Brevet FR2881535A1 — publié le 20060804

La présente invention se rapporte à un détendeur de gaz destiné à être monté sur un conduit d'amenée de gaz reliant une source de gaz à un appareil utilisateur. Les détendeurs habituellement utilisés pour des applications GPL ont pour caractéristique d'être de type à piston amont, c'est-à-dire qu'il sont basés sur un système de détente dans lequel un piston est positionné en amont d'un siège formant un orifice de passage du gaz, un ressort permettant, par l'intermédiaire d'une tige de piston traversant le siège, de maintenir le piston écarté dudit siège, et donc de sa position de fermeture. Le fonctionnement d'un tel détendeur repose sur son point d'équilibre entre, d'une part, les forces de pression du gaz en amont s'appliquant sur le piston, et du gaz en aval s'exerçant sur une membrane solidaire du piston, ces forces tendant à la fermeture du piston, et d'autre part, la force de rappel d'un élément précontraint tendant à l'ouverture du piston, en général un ressort, choisi en fonction du point d'équilibre, et donc de la pression de détente, souhaitée. Cet élément précontraint peut être réglable. Dans une telle configuration, l'ensemble de tarage que constituent le ressort et la membrane sont directement soumis à la pression de détente et sont donc sollicités par des efforts importants. De plus, l'ensemble de tarage est animé d'un mouvement alternatif dont l'ampleur et la fréquence sont directement: liés à celui du piston qui régule le gaz, entraînant une usure plus rapide de ces éléments. Il existe déjà des détendeurs pilotés par un détendeur secondaire permettant de dissocier la fonction détente de la fonction régulation de cette détente. De tels détendeurs comportent un circuit de dérivation en communication avec la pression de sortie et comprenant un prélèvement de gaz sous pression qui circule à travers un détendeur secondaire. Les variations de pression de sortie, de température du gaz et de pression extérieure, entre autres, sont prises en compte par le détendeur secondaire et transmises mécaniquement au piston ou à la membrane du détendeur principal de manière à modifier en conséquence la résistance à l'ouverture ou à la fermeture appliquée par un organe précontraint du détendeur principal sur le piston ou sur la membrane. Toutefois, il convient de noter que le détendeur secondaire et le 35 détendeur principal sont mécaniquement liés, et qu'en conséquence les efforts 2881535 2 importants s'exerçant sur l'élément mobile du détendeur principal se répèrcutent sur le mécanisme du détendeur secondaire. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient, et consiste pour cela en un détendeur de gaz comportant au moins un orifice d'admission destiné à être connecté à une source de gaz sous pression et au moins un orifice de sortie destiné à délivrer le gaz détendu vers un appareil utilisateur, ledit détendeur comprenant un mécanisme principal de régulation de la pression commandé par le déplacement d'au moins un premier élément mobile, monté sur au moins un premier organe précontraint, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de dérivation en communication avec la pression de sortie et conçu de manière à ce que la pression du gaz d'admission s'exerce de part et d'autre de ce premier élément mobile du mécanisme principal de régulation, (ledit circuit de dérivation étant équipé d'un mécanisme de pilotage commandé par au moins un deuxième élément mobile, monté sur au moins un deuxième organe précontraint, et apte à venir obturer le circuit de dérivation. Ainsi, la mise en place d'un système de dérivation permettant à la pression d'admission de s'exercer de part et d'autre du premier élément mobile permet de dissocier la fonction détente, remplie par le premier élément mobile, de la fonction pilotage du détendeur, remplie par le deuxième élément mobile. En effet, chaque côté du premier élément mobile étant en communication avec le gaz sous pression, le circuit de dérivation permet, grâce à son propre mécanisme de pilotage, de contrôler la pression du gaz s'exerçant dans le circuit de dérivation, en aval du premier élément mobile, en fonction de la pression de sortie. La force exercée par le gaz sous pression présent dans le circuit de dérivation et en contact avec le premier élément mobile vient s'ajouter aux efforts exercés par le premier élément précontraint, et intervient donc dans la détermination du point d'équilibre du détendeur. Les forces de pression intervenant dans le circuit de dérivation étant inférieures à celles s'exerçant sur le mécanisme principal de régulation en raison de surfaces actives très faibles liées à un faible besoin de débit de dérivation au regard du débit principal du gaz, ceci permet de piloter le détendeur à partir du circuit de dérivation en mettant en oeuvre des efforts beaucoup moins importants. Les éléments mobiles et éléments précontraints sont alors sollicités par des efforts moins élevés. La modification de la force de précontrainte s'effectue donc par l'intermédiaire du gaz lui-même et non plus par une liaison solide transmettant les efforts. 2881535 3 De manière préférentielle, le circuit de dérivation comprend un troisième élément mobile, monté sur un troisième organe précontraint, et apte à venir obturer le circuit de dérivation en cas de pression de sortie insuffisante. Avantageusement, les deuxième et troisième éléments mobiles sont montés sur un organe précontraint commun. De manière préférentielle, les deuxième et troisième éléments mobiles se présentent sous la forme d'un double clapet apte à venir obturer le circuit de dérivation de part et d'autre d'un siège de fermeture. De manière avantageuse, le double clapet se présente sous la forme de deux platines fixées sur une tige de part et d'autre du siège de fermeture. Préférentiellement, le circuit de dérivation possède au moins un mayen de déverrouillage du troisième élément mobile. Avantageusement, le moyen de déverrouillage comprend un levier apte à forcer le troisième élément précontraint à retrouver une position de retrait dans laquelle au moins le troisième élément mobile est dans une position d'ouverture. De manière avantageuse, le premier élément mobile du mécanisme de régulation principal comprend un canal traversant destiné à permettre le passage du gaz sous pression de part et d'autre dudit élément mobile. Préférentiellement, les éléments précontraints sont des ressorts. De manière avantageuse, chaque élément précontraint, ou l'élément précontraint commun, du circuit de dérivation est associé à un bulbe de compensation thermique et/ou à un bulbe de compensation barométrique. De cette manière il est possible de tenir compte d'éventuelles variations en température ou en pression extérieure pour les corriger et assurer une maîtrise de la masse volumique du gaz délivré. Il convient de noter que les bulbes de compensation thermique et barométrique peuvent être disposés soit en série, c'est-à-dire que leurs déformations respectives s'additionnent, soit en parallèle, c'est-à-dire agissant chacun directement sur l'élément précontraint du circuit de dérivation. Dans ce dernier cas, les forces appliquées sur chacun d'entre eux sont encore plus faibles. (_'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel: La figure 1 est représentation schématique en coupe transversale d'un détendeur selon l'invention en position fermée stable. 2881535 4 La figure 2 est une représentation schématique du détendeur de la figure 1 en position ouverte. La figure 3 est une représentation schématique du détendeur de la figure 1 en position de fermeture par manque de pression aval. La figure 4 est une représentation schématique d'une variante de réalisation d'un détendeur selon l'invention comprenant un bulbe de compensation thermique et un bulbe de compensation barométrique disposés en série. La figure 5 est une représentation schématique d'une variante de réalisation d'un détendeur selon l'invention comprenant un bulbe de compensation thermique et un bulbe de compensation barométrique disposés en parallèle. Un détendeur 1 selon l'invention, tel que représenté aux figures 1 à 3, est réalisé à partir d'un corps 2 délimitant un espace intérieur et comprenant une partie inférieure 2a comportant une entrée 3 destinée à l'alimentation en gaz sous pression, et une sortie 4 destinée à l'évacuation du gaz détendu vers un appareil utilisateur. Plus précisément, la partie inférieure 2a comprend une paroi interne 29 qui la divise en un espace haute pression 5, dans lequel débouche l'entrée 3, et un espace basse pression 6, duquel le gaz est évacué par la sortie 4 après détente. L'espace haute pression 5 et l'espace basse pression 6 communiquent tous deux avec une partie intermédiaire 2b du corps 2 servant de chambre de détente. La partie intermédiaire 2b abrite un obturateur mobile 7, constituant un premier élément mobile du détendeur 1, monté sur un ressort 8 et apte à venir fermer le passage entre la zone haute pression 5 et la zone basse pression 6 afin de réguler la détente du gaz. Le guidage du coulissement de l'obturateur mobile 7 est assuré par un joint 9 périphérique, et la communication entre la zone haute pression 5 et la partie intermédiaire 2b est assurée à l'aide d'un canal 10 traversant l'obturateur mobile 7 de part en part. La partie intermédiaire 2b est surmontée par une partie supérieure 2c avec laquelle elle communique par une ouverture 11 pratiquée dans une paroi de séparation 11 a. Cette partie supérieure 2c abrite un actionneur mobile 12 monté sur un ressort 13 et dont l'étanchéité du coulissement à l'intérieur de la partie supérieure 2c est assurée par un joint 14 périphérique. Un clapet inférieur 16 et un clapet supérieur 17, destinés chacun à venir obturer l'ouverture /1, sont fixés de part et d'autre de l'ouverture 11, respectivement du 2881535 5 côté de la partie intermédiaire 2b et du côté de la partie supérieure 2c, sur une tige 15 fixée solidement dans l'actionneur mobile 12. L'actionneur mobile 12 et le clapet inférieur 16 constituent ensemble un deuxième élément mobile destiné au pilotage de l'obturateur 5 mobile 7. L'actionneur mobile 12 et le clapet supérieur 17 constituent ensemble un troisième élément mobile destiné à remplir une fonction de fermeture en cas de pression aval insuffisante. Par ailleurs, une deuxième tige 18 est également fixée dans 10 l'actionneur mobile 12, et traverse la partie supérieure 2c. Cette deuxième tige 18 est terminée par une poignée 19 située à l'extérieur du corps 2 du détendeur 1. Enfin, La partie supérieure 2c est raccordée à la sortie 4 par un conduit de dérivation 20. Au repos, tel que représenté sur la figure 1, l'obturateur mobile 7 vient, sous l'effet du ressort 8, fermer le passage du gaz entre la zone haute pression 5 et la zone basse pression 6. Cependant, le canal 10 de l'obturateur mobile 7 permet le passage d'une petite quantité de gaz sous pression vers la partie intermédiaire 2b puis vers la partie supérieure 2c par l'ouverture 11 qui voit donc sa pression interieure augmenter. Il convient de noter que le canal 10 possède une section de passage inférieure à la section de passage de l'ouverture 11 de manière à assurer une parfaite communication entre la partie intermédiaire 2b et la partie supérieure 2c et empêcher l'accumulation de gaz au niveau de la partie intermédiaire 2b. Sous l'effet de cette augmentation, les forces de pressions s'exerçant sur l'actionneur mobile 12 sont suffisantes pour vaincre la résistance du ressort 13. Le clapet inférieur 16, solidaire de l'actionneur mobile 12, vient donc fermer l'ouverture 11, et empêche le passage du gaz dans la partie supérieure 2c. L'ensemble de pilotage est alors fermé. Ceci a pour conséquence de faire croître la pression du gaz dans la partie intermédiaire 2b, ce qui en définitive entraîne la fermeture de l'obturateur mobile 7. Le détendeur 1 est alors dans une configuration de fermeture stable. Lorsque l'appareil utilisateur consomme du gaz, comme représenté sur la figure 2, la pression en sortie diminue dans la zone basse pression 6. Cette baisse de pression se répercute dans la partie supérieure 2c par l'intermédiaire du conduit 20. L'équilibre des forces qui assurait la fermeture de 2881535 6 l'ouverture 11 par le clapet inférieur 16 est donc rompu, le gaz exerçant des forces moins élevées sur l'actionneur mobile 12, ce qui permet au ressort 13 de forcer le clapet inférieur 16 à s'écarter de l'ouverture 11, libérant ainsi le passage du gaz. De ce fait, la pression du gaz dans la partie intermédiaire 2b diminue également, ce qui provoque un déséquilibre des forces s'exerçant sur l'obturateur mobile 7 qui s'écarte alors et permet le passage direct du gaz depuis la zone haute pression 5 vers la zone basse pression 6. Après un certain temps de fonctionnement, le passage direct du gaz de la zone haute pression 5 vers la zone basse pression 6 entraîne une augmentation de la pression de sortie (pression aval). Cette hausse se répercute par le conduit 20 sur la partie supérieure 2c. L'actionneur mobile 12 est donc repoussé à l'encontre de son ressort 13 et le clapet inférieur 16 vient fermer l'ouverture 11 comme dans le cas de la position du détendeur au repos décrite précédemment et représentée à la figure 1. Le gaz ne circulant plus par l'ouverture 11, la pression dans la partie intermédiaire 2b augmente, ce qui entraîne la fermeture de l'obturateur mobile 7. La figure 3 représente le détendeur en position fermée par manque de pression aval. Cette fonction est particulièrement importante pour des raisons évidentes de sécurité. Dans le cas où la pression aval diminue de façon excessive du fait d'un sur-débit causé, par exemple, par une rupture de canalisation, la baisse de la pression aval se répercute dans la partie supérieure 2c par l'intermédiaire du conduit 20. De ce fait, les efforts s'exerçant sur l'actionneur mobile 12 diminuent et ne sont plus suffisants pour vaincre le ressort 13, ce qui entraîne la fermeture de l'ouverture 11 par le clapet supérieur 17. La pression dans la partie intermédiaire 2b augmente alors et entraîne la fermeture de l'obturateur mobile 7. Après réparation, le détendeur est alors réarmé au moyen de la tige 18 en tirant sur la poignée 19. L'action de tirer sur la poignée 19 force le retrait du clapet supérieur 17 et libère l'ouverture 11, rétablissant ainsi l'équilibre de pression en fonctionnement normal. Comme il ressort de la description, l'intérêt fondamental d'un tel détendeur selon l'invention est de dissocier mécaniquement la fonction détente, assurée par l'obturateur mobile 7, et la fonction pilotage, assurée par l'actionneur mobile 12 et les clapets inférieur 16 et supérieur 17. 2881535 7 Par ailleurs, les forces mises en jeu dans chacune die ces fonctions étant séparées, il est possible de piloter un sous ensemble de régulation adapté à la pression et au débit du gaz à détendre avec un même type de sous-ensemble de pilotage. II convient également de noter que les forces intervenant dans le sousensemble de pilotage sont relativement faibles, ce qui permet d'introduire des fonctions supplémentaires présentant un fonctionnement délicat. II s'agira, par exemple, de systèmes permettant une correction volumique en fonction de la température extérieure, ou encore de l'altitude. Un détendeur 30 intégrant ces fonctions est représenté à la figure 4. Le détendeur 30 différe du détendeur 1 principalement par le fait qu'il comprend un bulbe de compensation thermique 32, apte à se déformer en fonction de la température, et un bulbe de compensation barométrique 33, apte à se déformer en fonction de la pression atmosphérique. Le bulbe de compensation thermique 32 et le bulbe de compensation barométrique 33 sont logés dans la partie supérieure 2c de manière à ce que les déformations subies par chacun s'additionnent et viennent augmenter ou diminuer la contrainte du ressort 13 sur l'actionneur mobile 12. Ainsi, en cas de diminution de la température par exemple, le gaz se contracte et une même quantité de ce gaz occupe un espace plus petit. Pour une même pression d'alimentation, la quantité de gaz délivrée est donc plus importante, ce qui fausse le comptage de la consommation de l'appareil utilisateur. Tel que disposé, le bulbe de compensation thermique 32 se contracte et diminue ainsi la compression du ressort 13. Les points d'équilibre de l'obturateur mobile 7, de l'actionneur mobile 12 et des clapets 16, 17, s'en trouvent modifiés en conséquence, et une fermeture du dispositif interviendra pour une pression de sortie moindre. Il en va réciproquement en cas d'augmentation de la température. Par ailleurs, le détendeur 30 comprend, dans sa partie supérieure 2c, un levier de déverrouillage 34 permettant de comprimer le bulbe de compensation thermique 32 pour relâcher le ressort 13 et libérer le clapet supérieur 17. La figure 5 présente un deuxième mode de réalisation d'un détendeur selon l'invention intégrant les fonctions de compensations thermique et barométrique. Une détendeur 40, tel que représenté sur la figure 5, différe 2881535 8 d'un détendeur 30 uniquement par le fait que le bulbe de compensation thermique 32 et le bulbe de compensation barométrique 33 sont disposés de manière à pouvoir chacun agir chacun indépendamment sur l'actionneur mobile 12 respectivement par l'intermédiaire du ressort 13 et d'un ressort 35, ce qui diminue les forces appliquées sur chacun d'eux. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 9 REVENDICATIONS 1. Détendeur (1, 30, 40) de gaz comportant au moins un orifice d'admission (3) destiné à être connecté à une source de gaz sous pression et au moins un orifice de sortie (4) destiné à délivrer le gaz détendu vers un appareil utilisateur, ledit détendeur comprenant un mécanisme principal de régulation de la pression commandé par le déplacement d'au moins un premier élément mobile (7), monté sur un premier organe précontraint (8), caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de dérivation (10, 2b, 2c, 20) en communication avec la pression de sortie et conçu de manière à ce que la pression du gaz d'admission s'exerce de part et d'autre du premier élément mobile du mécanisme principal de régulation, ledit circuit de dérivation étant équipé d'un mécanisme de pilotage commandé par au moins un deuxième élément mobile (12, 16), monté sur au moins un deuxième organe précontraint (13), et apte à venir obturer le circuit de dérivation. 2. Détendeur (1, 30, 40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de dérivation comprend un troisième élément mobile (12, 17), monté sur Sun troisième organe précontraint (13), et apte à venir obturer le circuit de dérivation en cas de pression de sortie insuffisante. 3. Détendeur (1, 30, 40) selon la revendication 2, caractérisé en ce 25 que les deuxième et troisième éléments mobiles (12, 16, 17) sont montés sur un organe précontraint (13) commun. 4. Détendeur (1, 30, 40) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deuxième et troisième éléments mobiles (12, 16, 17) se présentent sous la forme d'un double clapet apte à venir obturer le circuit de dérivation de part et d'autre d'un siège de fermeture (11 a). 5. Détendeur (1, 30, 40) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le double clapet se présente sous la forme de deux platines (16, 17) fixées 35 sur une tige (15) de part et d'autre du siège de fermeture (11 a). 2881535 10 6. Détendeur (1, 30, 40) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le circuit de dérivation (2b, 2c, 10, 20) possède au moins un moyen de déverrouillage (18, 19, 34) du troisième élément mobile (12, 17). 7. Détendeur (1, 30, 40) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de déverrouillage comprend un levier (34) apte à forcer le troisième élément précontraint secondaire (13) à retrouver une position de retrait dans laquelle le troisième élément mobile (12, 17) est dans une position d'ouverture. 8. Détendeur (1, 30, 40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément mobile (7) du mécanisme de régulation principal comprend un canal (10) traversant destiné à permettre le passage du gaz sous pression de part et d'autre dudit élément mobile. 9. Détendeur (1, 30, 40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les éléments précontraints sont des ressorts (8, 13) . 10. Détendeur (30, 40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque élément précontraint (13, 35) est associé à un bulbe de compensation thermique (32) et/ou à un bulbe de compensation barométrique (33).