Brevet FR2849934A1 — publié le 20040716

L'invention porte sur un ensemble détendeur ou robinet détendeur à sécurité et/ou filtration intrinsèques de maintenance aisée et de précision accrue. 5 Les circuits d'alimentation en oxygène et en combustible des outillages mettant en oeuvre des flammes pour le soudage, le coupage, le brasage, la projection, les traitements thermiques, le décapage, le préchauffage avant forgeage et autres applications de travail des métaux en particulier, peuvent être le siège de phénomènes de passage d'un gaz dans le circuit de l'autre ou de 10 " rentrée de flamme ". Pour prévenir l'apparition de ces phénomènes et en minimiser les conséquences, il est courant de disposer dans les circuits des dispositifs nommés anti-retour pare flamme ou plus simplement ARPF. Ces dispositifs sont généralement composés d'un raccord d'entrée, d'un 15 corps contenant un clapet anti-retour pour empêcher l'écoulement du gaz à contre-sens c'est à dire dans le sens inverse du sens souhaitable, d'un filtre poreux nommé "fritté" dont le rôle est d'éteindre le front de combustion d'une rentrée de flamme, et d'un raccord de sortie. Les raccords d'entrée et de sortie sont soit destinés au montage sur un 2 0 conduit, soit au raccordement par vissage à un autre composant de l'alimentation, soit au raccordement par encliquetage dans un système dit à raccord rapide. Les dispositifs ARPF sont montés habituellement dans le chalumeau ou la torche, sur la canalisation alimentant le chalumeau ou la torche ou à la sortie du 25 détendeur. Dans certains cas, l'usage est de monter un premier dispositif ARPF sur le chalumeau, le plus prêt possible du point de mélange et de la flamme pour prévenir les conséquences d'un dysfonctionnement ou d'une mauvaise utilisation conduisant à faire remonter un gaz dans la canalisation de l'autre ou arrêter le plus tôt possible une rentrée de flamme, et un second dispositif ARPF sur le 30 détendeur de la bouteille pour prévenir une éventuelle propagation d'incendie survenant entre le chalumeau et la bouteille. Le dispositif ARPF offre parfois des fonctions supplémentaires telles qu'arrêt thermique de débit qui interrompt le passage du gaz en cas d'élévation anormale de sa température, ou soupape de décharge qui relâche du gaz en cas excès de pression. Des dispositifs ARPF sont décrits dans la norme NF A84 340. Dans tous les cas, l'introduction d'un accessoire de sécurité dans le circuit d'un gaz nécessite un choix et un dimensionnement judicieux, un raccordement donc un bon appairage de l'accessoire et des autres composants, un montage effectué correctement, le contrôle et l'entretien du dispositif. Or, lorsqu'un dispositif ARPF est rapporté à un détendeur ou à un robinet détendeur de bouteille, il pose un problème particulier d'encombrement et de 10 fragilisation de l'installation car il prolonge le raccord de sortie d'une longueur, en général, de l'ordre de 50 à 100 mm. Ainsi, en cas de chute ou de déplacement de la bouteille, cet appendice rigide peut transmettre un couple important et se rompre et/ou provoquer des dégâts au raccord de sortie du détendeur, par exemple, pouvant engendrer des fuites ou des difficultés de montage ou 15 démontage préjudiciables à la sécurité et à la bonne exécution du travail. Par ailleurs, dans les applications qui requièrent un gaz particulièrement pur ou dans lesquelles la présence de particules entraîne un risque, l'utilisation d'un filtre est souvent nécessaire. On entend par filtre, un dispositif arrêtant les particules ou éliminant des impuretés comme l'humidité ou des composés 20 chimiques indésirables. Les filtres, mettent habituellement en oeuvre une matière poreuse de porosité inférieure à la taille des particules à arrêter ou des milieux fixant par coalescence, pour l'humidité ou les huiles en suspension, ou par affinité comme les charbons actifs pour les odeurs, ou adsorption ou par réaction chimique ou 25 par électricité statique. Lorsqu'un filtre à milieu poreux est utilisé, celui-ci introduit une perte de charge et il peut être considéré comme créant les mêmes problèmes qu'un dispositif ARPF. De façon générale, tout dispositif de sécurité ou de filtration inséré dans 30 un circuit de distribution de gaz induit une perte de charge. Cette perte de charge diffère d'un appareil à l'autre même pour des appareils de même type du fait des tolérances sur les composants et de leur colmatage plus ou moins prononcé qui résulte communément de l'accumulation de poussières véhiculées par le gaz ou de charbonnage consécutif à des retours de flamme carburantes. Le colmatage et donc la perte de charge induite par le dispositif ARPF ou le filtre sont variables dans le temps et vont en croissant, ce qui implique que les filtres et les dispositifs ARPF doivent faire l'objet d'une surveillance et d'une maintenance préventive et curative. Une solution existante pour limiter l'encombrement résultant du montage d'un dispositif ARPF ou d'un filtre sur une bouteille est leur montage sur un tronçon de flexible, ce qui limite le couple transmis mais peut occasionner des 10 fuites supplémentaires aux interfaces entre le flexible et le dispositif ARPF ou le filtre, d'une part, et le flexible et la sortie du détendeur, d'autre part, que les liaisons soient assurée par le serrage du flexible sur des douilles à l'aide de colliers ou réalisé par raccords vissés. Une autre solution consiste à aménager un point de rupture entre l'ARPF 15 ou le filtre et la sortie du détendeur pour qu'en cas de choc ou de sollicitation excessive, la rupture se fasse en un point choisi et que les composants les plus critiques, tel le raccordement haute pression, ne soient pas endommagés. Cette solution conduit à une fuite en cas de rupture et à une fragilisation de l'ensemble. Encore une autre solution consiste en l'utilisation de raccord coudé rapprochant le dispositif ARPF ou le filtre de la bouteille et le rapprochant de l'enveloppe de celle-ci, ce qui protège bien contre les contraintes résultant du roulement de la bouteille mais pas contre un choc direct ou une forte tension sur le flexible. Par ailleurs, que le dispositif ARPF ou le filtre soit monté sur le flexible ou sur le détendeur directement, la perte de charge qu'il induit dans le circuit n'est pas connue et donc la pression affichée sur le manomètre du détendeur ne correspond pas à la pression réellement délivrée à l'appareil alimenté. Partant de là, le problème qui se pose est de proposer un ensemble 30 détendeur ou robinet-détendeur permettant d'obtenir une sécurité d'utilisation élevée, d'encombrement réduit, permettant d'éviter ou de stopper les retours de flamme et/ou de garantir une pureté élevée du gaz, lequel ne présente pas les inconvénients des dispositifs existants. La solution de l'invention consiste à intégrer un dispositif ARPF et/ou un filtre directement dans le corps du détendeur ou du robinet détendeur, de 5 préférence de façon telle que son démontage pour contrôle, maintenance ou remplacement se fasse très facilement et ne nécessite pas le désaccouplement du flexible conduisant le gaz du détendeur vers le circuit à alimenter en gaz, et à agencer l'ensemble pour que le dispositif de type ARPF et/ou le filtre se situe préférentiellement en amont du manomètre. En effet, une telle solution permet de réduire l'encombrement, de faire bénéficier le dispositif ARPF de la masse thermique du détendeur; luimême refroidit par la détente du gaz, donc d'en augmenter l'efficacité, d'empêcher l'utilisation du détendeur sans dispositif ARPF et/ou sans filtre, de garantir un bon dimensionnement du dispositif ARPF et/ou du filtre par rapport aux 15 performances de débit du détendeur puisque le choix de celui-ci est fait par le constructeur de l'ensemble, et de donner à l'utilisateur un contrôle de la pression et/ou du débit réellement délivrés par le détendeur puisque le manomètre est situé en aval de l'ARPF ou du filtre. Cette disposition outre qu'elle assure une bonne répétitivité des paramètres de travail, ce qui constitue une garantie de 20 qualité, permet également de détecter un colmatage excessif du fritté. Autrement dit, l'invention concerne un ensemble détendeur ou robinetdétendeur, notamment pour récipients de gaz sous pression, servant à contrôler la pression et éventuellement le débit d'un fluide sous pression, en particulier d'un gaz, comprenant un corps comprenant un circuit interne reliant un orifice 25 d'entrée de fluide à un orifice de sortie de fluide, caractérisé en ce qu'un logement est aménagé sur le circuit interne du corps, ledit logement comprenant un dispositif ARPF et/ou un filtre. Selon le cas, l'ensemble selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes: - le circuit interne comprend des moyens de détente, le logement étant situé entre lesdits moyens de détente et l'orifice de sortie, - un manomètre haute pression et un manomètre basse pression reliés au circuit interne, respectivement, en amont et aval des moyens de détente. - le manomètre basse pression est relié fluidiquement au circuit 5 interne en un site de raccordement situé entre le logement contenant le dispositif ARPF ou le filtre et l'orifice de sortie. - des moyens de contrôle du débit de fluide, - les moyens de détente et les moyens de contrôle de débit sont agencés à l'intérieur du corps et interne du fluide, - . l'orifice de sortie est porté par une expansion du corps formant raccord de sortie, - l'orifice d'entrée est porté par une portion du corps comprenant des moyens de fixation, en particulier un filetage sur sa périphérie externe, aptes à permettre de fixer le corps sur un récipient de fluide sous pression. L'invention porte également sur un récipient de fluide sous pression équipé d'un ensemble détendeur ou robinet-détendeur selon l'invention, en particulier une bouteille de gaz. Selon encore un autre aspect, l'invention concerne aussi un procédé de détende de fluide, dans lequel on diminue la pression d'un fluide à une pression 20 haute (PH) jusqu'à une pression basse (PB) inférieure à la pression haute (PH) par passage du fluide dans un ensemble détendeur au robinet-détendeur selon l'invention. L'invention va être expliquée plus en détail en références aux figures annexées. La figure 1 représente un diagramme fonctionnel d'une installation d'alimentation en gaz selon l'art antérieur, comprenant une source de gaz 10. Une vanne d'isolement 11 permet d'envoyer le gaz vers un détendeur dans le corps 1 comprenant un manomètre 5 haute pression donnant une indication de la pression dans la source gaz, une vanne 12 de détente, à simple ou à double 30 étage, un manomètre 6 basse pression pour indiquer la pression délivrée en sortie 4. Un dispositif ARPF 2 ou, selon le cas, un filtre 2' est inséré entre la sortie 4 du corps 1 du détendeur et le circuit 7 d'utilisation du gaz. Le dispositif ARPF 2 protège le corps 1 du détendeur et la source gaz 10 contre des retours de gaz ou de flamme. Le filtre 2' protège le circuit d'utilisation contre l'introduction de particules ou d'impuretés provenant de la source 10, du corps 1 ou du détendeur ou de la manipulation des raccords. Le détendeur peut être solidaire du robinet et de la source gaz. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet US-A-5,975,121. La figure 2 représente un détendeur dont le corps 1 intègre un dispositif ARPF 2 ou un filtre 2' selon l'invention et dans lequel le manomètre 6 basse pression est connecté en aval du dispositif ARPF 2 ou filtre 2', ce qui a permet la 10 lecture de la pression réellement délivrée, quels que soient le débit et la perte de charge du dispositif ARPF 2 ou du filtre 2'. Pour un détendeur utilisable en soudage, il suffit d'augmenter le corps 1 du détendeur d'un volume suffisant pour recevoir les composants actifs du dispositif ARPF 2 tout en ménageant une épaisseur de paroi compatible avec les 15 pressions véhiculées. Un logement 8 destiné à recevoir le dispositif ARPF 2 est usiné dans le corps et mis en communication par des perçages, avec la chambre basse pression, avec le raccord de sortie 4 et le manomètre 6. Par le jeu de moyens d'étanchéité, tels que des joints toriques, le gaz provenant de la chambre basse pression est conduit dans l'entrée du dispositif ARPF 2 et le gaz 20 sortant de celui-ci est évacué vers le raccord 4 de sortie et le manomètre 6. Des gains substantiels de masse, d'encombrement et de cot sont possibles, notamment du fait de la suppression des moyens classiques de raccordement entre sortie de détendeur et entrée du dispositif ARPF 2, d'une part, et sortie du dispositif ARPF et entrée du circuit d'utilisation, d'autre part. Les composants 25 actifs de I'ARPF (clapet et fritté) sont préférentiellement les mêmes que ceux utilisés dans les ARPF existants. Contrairement aux ARPF non intégrés qui doivent être différents d'un gaz à l'autre et d'un pays à l'autre pour des raisons de normes (taille et sens des filetages), î'ARPF intégré peut être un model unique pour les combustibles et 30 l'oxygène et pour tous les pays. Le dispositif ARPF 2 ou le filtre 2' intégré sont fixés dans le corps 1 du détendeur ou du robinet détendeur par exemple par vissage ou par emboîtement avec blocage mécanique. La figure 3 représente le diagramme fonctionnel d'un robinet détendeur avec ARPF 2 intégré en amont du manomètre 6, selon l'invention. La vanne 11 d'isolement fait partie intégrante du corps 1 du détendeur. De préférence, le détendeur ou le robinet détendeur est réalisé de telle sorte que l'implantation du logement de î'ARPF ou du filtre n'augmente pas le couple transmis à l'ensemble en cas de choc ou de chute ou de traction sur le 10 circuit de sortie du gaz, et le démontage de l'ARPF ou du filtre soit facile, rapide et réalisable sans outil si l'opérateur peut être amené a effectuer cette intervention ou avec un outil spécial si cette intervention est réservée à un spécialiste. L'ARPF ou le filtre se présentent de préférence sous forme d'une 15 cartouche monobloc avec des moyens de détrompage interdisant un montage impropre, à l'envers par exemple. L'utilisation d'une cartouche monobloc simplifie la maintenance et le contrôle de l'ARPF. Pour effectuer le contrôle de l'étanchéité interne et de la perte de charge de l'ARPF, il suffit de disposer d'un banc de contrôle constitué 20 d'un adaptateur instrumenté reproduisant le logement et les moyens de fixation et d'étanchéité de l'ARPF dans le corps du détendeur. La procédure de contrôle se décompose alors en les étapes de: mise en sécurité de l'installation comprenant I'ARPF à tester, extraction de la cartouche hors du corps du détendeur, 2 5 - examen visuel de la cartouche (état du fritté et des joints), - introduction de la cartouche dans le banc de contrôle et contrôle, - remise en place dans le détendeur de la cartouche si le contrôle est satisfaisant, ou d'une autre cartouche en bon état, - remise en service de l'installation. Une autre procédure peut consister à disposer d'un stock de cartouches neuves et à remplacer systématiquement les cartouches par des cartouches neuves vérifiées, ce qui permet de raccourcir la durée de l'arrêt des installations et de procéder au contrôle des cartouches en temps masqué, en un lieu dédié, voire de sous-traiter cette dernière opération. Un marquage adapté, peut permettre de connaître la date de mise en service de la cartouche ou sa date de péremption. En variante montrée sur la figure 4, le gaz n'est pas délivré, lorsque la cartouche 18 ARPF ou le filtre n'est pas en place. Le démontage du filtre ou de l'ARPF interrompt le débit de gaz et isole le circuit qui l'alimente. L'ARPF est construit dans une cartouche qui maintient un clapet 15 d'isolement ouvert dans le corps 1 du détendeur lorsqu'elle est en 10 position. Lorsque cette cartouche 18 est extraite, le clapet 15 se referme, ce qui a pour effet d'éviter les fuites de gaz et d'empêcher l'entrée d'air, d'humidité et de poussières dans le détendeur. On peut aussi prévoir un moyen de rétroaction qui, en cas d'extraction de la cartouche contenant I'ARPF ou le filtre, agit sur le robinet pour le placer en 15 position fermée. Avantageusement, le démontage du filtre ou de l'ARPF est impossible si l'organe de commande du débit, tel un robinet, est dans une position qui autorise le débit. La réalisation de cette dernière variante est facilitée si le robinet est du type à commande par levier tel celui décrit par US-A5,975,121. Le logement de î'ARPF peut comporter une fenêtre transparente permettant de voir sans démontage les traces de charbonnage résultant d'une rentrée de flamme. Le détendeur ou le robinet détendeur peut intégrer aussi un dispositif destiné à apporter un ou des additifs au gaz délivré comme un humidificateur, un 25 lubrificateur pour l'alimentation d'un circuit pneumatique comportant par exemple des distributeurs ou des vérins, ou un tube de perméation pour odoriser le gaz par exemple. L'invention s'applique aux détendeurs et robinets détendeurs destinés aux gaz de soudage, aux gaz de haute pureté utilisables dans les domaines de la 30 santé, des laboratoires, des lasers et de l'électronique, à la plongée ou à la constitution d'atmosphères contrôlées dans divers domaines. REVENDICATIONS 1. Ensemble détendeur ou robinet-détendeur servant à contrôler la 5 pression et éventuellement le débit d'un fluide sous pression, en particulier d'un gaz, comprenant un corps (1) comprenant un circuit interne (9) reliant un orifice d'entrée (3) de fluide à un orifice de sortie (4) de fluide, caractérisé en ce qu'un logement (8) est aménagé sur le circuit interne (9) du corps (1), ledit logement (8) comprenant un dispositif ARPF (2) et/ou un filtre (2'). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit interne (7) comprend des moyens de détente (12), le logement (8) étant situé entre lesdits moyens de détente (12) et l'orifice de sortie (4). 3. Ensemble selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un manomètre (5) haute pression et un manomètre (6) basse pression 15 reliés au circuit interne (9), respectivement, en amont et aval des moyens de détente (12). 4. Ensemble selon les revendications I à 3, caractérisé en ce que le manomètre (6) basse pression est relié fluidiquement au circuit interne (9) en un site de raccordement situé entre le logement (8) contenant le dispositif ARPF (2) 20 ou le filtre (2') et l'orifice de sortie (4). 5. Ensemble selon les revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de contrôle du débit (11) de fluide. 6. Ensemble selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de détente (12) et les moyens de contrôle de débit (11) sont agencés à 2 5 l'intérieur du corps (1) et interne (9) du fluide. 7. Ensemble selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (4) est porté par une expansion du corps formant raccord de sortie. 8. Ensemble selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 30 l'orifice d'entrée (3) est porté par une portion du corps comprenant des rmoyep de fixation, en particulier un filetage sur sa périphérie externe, aptes: permettro de fixer le corps (1) sur un récipient de fluide sous pression 9. Récipient de fluide sous pression équipé d'un ensemble détendeur ou robinet-détendeur selon l'une des revendications 1 à 8, en particulier une bouteille de gaz. 10. Procédé de détende de fluide, dans lequel on diminue la pression 5 d'un fluide à une pression haute (PH) jusqu'à une pression basse (PB) inférieure à la pression haute (PH) par passage du fluide dans un ensemble détendeur au robinet-détendeur selon l'une des revendications 1 à 8.