupape pour qu'elle donne une section de passage supérieure et satisfasse les critères de débit énoncés ci-dessus. Pour ce faire, le piston 2 possède 2 diamètres internes successifs D1 et D2, I'un est ajusté au diamètre (D1, Dam) du joint torique 4 servant d'amplificateur, I'autre étant suffisamment réduit pour ménager une grande section de passage avec le joint (repère 8) lorsque la soupape est entièrement sortie de ce joint. Le débit de gaz qui s'échappe de la soupape est évacué par un orifice de passage 20. Un orifice de fuite 5 est ménagé entre les 2 diamètres du piston 2 de la soupape et l'extérieur au-delà du joint 4 afin de permettre la fermeture normale de la soupape lorsque la surpression a disparu. La figure 2 schématise une soupape autonome destinée à être collectée sur un circuit dont on devra maîtriser la pression maximum. Elle est composée d'un corps I munie d'une entrée filetée 10 recevant le piston de la soupape et reposant sur le fond plat la du corps 1 ainsi que les 2 diamètres successifs D1 et D2. Une gorge a été ménagée dans le corps recevant le joint torique. Le ressort 6 permet d'ajuster le niveau du seuil de pression grâce au préréglage de la vis 8 en appui sur le bentre de ressort 9. L'orifice ménagé dans la coiffe 11b de soupape permet d'évacuer l'excès de pression et débit s'échappant de la soupape et collecté au point d'entrée. Revendications 1. Soupape comprenant: - un corps de soupape (1) comportant: une chambre interne (21) d'axe (AA) comprenant un. compartiment amont (21a) et un compartiment aval (21b), ledit compartiment amont (21a) étant de section cylindrique et de diamètre (Dam) et ledit compartiment aval (21b) étant de section cylindrique et de diamètre (Dav), avec Dam et de deuxième diamètre (D2), avec D1 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le deuxième diamètre (D2) de la deuxième portion (P2) est approximativement égal au diamètre (Dam) du corps de soupape. 3. Soupape selon l'une des revendications I ou 2, caractérisée en ce que, lorsque le corps de piston (2) se déplace en translation selon l'axe (AA) et dans le sens tendant à l'éloigner de l'orifice d'entrée de fluide, la deuxième portion (P2) de paroi latérale du corps de piston (2) passe successivement du compartiment amont (21a) au compartiment aval (21b) de la chambre interne (21) de manière à libérer un espace permettant au fluide de circuler entre la paroi latérale de ladite deuxième portion (P2) du corps de piston (2) et la paroi intemrne au compartiment aval (21b) de la chambre interne (21) . s 4. Soupape selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la paroi dudit corps de soupape (1) comporte une face interne (la) formant le fond du compartiment amont (21a), sur laquelle vient normalement prendre appui la face avant (2a) du corps de piston, de préférence la face avant (2a) du corps de piston comporte des moyens d'étanchéité (22). 5. Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'au moins une partie du compartiment aval (21b) de la chambre interne (21) comporte un moyen élastique (6) venant normalement exercer une force de poussée sur la face arrière (2b) du corps de piston (2), selon l'axe (AA) et dans le sens tendant à rapprocher la face avant (2a) du corps de piston (2) de la face interne (la) dudit corps de soupape (1), de préférence le moyen élastique (6) est un ressort. 6. Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'au moins un orifice d'entrée (10) de fluide débouche sur la face interne (la) du compartiment amont (21a), de préférence orifice d'entrée (10) de fluide débouche vers le centre de la face interne (la). 7. Soupape selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la première portion (P1) de premier diamètre (D1) est située en amont de la deuxième portion (P2) de deuxième diamètre (D2), lorsque l'on considère le sens de circulation d'un fluide passant successivement du compartiment amont (21a) au compartiment aval (21b). 8. Soupape selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'un moyen d'étanchéité (4) est aménagé dans la paroi périphérique interne du compartiment amont (21a) de manière à assurer une étanchéité fluidique entre lesdits compartiment amont (21a) et compartiment aval (21b), lorsque la deuxième portion (P2) de paroi latérale -du corps de piston (2) est positionnée en regard dudit moyen d'étanchéité (4), de préférence ledit moyen d'étanchéité (4) est un joint annulaire. 9. Soupape selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'un orifice de fuite (5) est aménagé au travers de la deuxième portion (P2) de paroi latérale du corps de piston (2) de manière à mettre en communication fluidique le compartiment aval (21b) avec la partie du compartiment amont (21a) située entre ladite deuxième portion (P2) de paroi latérale du corps de piston (2) et la face avant (2a) du corps de piston (2). 10. Soupape selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce o0 que des moyens de réglage (9, 8) coopèrent avec le moyen élastique (6) de manière à pouvoir régler ou ajuster la force de poussée s'exerçant sur la face arrière (2b) du corps de piston (2). 11. Soupape selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins une première sous-unité (11la) et d'une deuxième sous-unité (11b) venant se fixer l'une à l'autre, la première sous- unité (11a) incluant au moins le compartiment amont (21a) et au moins un orifice d'entrée (10) de fluide et la deuxième sous-unité (lb) comportant au moins un orifice de sortie (20) de fluide, de préférence les deux sousunités (la, lb) peuvent s'emboîter l'une dans l'autre. 12. Dispositif de régulation de pression permettant de réguler ou ajuster la pression d'un fluide, notamment d'un gaz, comportant une soupape selon l'une des revendications 1 à 11. 13. Dispositif de régulation de pression permettant de réguler ou ajuster la pression d'un fluide, notamment d'un gaz, comportant un corps principal comprenant un passage interne de fluide comportant une entrée de fluide à haute pression et une sortie de fluide à basse pression et des moyens de détente de fluide étant agencés, dans une chambre de détente de fluide, entre lesdites entrée de fluide à haute pression et sortie de fluide à basse pression, caractérisé en ce que ladite chambre de détente de fluide est en communication fluidique avec au moins un orifice d'entrée (10) de fluide aménagé dans la paroi d'un corps de soupape (1) et débouchant dans le compartiment amont de la chambre interne (21) d'une soupape selon l'une des revendications 1 à 11. 14. Récipient de fluide sous pression équipé d'un dispositif de régulation de pression selon l'une des revendications 12 ou 13, en particulier une bouteille de gaz. 15. Canalisation de fluide sous pression équipée d'un dispositif de régulation de pression selon l'une des revendications 12 ou 13 ou d'une soupape selon l'une des revendications 1 à 11.