Brevet FR2857728A1 — publié le 20050121

La présente invention concerne l'alimentation d'un circuit ou d'un réseau utilisateur en fluide sous pression issu d'une source de capacité limitée et plus particulièrement le dispositif qui permet de raccorder 5 instantanément et automatiquement l'installation à une seconde source en attente lorsque la première est vide ou proche de l'être de manière à assurer la continuité du débit du fluide dans le réseau. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Il existe des dispositifs de ce genre, notamment en milieu hospitalier, qui assurent la sécurité d'une alimentation d'un appareil ou d'un réseau en oxygène à partir d'une bouteille ou d'un groupe de bouteilles en service et d'une bouteille ou d'un groupe de bouteilles 15 en réserve. Ces dispositifs sont en général disposés sur le circuit basse pression de l'installation, c'est-à-dire en aval d'un détendeur placé à la sortie de chacune des bouteilles ou d'un groupe de bouteilles. La commutation est commandée par l'existence d'une chute de la pression 20 de service qui se traduit par le changement d'état d'un distributeur inverseur qui coupe la communication entre la source épuisée ou en voie d'épuisement et l'installation utilisatrice tout en établissant une communication entre la source en réserve et l'installation 25 utilisatrice. Plus précisément, ce type d'appareil met en oeuvre un tiroir de distribution coulissant qui est piloté par l'action conjuguée de ressorts antagonistes et de la pression régnant dans le canal utilisateur de 30 l'installation. Ainsi, tant que la pression de service est suffisante, elle entretient un déséquilibre des forces agissant sur le tiroir en faveur d'un maintien de la connexion entre la première source et le canal utilisateur. Si une chute de pression intervient à ce niveau, 35 l'action de l'un des ressorts de rappel devient prépondé- rante pour déplacer le tiroir qui vient isoler le canal utilisateur de la première source pour le connecter à la seconde source. L'un des inconvénients de cette installation en 5 aval des détendeurs, c'est-à-dire dans l'étage basse pression de l'installation pneumatique, réside dans le fait que le simple soutirage d'un débit de gaz engendre une chute de pression dans le circuit utilisateur, chute de pression qui peut provoquer le changement d'état de 10 l'inverseur. C'est alors l'autre source de fluide sous pression qui est débitrice et ce de manière masquée pour l'utilisateur. Le résultat se traduit par une utilisation aléatoire de l'une ou l'autre des deux sources si bien que la sécurité recherchée est anéantie car les deux 15 sources peuvent être épuisées pratiquement en même temps. Ces baisses de pression furtives au moment du début du soutirage peuvent aussi conduire à un blocage du tiroir en position neutre conduisant à une vidange simultanée des deux sources. Enfin, l'usure de l'appareil est impor20 tante et son fonctionnement rapidement défectueux. On a tenté de pallier cet inconvénient en exigeant qu'il existe une grande chute de pression avant que l'inverseur de commutation agisse, de manière à filtrer les baisses de pression au début du soutirage. 25 Cette chute de pression n'est pas sans inconvénient, en particulier à cause d'une variation de pression du réseau utilisateur. OBJET DE L'INVENTION Par la présente invention, on pallie tous ces in30 convénients en procédant à l'inversion nécessaire au niveau de l'étage haute pression de l'installation (plusieurs centaines de bars contre quelques bars dans le circuit utilisateur), ce qui isole le dispositif des chutes de pression dues au soutirage discontinu. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Plus précisément, l'invention a pour objet une installation d'alimentation sécurisée d'un circuit utilisateur d'un fluide sous pression comportant deux sources 5 distinctes de fluide sous pression, des moyens de détente du fluide, définissant un étage haute pression en amont de ces moyens de détente et un étage basse pression en aval de ceux-ci, et des moyens permettant d'établir la connexion du circuit utilisateur avec l'une ou l'autre 10 des sources susdites en isolant simultanément l'autre source et de commuter cette connexion et cet isolement automatiquement en réponse à l'épuisement de la source connectée. Selon l'invention, les moyens de connexion auto15 matiquement commutables sont situés dans l'étage haute pression, les moyens de détente étant situés à la sortie unique de ces moyens de connexion commutables. L'épuisement d'une source de fluide ou la proximité de cet épuisement se traduit par une chute de la pression du 20 fluide délivré en amont du commutateur qui dépasse largement la centaine de bars, si bien qu'on dispose d'un différentiel de pression pour piloter le tiroir de ce commutateur extrêmement important, ce qui conduit à une commutation extrêmement rapide et franche. Il est certain qu'à 25 la sortie du commutateur la pression augmente brusquement lorsque la commutation vient de s'effectuer. L'entrée du détendeur voit cette brusque augmentation de pression mais celle-ci est filtrée par le fonctionnement même du détendeur si bien qu'à la sortie de ce dernier, le cir30 cuit utilisateur ne voit pratiquement pas de changement de pression d'utilisation. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les moyens de connexion à commutation automatique comprennent: - un corps avec un logement central, - un tiroir tubulaire avec un conduit interne, coulissant dans le logement entre deux positions extrêmes, - deux organes élastiques à effet antagoniste 5 pour rappeler le tiroir dans une position d'équilibre intermédiaire, - deux chambres annulaires, chacune ménagée dans le corps autour d'une extrémité du tiroir et reliée à l'une des sources de fluide sous pression, - chaque extrémité du tiroir étant conformée en un élément mobile d'un moyen d'obturation et d'établissement d'une communication de la chambre annulaire correspondante avec le conduit intérieur du tiroir, un élément fixe de ce moyen étant solidaire du corps, 15 l'état d'obturation étant obtenu dans une position extrême du tiroir, une chambre annulaire centrale ménagée dans le corps autour d'une portion médiane du tiroir, en communication permanente avec une portion centrale du conduit 20 interne du tiroir et raccordée au circuit utilisateur du fluide, - deux clapets unidirectionnels disposés en opposition dans le conduit interne de part et d'autre de sa portion centrale pour n'autoriser le passage de fluide 25 que depuis les extrémités du tiroir vers la portion centrale, chacune des deux portions du conduit interne autre que la portion centrale étant en communication permanente avec une chambre de pilotage du déplacement du tiroir agissant dans le même sens que l'organe de rappel corres30 pondant. En outre, chaque chambre de pilotage est en communication avec une purge automatique de son contenu lorsque le tiroir est dans la position extrême d'isolement de la source de pression correspondante. Par ailleurs, chaque chambre annulaire du corps située aux extrémités du tiroir est pourvue d'un moyen de purge commandé. Enfin, l'installation de l'invention comprend entre le circuit utilisateur et le corps susdit un déten5 deur unique à la sortie de la chambre centrale annulaire du corps. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ciaprès d'un exemple de réalisation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figue 1 est un schéma d'une installation de sécurité conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe des moyens de connexion à commutation automatique mis en oeuvre dans cette installation, ceux-ci étant dans une des positions extrêmes du tiroir qu'il comporte. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A la figure 1, le tube 1 représente l'installation d'utilisation et de soutirage d'un gaz sous pression, par exemple de l'oxygène, contenu dans l'une et l'autre bouteilles 2 et 3. La sortie 2a et 3a de chacune de ces bouteilles est raccordée aux entrées 4a et 25 4b d'un moyen 4 assurant le raccordement sélectif de l'installation 1 à l'une ou l'autre des bouteilles 2 et 3 et la commutation automatique de ce raccordement lorsque la bouteille en service tend à s'épuiser. La sortie 4c de ce moyen 4 est raccordée à l'entrée d'un détendeur 5 qui 30 conduit en sortie au circuit utilisateur 1. La pression régnant en amont du détendeur 5 est comprise entre deux cents ou trois cents bars et une dizaines de bars (15 à 18) : c'est l'étage haute pression de l'installation. A la sortie du détendeur, le circuit utilisateur 1 ne con35 naît de gaz sous pression qu'à hauteur d'une pression constante fonction du réglage du détenteur 5: c'est l'étage basse pression de l'installation. Les moyens 4 comportent des manomètres 6 et 7, formant indicateur de la pression régnant à la sortie respectivement des bou5 teilles 3 et 2. Il comporte également des dispositifs de purge 8 et 9 commandés manuellement permettant, après fermeture de la vanne de sortie de chaque bouteille, de purger la canalisation qui a été isolée par le dispositif de commutation par exemple pour changer une source épui10 sée. Il comporte enfin des organes 10 et 11 indicateurs de la bouteille en service. A la figure 2, on retrouve certains des éléments déjà décrits précédemment avec les mêmes références. Le corps C des moyens de connexion et de commutation 4 tel 15 que représenté est un parallélépipède possédant quatre faces longitudinales parallèles à un axe central 20. Ce corps possède un logement central 21 cylindrique d'axe 20, présentant des diamètres étagés Dl, D2 et D3. La portion centrale de ce logement possède le plus petit diamè20 tre Dl et les portions qui s'étendent de chaque côté de celle-ci possèdent respectivement les diamètres D2 et, au voisinage des faces d'extrémité du corps C, les plus grand diamètres D3. Un tiroir 22 formé de deux parties assemblées 22a 25 et 22b est monté à coulissement dans le logement central 21. Ce tiroir est creux, donc possède un canal interne 23. Les deux parties 22a et 22b sont réunies bout à bout au moyen d'un filetage 24. Le tiroir possède une pluralité d'orifices radiaux 25 communiquant avec une portion 30 médiane du canal central 23 et débouchant à l'intérieur du logement 21 du corps C au niveau du diamètre Dl. Le tiroir délimite dans cette partie centrale du logement 21, une chambre annulaire centrale 26 en communication permanente avec la sortie 4c de l'organe de connexion et 35 de communication. Les extrémités connectées bout à bout des parties 22a et 22b sont montées à coulissement étanche dans la portion centrale Dl du logement 21. A l'intérieur du tiroir 22, le canal 23 comporte deux clapets 27 et 28 uni5 directionnels montés en opposition dont le rôle est de ne permettre une circulation de fluide sous pression dans le conduit 23 que depuis les extrémités du tiroir vers les orifices 25 débouchant dans la chambre 26. La portion centrale du tiroir 22 comporte deux 10 épaulements 29 et 30 tournés à l'opposé l'un de l'autre en direction des extrémités axiales du corps C, ces épaulement formant chacun l'appui pour un ressort 31, 32 logé entre le tiroir 22 et la partie de diamètre D2 du logement 21. Deux chemises d'extrémité 33, 34 sont logées à 15 l'intérieur du logement 21 pour d'une part former des appui de compression des ressorts 31 et 32, et d'autre part des paliers de guidage de coulissement des extrémités du tiroir 22. Ces chemises délimitent avec le corps C au niveau du diamètre D3 du logement 21 des chambres annulai20 res 35, 36. La chambre 35 communique par les orifices radiaux 35a avec la portée de coulissement du tiroir 22 à l'intérieur de la chemise 33. Elle est par ailleurs en communication permanente avec l'orifice d'entrée 4b de l'organe C de connexion et de commutation et avec 25 l'orifice de la purge 9 à commande manuelle. On notera que l'orifice 4b est équipé d'un filetage 37 pour un conduit rigide ou flexible reliant l'organe 4 à une bouteille de gaz sous pression muni d'un filtre 38. De la même manière, la chambre 36 communique avec la portée de 30 coulissement du tiroir 22 au moyen d'orifices radiaux 36a et communique en permanence avec l'orifice d'entrée 4a de connexion d'une seconde bouteille de gaz sous pression au moyen d'un filetage 39 et d'un filtre 40 ainsi qu'avec l'orifice de la purge commandée 8. Les chemises 33 et 34 sont maintenues dans le lo- gement 21 par des couvercles 41, 42 rapportés par tout moyen connu sur les faces d'extrémité du corps C, ces couvercles présentant en regard d'extrémités du tiroir 22 des sièges 43, 44. La longueur totale axiale du tiroir 22 est inférieure à la distance séparant les deux sièges 43 et 44. Dans l'état représenté à la figure 2, le tiroir 22 est en appui par son extrémité 22d sur le siège 44, de sorte que les orifices 35a décrits cidessus sont isolés du canal 10 intérieur 23 du tiroir 22. En revanche, L'extrémité 22c est éloigné du siège 43 et découvre le débouché des orifices 36a dans l'espace ouvert entre le couvercle 41 et l'extrémité du tiroir 22 de sorte que la chambre 36 communique avec le canal intérieur 23 du tiroir 22. Il faut enfin noter que les ressorts 31 et 32 sont disposés dans des chambres annulaires de pilotage, autour du tiroir 22, délimitées par les épaulements 29 et 30 et les chemises 33 et 34. Chacune des chambres annulaires 45, 46 de pilotage est en communication permanente 20 avec la partie correspondante du canal 23 du tiroir 22, c'est-à-dire celle qui peut être isolée des canaux 25 par les clapets unidirectionnels 27 et 28. En outre, chacune des chambres 45 et 46 est respectivement en communication permanente avec le dispositif indicateur 10, 11 corres25 pondant. Chacun de ces dispositifs indicateurs est formé par un doigt coulissant 49, 50 formant un piston sensible à la pression régnant dans la chambre correspondante 45, 46, de sorte que s'il existe une pression dans cette chambre, le doigt fait saillie à l'extérieur du corps 4 30 comme le doigt 50 de la figure, alors que si la chambre est à la pression atmosphérique, le doigt est escamoté à l'intérieur du corps sous l'effet d'un organe de rappel 51, 52. On notera par ailleurs que chaque chemise 33, 34, 35 est pourvue d'une gorge extérieure 53, 54 en communica- tion avec l'atmosphère par un canal 55, 56 traversant le corps C. La gorge communique également par un orifice 57, 58 avec le jeu fonctionnel existant entre chacune des chemises 33, 34 et le tiroir 22. Selon la position du ti5 roir, l'une ou l'autre des chambres 45, 46 communique avec l'extérieur par ce jeu fonctionnel, par l'orifice radial traversant la chemise correspondante, par la gorge externe susdite et par le canal traversant le corps C et ce, si la communication n'est pas interrompue par un 10 joint torique 59, 60 porté par le tiroir 22. Ainsi, dans l'état du tiroir illustré par la figure 2, la chambre 45 est mise à l'atmosphère par cette fuite puisque le joint 59 n'interrompt pas le jeu fonctionnel, alors que la chambre 46 est isolée de cette fuite par le joint torique 15 60. On remarquera à ce propos la présence d'autres joints toriques qui permettent d'assurer diverses étanchéités entre les chambres du dispositif. On notera en particulier la présence des joints toriques 61 et 62 qui 20 isolent les chambres 35, 36 des fuites permanentes 55, 56. En l'absence de tout fluide sous pression, le tiroir 22 est dans une position médiane assurée par des efforts antagonistes des ressorts 31 et 32 équilibrés, po25 sition dans laquelle les extrémités 22c, 22d sont distants des sièges 43, 44. On raccorde chacune des deux bouteilles 2 et 3 aux entrées 4a et 4b et le détendeur 5 à la sortie 4c. On s'assure que les purges manuelles sont fermées puis on ouvre par exemple la vanne de la bou30 teille 2. Le fluide sous pression qui s'en échappe envahit la chambre 36 et par les orifices 36a, envahit la partie droite du canal 23 du tiroir 22. I1 s'établit donc une pression dans ce canal qui repousse l'équipage des deux clapets unidirectionnels 28, 27 en direction de la 35 gauche de la figure pour ouvrir la communication entre la chambre 36 et la chambre 26 par les orifices 36a, par le canal 23 et par les orifices 25, donc une communication entre l'entrée 4a et la sortie 4c. Dans le même temps, la pression s'établit dans la chambre 46 et par action sur 5 épaulement 30, repousse l'ensemble du tiroir 22 vers la gauche, de sorte que l'extrémité 22d prenne appui étanche sur le siège 44 et que le ressort 31 soit comprimé alors que le ressort 32 est détendu. On ouvre ensuite le robinet de sortie de la bou10 teille 3 et le fluide sous pression envahit la chambre 35 et les orifices 35a où il est bloqué par le tiroir 22 qui obture ces orifices. La pression n'a aucun effet sur les forces axiales qui agissent sur le tiroir 22 et le dispositif est en état de marche. La chambre 45 est en commu15 nication avec l'atmosphère du fait de la fuite permanente mentionnée plus haut, ce qui conduit au maintien rétracté du doigt indicateur 49 alors que la chambre 46 est sous haute pression, isolée de la fuite permanente par le joint torique 60 et l'indicateur 11 a son doigt 50 en 20 saillie du côté de l'admission 4a indiquant donc la bouteille en service. Lorsque la bouteille 2 vient à épuisement, la pression qui règne à l'intérieur de la chambre 45 diminue si bien que le ressort 31 repousse un peu le tiroir 22 25 vers la droite en décollant donc l'extrémité 22d du siège 44, ce qui permet au fluide sous pression provenant de la bouteille 3 d'envahir par le biais de la chambre 35 et des orifices 35a, la partie de gauche du canal intérieur 23 du tiroir 22, d'envahir la chambre 45 par une pression 30 par hypothèse beaucoup plus importante que celle résiduelle régnant dans la chambre 46, ce qui conduit à un déplacement franc et brutal du tiroir en direction du siège 43 dans une position qui isole la bouteille 2 de la sortie 4c. Dans le même temps, la pression déplace 35 l'équipage des deux clapets anti-retour vers la droite, fermant la partie de droite du canal 23 et en ouvrant la partie de gauche pour que celle-ci communique avec la chambre annulaire 26 et donc la sortie 4c. Enfin, le déplacement du tiroir isole la fuite par le conduit 55 de 5 la chambre 45 et établit la fuite pour la chambre 46 au travers du conduit 56. Le doigt 49 fait saillie hors du corps alors que le doigt 50, puisque la chambre 46 voit sa pression chuter, rentre dans le corps. Il convient alors de remplacer la bouteille 2 10 dans laquelle il continue de régner une pression de l'ordre de quinze à vingt bars. Pour ce faire, on ferme la vanne de sortie de cette bouteille et en actionnant la purge 8 on vidange les conduits de raccordement du corps C à la bouteille 2 pour faire tomber la pression qui y 15 règne à la pression atmosphérique. Il est alors possible de déconnecter sans danger la bouteille de l'admission 4a. La mise en service d'une bouteille neuve à la place de la bouteille 2 épuisée ne change rien à l'état d'équilibre du tiroir 22 et la bouteille 3 reste celle en 20 service jusqu'à son épuisement qui, lorsqu'il survient, provoque à nouveau la commutation des connexions. REVENDICATIONS 1. Installation d'alimentation sécurisée d'un circuit utilisateur (1) d'un fluide sous pression compor5 tant deux sources distinctes (2, 3) de fluide sous pression, des moyens de détente (5) du fluide, définissant un étage haute pression en amont de ces moyens de détente et un étage basse pression en aval de ceux-ci, et des moyens (4) permettant d'établir la connexion du circuit utilisa10 teur (1) avec l'une ou l'autre des sources (2,3) susdites en isolant simultanément l'autre source et de commuter cette connexion et cet isolement automatiquement en réponse à l'épuisement de la source connectée, caractérisée en ce que les moyens de connexion automatiquement commu15 tables (4) sont situés dans l'étage haute pression, les moyens de détente (5) étant situés à la sortie unique (4c) de ces moyens de connexion commutables (4). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de connexion à commutation 20 automatique (4) comprennent: - un corps (C) avec un logement central (21), - un tiroir tubulaire (22) avec un conduit interne (23), coulissant dans le logement central (21) entre deux positions extrêmes, - deux organes élastiques (31, 32) à effet antagoniste pour rappeler le tiroir (22) dans une position d'équilibre intermédiaire, - deux chambres annulaires (35, 36), chacune ménagée dans le corps (4) autour d'une extrémité du tiroir 30 (22) et reliée à l'une des sources (2, 3) de fluide sous pression, - chaque extrémité (22c, 22d) du tiroir étant conformée en un élément mobile d'un moyen d'obturation ou d'établissement d'une communication de la chambre annu35 laire (35, 36) correspondante avec le conduit intérieur (23) du tiroir, un élément fixe (43, 44) de ce moyen étant solidaire du corps (4), l'état de fermeture étant obtenu dans une position extrême du tiroir (22), - une chambre annulaire centrale (26) ménagée 5 dans le corps (4) autour d'une portion médiane (24) du tiroir, en communication permanente avec une portion centrale du conduit interne (23) du tiroir (22) et raccordée au circuit utilisateur (1) du fluide, - deux clapets unidirectionnels (27, 28) disposés 10 en opposition dans le conduit interne (23) de part et d'autre de sa position centrale pour n'autoriser le passage de fluide que depuis les extrémités du tiroir (22) vers la portion centrale, chacune des deux portions de conduit interne (23) autre que la portion centrale étant 15 en communication permanente avec une chambre (45, 46) de pilotage du déplacement du tiroir, agissant dans le même sens que l'organe (31, 32) de rappel correspondant. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque chambre de pilotage (45, 46) est 20 en communication avec une purge (55, 56) de son contenu lorsque le tiroir est dans la position extrême d'isolement de la source de pression correspondante. 4. Installation selon la revendication 2, ou la revendication 3, caractérisée en ce que chaque chambre 25 annulaire (35, 36) du corps située autour d'une extrémité du tiroir (22) est pourvue d'un moyen de purge (8, 9) commandé. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en30 tre le circuit utilisateur (1) et le corps (4) susdit, un détendeur unique (5) à la sortie de la chambre centrale annulaire (26) du corps (4).