Brevet FR2844486A1 — publié le 20040319

Dispositif d'étanchéité et de sécurité pour le remplissage d'un corps creux avec un liquide La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité et de sécurité pour le remplissage d'un corps creux avec un liquide. De nombreux systèmes de sécurité relatifs à des réservoirs à carburant ont été décrits et s'adressent généralement à la résolution des problèmes liés au 5 dégazage du réservoir pendant son remplissage, ainsi que sa mise à l'air en période normale de repos et de fonctionnement' du moteur consommant ce carburant. A ces problèmes s'ajoute la nécessité de plus en plus impérieuse, en vue du respect de l'environnement, de récupérer les vapeurs dégagées lors des opérations citées ci-dessus en évitant au maximum les fuites vers l'atmosphère. 10 Divers systèmes réalisant une étanchéité plus ou moins complète entre un pistolet distributeur et un orifice de remplissage d'un réservoir sont connus. Le brevet US-3,334,779, par exemple, divulgue un diaphragme en matière souple fendue en trois secteurs. L'enfoncement du pistolet ouvre le diaphragme et écarte les secteurs sur la paroi intérieure de la tubulure de remplissage o ils font office 15 de joint d'étanchéité pour le pistolet distributeur. Les systèmes connus présentent toutefois un certain nombre de désavantages: * création d'une surpression dans le réservoir occasionnant des retours de liquide dans la tubulure de remplissage, 20. absence de récupération des vapeurs de liquide par le pistolet, * pas de protection en cas de surpression brutale importante dans le réservoir. - L'invention a pour but de remédier aux inconvénients des systèmes connus et de fournir un système qui permette la gestion des accroissements rapides de pression dans le réservoir tout en maintenant un encombrement réduit du 25 système et un cot bas du même ordre de grandeur ou inférieur à celui des systèmes classiques existant à l'heure actuelle. A cet effet l'invention concerne un dispositif d'étanchéité et de sécurité en matériau élastomère souple pour le remplissage d'un corps creux avec un liquide au moyen d'un pistolet distributeur comprenant au moins un joint annulaire 30 destiné à entourer le pistolet et à s'opposer à la sortie des gaz hors du corps creux, selon lequel il comprend aussi au moins une soupape qui n'est susceptible de s'ouvrir, en cas de surpression exagérée dans le corps creux, que vers l'atmosphère extérieure de manière à créer un passage permettant l'échappement de liquide et/ou de gaz de l'intérieur du corps creux vers cette atmosphère extérieure. L'invention s'adresse à un dispositif d'étanchéité et de sécurité. Par dispositif d'étanchéité, on entend désigner tout dispositif capable d'isoler l'atmosphère intérieure d'un corps creux de l'atmosphère ambiante. Par le terme "isoler", on entend désigner ici: n'admettre qu'une fuite légère lors de l'utilisation du dispositif. Le niveau admissible de fuite est réglé lors du montage du dispositif d'étanchéité et de sécurité pour que, sous une pression de test de 40 mbar par rapport à la pression atmosphérique, la fuite ne dépasse pas 1/heure et, de préférence, pas 12 1/heure. Le dispositif selon l'invention est aussi un dispositif de sécurité, c'est-à-dire un système qui permette le stockage et la manipulation d'un liquide dans un réservoir de manière sre pour l'utilisateur comme pour l'environnement. Un tel système met l'utilisateur à l'abri de toute situation hasardeuse, en particulier les risques d'explosion, d'implosion, de combustion ou de pollution quelconques, tout en maintenant l'environnement extérieur exempt de toute fuite de liquide ou émanation de gaz indésirables. Selon l'invention, le dispositif d'étanchéité et de sécurité est réalisé en matériau élastomère souple, c'est-à-dire pouvant se déformer de manière élastique sous l'influence d'une sollicitation mécanique. Toutes les catégories de matériaux élastomères conviennent, comme par exemple, les élastomères naturels tels que le caoutchouc et les nombreux élastomères de synthèse. Parmi ces derniers, conviennent bien les caoutchoucs artificiels, les polymères et copolymères de synthèse présentant des propriétés élastomères. Un mélange de plusieurs polymères et/ou copolymères peut aussi convenir, pour autant qu'au moins un des composants du mélange présente des propriétés élastomères. Des exemples de tels matériaux sont les résines butadiène-styrène, éventuellement associées à un troisième composant, les polymères thermoplastiques tels que les polyoléfines élastomères ou les copolymères d'oléfines élastomères. Le dispositif selon l'invention est destiné au remplissage d'un corps creux. Par corps creux, on entend toute structure dont la surface présente au moins une 35 partie vide ou concave. De préférence le corps creux désigne ici une structure fermée destinée à contenir un liquide et/ou un gaz. Particulièrement préférés sont -3 les cuves et les réservoirs. Les corps creux selon l'invention sont particulièrement bien adaptés à leur utilisation comme réservoir à carburant, notamment ceux présents sur - ou destinés à - équiper les véhicules automobiles. Le liquide de remplissage du corps creux peut être tout type de liquide inorganique et/ou organique. En particulier, il peut contenir au moins un corps dissous. Le dispositif selon l'invention est bien adapté au remplissage de réservoirs avec des liquides dont la volatilité à température ambiante est supérieure à celles de l'eau et des solutions aqueuses. Il est particulièrement bien adapté au remplissage de réservoirs à carburant au moyen d'un carburant liquide tel qu'une essence ou du gasoil. Selon l'invention, le remplissage du corps creux s'effectue au moyen d'un pistolet distributeur de liquide. Un tel pistolet permet de contrôler l'arrivée et le débit de liquide entrant dans le corps creux. Il est généralement doté aussi d'un 15 système de déclenchement automatique et de l'arrêt du débit de liquide à l'approche du plein du corps creux. Selon l'invention, le dispositif comprend au moins un joint annulaire destiné à entourer le pistolet. Ce joint annulaire comprend au moins une lèvre en matériau élastomère se repliant sur la surface extérieure du tuyau du bec du 20 pistolet. Un dispositif à deux lèvres annulaires a donné de bons résultats. Le joint annulaire est destiné à s'opposer à la sortie des gaz hors du corps creux. Il est entendu qu'une fuite minimale définie plus haut en rapport avec l'étanchéité est admise. Selon l'invention, le dispositif d'étanchéité comprend aussi au moins une 25 soupape qui n'est susceptible de s'ouvrir, en cas de surpression exagérée dans le corps creux, que vers l'atmosphère extérieure de manière à créer un passage permettant l'échappement de liquide et/ou de gaz de l'intérieur du corps creux vers cette atmosphère extérieure. Par surpression exagérée, on entend une surpression accidentelle survenant 30 rapidement, telle que celle qui se produit en cas de défaillance du système de déclenchement automatique du pistolet lors du remplissage. Une telle surpression exagérée peut aussi survenir dans les situations anormales extrêmes telles que les montées en température rapides et élevées, en cas d'incendie ou d'explosion, par exemple. La fonction de cette soupape est de préserver l'intégrité du corps creux 35 et d'éviter tout éclatement ou dégradation du corps creux lors de pareilles situations accidentelles. La soupape crée, en s'ouvrant, un passage vers l'atmosphère extérieure au voisinage immédiat du corps creux. Une forme de réalisation particulière de la soupape selon l'invention est celle d'une lèvre annulaire en matériau élastomère. Dans cette forme de réalisation, une extrémité de la lèvre peut être solidaire du dispositif d'étanchéité et son autre extrémité peut s'appuyer à force élastique sur un élément rigide qui borde le passage. Par le terme rigide, on entend l'état d'un matériau qui n'est pas élastique. De manière préférée, la lèvre en position ouverte découvre un orifice qui 10 permet l'écoulement du liquide et/ou du gaz. Cet orifice peut être percé dans une partie rigide voisine du passage. De préférence, l'orifice permet un écoulement du liquide et/ou du gaz dans une direction initiale perpendiculaire à l'axe du pistolet distributeur. De préférence aussi, l'élément rigide borde l'orifice. De manière la plus 15 préférée, cet élément rigide délimite l'orifice, en en constituant la totalité de sa circonférence. Une autre forme de réalisation particulière de la soupape selon l'invention est celle d'un clapet anti-retour. Le clapet peut être indépendant du joint annulaire. Il est avantageusement situé à proximité du pistolet distributeur, lorsque celui-ci est engagé dans le dispositif d'étanchéité et de sécurité conforme à l'invention. Toutes les formes de clapet anti-retour qui sont compatibles avec l'environnement du passage peuvent être utilisées. Un exemple de clapet anti-retour convenant bien est celui d'une membrane en matériau élastomère en forme de parapluie renversé. Une variante intéressante au dispositif selon l'invention est celle o le dispositif comprend en outre, du côté du corps creux, un obturateur en matériau élastomère. L'obturateur est disposé en aval du dispositif, dans la direction d'introduction du pistolet distributeur. Il peut prendre toute forme compatible avec le dispositif d'étanchéité et de sécurité. Un exemple ayant donné de bons 30 résultats est un obturateur formé par un diaphragme en matériau élastomère, tel que celui formé par un disque d'un tel matériau fendu en au moins quatre secteurs. Le dispositif selon l'invention convient tout particulièrement pour des corps creux qui sont des réservoirs, par exemple des réservoirs à carburant, tels 35 que ceux que l'on rencontre sur les véhicules automobiles. - 5 Lorsque les corps creux sont de tels réservoirs à carburant, le dispositif selon l'invention peut avantageusement être intégré dans un guide pour pistolet à carburant. Un tel guide est généralement inséré dans le haut d'une tubulure de remplissage d'un réservoir à carburant. Il a pour fonction de positionner correctement le pistolet dans le haut de la tubulure pour permettre un remplissage exempt de problèmes. Accessoirement, il est généralement muni aussi d'un dispositif de détrompage mécanique en vue d'éviter tout remplissage avec une qualité de carburant qui ne serait pas adaptée pour le véhicule concerné. Le guide peut être réalisé en différent matériaux, dont les métaux et les matières plastiques 10 rigides. De préférence, il est en matière plastique rigide. Dans cette dernière forme de réalisation dans laquelle le dispositif selon l'invention est une partie d'un guide pour pistolet, le guide peut lui-même être intégré dans un système à carburant plus global qui comprend un réservoir et un clapet de dégazage et de mise à l'air. Le dispositif convient bien lorsque le système global à carburant comprend en outre une canalisation de respiration des vapeurs et de fixation du niveau maximum du liquide dans le réservoir. Cette canalisation relie la partie haute du réservoir à la partie supérieure de la tubulure de remplissage, en aval du dispositif d'étanchéité, du côté du réservoir. Dans ce système à carburant, le clapet de dégazage et de mise à l'air est souvent un clapet 20 à flotteur. La ligne de flottaison du flotteur est généralement réglée pour que le clapet ne soit ouvert qu'en deux circonstances, à savoir lorsque le réservoir est incliné au-delà d'une limite prédéterminée, voire complètement retourné et pendant un mouvement transitoire du carburant dont l'ampleur dépasse une valeur prédéterminée. Dans ce système à carburant, la canalisation de respiration des vapeurs et de fixation du niveau maximum qui relie la partie haute du réservoir à la partie supérieure de la tubulure de remplissage peut être située en grande partie à l'extérieur du volume du réservoir et de celui de la tubulure de remplissage. Dans ce cas, cette canalisation pénètre, à l'une de ses extrémités, la paroi supérieure du 30 réservoir et plonge dans la partie haute de celui-ci. Elle pénètre aussi à son autre extrémité, la tubulure de remplissage, en aval du système d'étanchéité. En variante, la canalisation de respiration des vapeurs et de fixation du niveau maximum peut être située en totalité à l'intérieur du volume du réservoir et de celui de la tubulure de remplissage. Une autre variante compatible avec les précédentes, est celle o la canalisation de respiration des vapeurs et de fixation du niveau maximum 6 débouche dans la partie haute du réservoir via un clapet à flotteur, différent du clapet de dégazage et de mise à l'air, qui ferme le passage lorsque le niveau maximum de liquide est atteint dans le réservoir. Les figures 1 à 4 qui suivent ont pour but d'illustrer l'invention, sans en limiter en aucune façon sa portée. La figure 1 illustre une coupe dans un dispositif d'étanchéité et de sécurité (6) en matériau élastomère intégré dans un guide (4) en polyéthylène haute densité (PEHD). Un pistolet distributeur (5) est inséré dans le guide (4) et traverse le dispositif (6). Un joint annulaire comprenant deux lèvres (12, 13) en 10 matériau élastomère qui se replient sur la surface extérieure du tuyau du bec du pistolet (5) assure l'étanchéité. Un obturateur en forme de diaphragme (14) prolonge le dispositif (6) vers l'aval et est illustré en position ouverte par l'enfoncement du pistolet (5). Une soupape ayant la forme d'une lèvre annulaire (15) en matériau élastomère est solidaire du dispositif (6) et le prolonge vers l'amont. La lèvre annulaire (15) repose en position normale fermée sur un bord rigide (71) formé d'une partie du guide (4). Elle recouvre un orifice annulaire (72) percé dans une partie rigide du guide (4). La forme du guide (4) au voisinage du pistolet en amont du dispositif d'étanchéité et de sécurité (6) prévoit un espace (73) pour 20 l'échappement du gaz et/ou du liquide. En cas de surpression accidentelle exagérée à l'intérieur (16) de la tubulure de remplissage, la lèvre (15) s'ouvre et découvre l'orifice (71), permettant ainsi la création d'un passage pour les gaz et/ou le liquide dans une direction initiale perpendiculaire à celle de l'axe du pistolet (5) qui s'échappent ensuite par l'espace 25 (73) pour finalement parvenir à l'atmosphère extérieure (17) surmontant le haut du guide (4). La figure 2 illustre une coupe dans une autre variante d'un dispositif d'étanchéité et de sécurité (6) conforme à l'invention. Dans cette variante, l'orifice et la lèvre annulaire de la figure 1 ont été remplacés par une soupape 30 matérialisée par un clapet anti-retour (74) en forme de parapluie renversé en matériau élastomère. L'extrémité de la circonférence du parapluie (75) agit comme une lèvre circulaire souple qui s'ouvre sous l'influence d'une pression à l'intérieur (16) de la tubulure trop élevée. La figure 3 montre une coupe dans le haut d'une tubulure de remplissage (2) comprenant le dispositif d'étanchéité et de sécurité (6) conforme à l'invention. -7 On y distingue une canalisation (8) de respiration des vapeurs disposée à l'intérieur de la tubulure (2). La figure 4 illustre un système à carburant plus global comprenant le haut de tubulure de remplissage (2), ainsi qu'un réservoir à carburant (1) , un clapet (7) à flotteur (11), normalement ouvert, muni d'une capacité de piégeage de liquide (30) et un canister (18). Une canalisation (8) de respiration des vapeurs et de fixation du niveau maximum est séparée en deux parties qui aboutissent de part et d'autre d'un clapet anti-retour (31) destiné à éviter les sorties de liquide du réservoir (1) dans la tubulure (2). Dans le réservoir (1), la canalisation (8) se prolonge par un siphon qui se termine par un tronçon (9) plongeant dans le haut du réservoir et fixant le niveau maximum admissible de liquide. La figure 5 illustre une variante de haut de tubulure de remplissage (2) dans laquelle la canalisation (8) de respiration des vapeurs et de fixation du niveau maximum est située hors du volume de cette tubulure. Dans cette variante, la canalisation (8) demeure à l'extérieur du réservoir (non illustré) sur une majeure partie de sa longueur, pénètre dans la paroi supérieure de ce dernier et plonge dans le haut du volume intérieur jusqu'au niveau maximum admissible de liquide. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'étanchéité et de sécurité (6) en matériau élastomère souple pour le remplissage d'un corps creux (1) avec un liquide au moyen d'un pistolet distributeur (5), comprenant au moins un joint annulaire (12) destiné à entourer le pistolet (5) et à s'opposer à la sortie des gaz hors du corps creux (1), caractérisé en ce qu'il comprend aussi au moins une soupape (15) qui n'est susceptible de s'ouvrir, en cas de surpression exagérée dans le corps creux (1), que vers l'atmosphère extérieure de manière à créer un passage permettant l'échappement de liquide et/ou de gaz de l'intérieur du corps creux (1) vers cette 10 atmosphère extérieure (17). 2 - Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la soupape (15) est une lèvre annulaire en matériau élastomère dont une extrémité est solidaire du dispositif (6) et l'autre extrémité s'appuie à force élastique sur un élément rigide (71) bordant le passage. 3 - Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la lèvre en position ouverte découvre un orifice (72) qui permet l'écoulement du liquide et/ou du gaz dans une direction initiale perpendiculaire à l'axe du pistolet distributeur (5). 4 - Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que 20 l'élément rigide (71) délimite l'orifice (72). - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape (15) est un clapet anti-retour indépendant du joint annulaire (12) qui est situé à proximité du pistolet (1). 6 - Dispositif (6) selon une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce qu'il comprend en outre, du côté du corps creux (1), un diaphragme (14) en matériau élastomère. 7 - Dispositif (6) selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps creux (1) est un réservoir à carburant. 8 - Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il 30 est intégré dans un guide (4) en matière plastique rigide pour pistolet à carburant (5) inséré dans le haut d'une tubulure de remplissage (2) du réservoir à carburant (1). 9 - Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le guide (4) est lui-même intégré dans un système à carburant plus global qui comprend un réservoir (1), un clapet (7) à flotteur (11) assurant le dégazage au remplissage et la mise à l'air en fonctionnement et une canalisation (8) de respiration des vapeurs et de fixation du niveau maximum du liquide dans le réservoir, reliant la partie haute de ce réservoir à la partie supérieure (10) de la tubulure de remplissage (2), en aval du dispositif d'étanchéité (6), du côté du 10 réservoir (1), et dans lequel le clapet (7) est normalement ouvert pendant le remplissage du réservoir (1) comme pendant les périodes de fonctionnement et la ligne de flottaison du flotteur (11) est réglée pour que le clapet (7) ne soit fermé qu'en deux circonstances, à savoir lorsque le réservoir (1) est incliné au-delà d'une limite prédéterminée, voire complètement retourné et pendant un 15 mouvement transitoire du carburant dont l'ampleur dépasse une valeur prédéterminée. - Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la canalisation (8) de respiration des vapeurs qui relie la partie haute du réservoir (1) à la partie supérieure (10) de la tubulure de remplissage (2) est située en 20 totalité à l'intérieur du volume du réservoir (1) et de celui de la tubulure de remplissage (2).