Brevet FR2879721A1 — publié le 20060623

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 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 les forces de pression du gaz en amont et en aval, tendant à la fermeture du piston, et 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. Idéalement, la pression amont est constante et c'est donc la pression aval qui commande l'ouverture ou la fermeture plus ou moins importante du piston en cas de surpression ou de souspression au niveau de l'appareil utilisateur. Toutefois, le piston étant positionné en amont du siège, il est particulièrement sensible aux variations de la pression d'alimentation du détendeur et ce d'autant plus que sa surface en contact avec le gaz est importante. Ainsi, en cas d'augmentation de la pression d'alimentation du gaz, l'équilibre des forces sera atteint pour une pression de détente inférieure, et donc le détendeur délivrera une pression moindre. Inversement en cas de diminution de la pression du gaz d'alimentation, la pression de détente nécessaire pour réaliser l'équilibre des forces sera plus élevée. Ceci est particulièrement génant dans le cas du GPL par exemple. En effet, le GPL haute pression a pour caractéristique d'être en équilibre de pression entre les phases liquide et vapeur, la valeur de la pression d'équilibre étant fortement dépendante de la température du milieu. Ainsi, en été, la pression amont sera plus élevée qu'en hiver, l'équilibre des forces s'exerçant sur le piston s'en trouve alors modifié comme expliqué précédemment, et la pression aval délivrée à l'appareil utilisateur n'est plus constante. Il a par exemple été constaté pour un détendeur dont la pression de tarage se situe à 1,5 bar relatifs en conditions nominales, que le point d'équilibre peut varier de + 2879721 2 ou -0,5 bar. Ceci peut entraîner des perturbations dans l'appareil utilisateur qui se situe en aval du détendeur dont il reçoit directement la pression. 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'entrée 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 de régulation de la pression commandé par le déplacement d'au moins un élément mobile, monté chacun sur un organe précontraint, et apte à obturer le passage du gaz, caractérisé en ce que chaque élément mobile est conformé de façon à offrir, d'une part, une surface de contact minimale au gaz sous pression pénétrant par l'orifice d'entrée, et d'autre part, une surface de contact maximale au gaz détendu au voisinage de l'orifice de sortie, pour permettre la délivrance d'un gaz détendu à une pression déterminée indépendamment de la pression du gaz à l'entrée. Ainsi, les forces exercées sur l'élément mobile par le gaz sous pression sont, du fait de la surface de contact réduite dudit élément mobile avec le gaz sous pression, très inférieures à celle exercées par le gaz détendu sur ce même élément mobile. De ce fait, une variation de la pression d'alimentation n'aura qu'une faible répercussion sur le point d'équilibre de l'élément mobile. L'élément mobile pourra être du type piston ou membrane, par exemple. De manière préférentielle, l'organe précontraint exerce sur l'élément mobile des efforts tendant à son déplacement dans le sens de l'ouverture du passage du gaz. Avantageusement, l'organe précontraint est un ressort. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un détendeur comprend un compartiment amont dans lequel débouche l'entrée de gaz sous pression et un compartiment aval dans lequel débouche la sortie de gaz détendu, les deux compartiments étant séparés par une paroi interne à travers laquelle coulisse l'élément mobile. Avantageusement, l'élément mobile est réalisé sous la forme d'un piston comprenant, d'une part, une tête située au voisinage de l'orifice de sortie, et d'autre part, une tige possédant une extrémité apte à coopérer avec un siège pour obturer le passage du gaz. 2879721 3 De manière avantageuse, la tige comprend un canal intérieur débouchant, d'une part, au niveau de la tête du piston à proximité de l'orifice de sortie, et d'autre part, au niveau de l'extrémité de la tige située à proximité de l'orifice d'entrée. Avantageusement, le canal intérieur présente, au niveau de l'orifice d'entrée, une extrémité tronconique. Cette caractéristique permet de faciliter la circulation du gaz et donc de réduire encore la surface de contact en prise directe avec le gaz sous pression. Selon une variante de réalisation, le détendeur comprend une membrane souple rapportée sur la tête du piston et rattachée au détendeur par sa périphérie. Avantageusement, la membrane est fixement rattachée à la tête du piston par sa partie centrale. L'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 vue en coupe transversale d'un détendeur selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une coupe transversale d'un détendeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Un détendeur 1 selon un premier mode de réalisation, tel que représenté à la figure 1, comprend un boîtier 2 externe comprenant un couvercle 2a, une partie intermédiaire 2b et une partie inférieure 2c. Une entrée 3 destinée à l'arrivée en gaz sous pression est aménagée dans la partie inférieure 2c et une sortie 4 destinée à l'évacuation du gaz détendu est réalisée dans le couvercle 2a. La partie intermédiaire 2b est divisée par une paroi interne 5 en un compartiment amont 6, fermé par la partie inférieure 2c et dans lequel débouche l'entrée 3, et un compartiment aval 7, fermé par le couvercle 2a et dans lequel débouche la sortie 4. Une ouverture 8 est pratiquée dans la paroi interne 5 de manière à permettre le coulissement d'un piston 10, un joint 9 assurant l'étanchéité du 30 coulissement. Plus précisément le piston 10 comprend une tige 11 cylindrique creuse apte à coulisser à travers la paroi interne 5 par l'ouverture 8. La tige 11 présente un canal intérieur 18 traversant débouchant, d'une part, dans le compartiment amont 6 par une première extrémité 12 tronconique convergeant vers l'aval, et d'autre part, dans le compartiment aval 7 par une deuxième extrémité 13 également tronconique divergeant vers l'aval. L'extrémité 13 2879721 4 présente par ailleurs une tête 14 apte à coulisser solidairement avec la tige 11 à l'intérieur du compartiment aval 6. Un joint 15, situé en bordure de la tête 14, assure l'étanchéité du coulissement. La tige 11 possède en outre une longueur suffisante pour que l'extrémité 12 du canal intérieur 18 puisse venir au contact d'une paroi 20 du boîtier 2, celle-ci obturant alors le canal intérieur 18. Un siège 19 destiné à assurer l'étanchéité de l'obturation est prévu dans la paroi 20 en regard de l'extrémité 12. Par ailleurs, un trou d'évent 21 est pratiqué dans la partie intermédiaire 2b de manière à permettre une communication entre l'atmosphère et le volume sous le piston 10 et ainsi éviter toute montée en pression lors du déplacement du piston 10. Il découle de cette configuration que l'élément mobile que constitue le piston 10 présentera, d'une part, une surface de contact S minimale au gaz sous pression, celle-ci étant sensiblement réduite à la section de la tige 11 creuse, et d'autre part, une surface de contact S' maximale au gaz détendu, celle-ci étant sensiblement égale à la surface de la tête 14 du piston 10. Par ailleurs, la surface de contact S étant tronconique, elle offre une prise directe au flux de gaz sous pression encore moins importante. Au repos, c'est-à-dire lorsqu'aucun gaz ne circule à travers le détendeur, la tête 14 du piston 10 est maintenue éloignée de la paroi interne 5 par un ressort 16 venant prendre appui, d'une part, sur la paroi interne 5, et d'autre part, sur la tête 14 du piston. En fonctionnement, le gaz sous pression est introduit dans le détendeur 1 par l'entrée 3. Le gaz circule alors du compartiment amont 6 sous pression vers le compartiment aval 7 par l'intérmédiaire du canal intérieur 18 de la tige 11 du piston 10 avant de sortir du détendeur par la sortie 4 pour alimenter l'appareil utilisateur. Les forces tendant à écarter le piston 10 du boîtier 2 sont celles provenant du gaz sous pression et celle exercée par le ressort 16. Le bilan des 30 forces s'exerçant sur l'élément mobile à l'équilibre s'écrit donc: Patimentation X S + Fressort = Pdétente X S' Lorsque la pression de sortie est trop importante, la force exercée par le gaz détendu sur la tête 14 du piston 10 est alors suffisante pour vaincre la force de répulsion du ressort 16 et l'extrémité 12 est plaquée contre la paroi 20 dans le siège 19, obturant ainsi le canal intérieur 18 de manière étanche. 2879721 5 Lorsque la pression de sortie diminue, le compartiment aval 6 n'étant plus alimenté en gaz, les forces de rappel du ressort redeviennent supérieures aux forces de pression exercées par le gaz détendu sur le piston 10 et entraînent par conséquent l'écartement de l'extrémité 12 du boîtier 2 et donc l'ouverture du canal intérieur 18. Le gaz sous pression circule à nouveau du compartiment amont 6 vers le compartiment aval 7. En cas de variation de la pression d'alimentation, la variation de la force d'ouverture résultante est égale au produit de la variation de la pression d'alimentation par la surface sur laquelle cette pression s'exerce, à savoir la surface de contact S. Celle-ci étant très largement inférieure à la surface de contact S', la variation résultante est négligeable. Le point d'équilibre du piston 10 ne subit donc pas de variation significative. La figure 2 représente un détendeur 30 selon un deuxième mode de réalisation. Le détendeur 30 est réalisé à partir d'un boîtier 35 comprenant un couvercle 35a, une partie intermédiaire 35b et une partie inférieure 35c. Comme pour le boîtier 2, le boîtier 35 comporte une entrée 3 de gaz sous pression aménagée dans la partie inférieure 35c et une sortie 4 du gaz détendu aménagé dans le couvercle 35a. Une paroi intérieure 5 de la partie intermédiaire 35b divise le boîtier 35 en un compartiment amont 6, fermé par la partie inférieure 35c, et un compartiment aval 7, fermé par le couvercle 35a. Par ailleurs, le détendeur 30 comprend un piston 31 qui différe du piston 10 du détendeur 1 par le fait qu'une membrane 32 souple est fixement rattachée à l'extrémité 13 par l'intérmédiaire d'une bague de sertissage 33. La membrane 32 est également fixée en périphérie dans le boîtier 35 au moyen de vis de fixation 34. La souplesse de la membrane 32 permet à cette dernière de se déformer pour suivre le déplacement de la tige 11. Par ailleurs, un trou d'évent 21 est pratiqué dans la partie intermédiaire 35b de manière à permettre une communication entre l'atmosphère et le volume sous le piston 31 et ainsi éviter toute montée en pression lors du déplacement dudit piston 31. Dans cette configuration, l'élément mobile que constitue le piston 10 présente, d'une part, une surface de contact S minimale au gaz sous pression, celle-ci étant sensiblement réduite à la section de la tige 11 creuse, et d'autre part, une surface de contact S' maximale au gaz détendu, celle-ci étant sensiblement égale à la surface de la membrane 32. 2879721 6 II convient toutefois de noter que la surface de contact d'une membrane telle que la membrane 32 est plus difficile à évaluer précisément, en raison notamment de variations de la rigidité intrinsèque de la membrane en fonction de la température. De ce fait, un détendeur 30 selon ce mode de réalisation est légèrement moins précis qu'un détendeur 1 selon le premier mode de réalisation. Il est également intéressant de noter que de tels détendeurs 1, 30 comportent un nombre de pièces réduit par rapport à un détendeur traditionnel. 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. 7 REVENDICATIONS 1. Détendeur (1, 30) de gaz comportant au moins un orifice d'entrée (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 de régulation de la pression commandé par le déplacement d'au moins un élément mobile (10, 31), monté sur un organe précontraint (16), et apte à obturer le passage (18) du gaz, caractérisé en ce que chaque élément mobile est conformé de façon à offrir, d'une part, une surface de contact (S) minimale au gaz sous pression pénétrant par l'orifice d'entrée, et d'autre part, une surface de contact (S') maximale au gaz détendu au voisinage de l'orifice de sortie, pour permettre la délivrance d'un gaz détendu à une pression déterminée indépendamment de la pression du gaz à l'entrée. 2. Détendeur (1, 30) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe précontraint (16) exerce sur l'élément mobile (10, 31) des efforts 20 tendant à son déplacement dans le sens de l'ouverture du passage du gaz. 3. Détendeur (1, 30) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe précontraint est un ressort (16). 4. Détendeur (1, 30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un compartiment amont (6) dans lequel débouche l'entrée (3) de gaz sous pression et un compartiment aval (7) dans lequel débouche la sortie (4) de gaz détendu, les deux compartiments étant séparés par une paroi interne (5) à travers laquelle coulisse l'élément mobile (10, 31). 5. Détendeur (1, 30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément mobile est réalisé sous la forme d'un piston (10, 31) comprenant, d'une part, une tête (14) située au voisinage de l'orifice de sortie (4), et d'autre part, une tige (11) possédant une extrémité (12) apte à coopérer avec un siège (19) pour obturer le passage (18) du gaz. 2879721 8 6. Détendeur (1, 30) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tige (Il) comprend un canal intérieur (18) débouchant, d'une part, au niveau de la tête (14) du piston (10, 31) à proximité de l'orifice de sortie (4), et d'autre part, au niveau de l'extrémité (12) de la tige située à proximité de l'orifice d'entrée (3). 7. Détendeur (1, 30) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le canal intérieur (18) présente, au niveau de l'orifice d'entrée (3), une 10 extrémité (12) tronconique. 8. Détendeur (30) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une membrane (32) souple rapportée sur la tête (14) du piston (31) et rattachée au détendeur par sa périphérie. 9. Détendeur (30) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la membrane (32) est fixement rattachée à la tête (14) du piston (31) par sa partie centrale.