Brevet FR2880937A1 — publié le 20060721

DESCRIPTION Domaine de l'invention La présente invention décrit un dispositif de fermeture et d'étanchéité énergétiquement autonome pouvant être utilisé sur des circuits véhiculant des fluides gazeux et liquides. Le dispositif s'applique à toutes les fonctions pouvant être remplies par tous les types de vannes ou de robinets existants. Le dispositif a pour but de remplacer les vannes ou robinets existants actuellement, partout où un apport énergétique sous forme électrique, pneumatique ou autre est difficile. Ces difficultés peuvent être multiples: une distance trop importante, des conditions climatiques extrêmes, la nécessité d'un isolement électrique ou pneumatique, et plus généralement un coût trop important de câblage et d'alimentation. Etat de la technique antérieure et problème posé Les vannes, ou les robinets, et plus généralement les organes de sectionnement et les organes d'étanchéité sont actuellement manoeuvrés par des moteurs ou des vérins alimentés par un réseau extérieur. Lorsque ces vannes ou ces robinets sont placés dans des conditions extrêmes de distance, d'isolement ou d'environnement, la construction d'une ligne d'alimentation pose problème et entraîne souvent un coût énorme. 2880937 2 Résumé de l'invention Le dispositif objet de l'invention consiste à réaliser une vanne à siège incorporant un convertisseur d'énergie qui puise cette énergie dans le fluide transporté ou dans l'environnement pour alimenter le dispositif de manoeuvre. Une réserve d'énergie intermédiaire peut être utilisée avec avantage, dans les cas où le convertisseur ne fonctionne que dans une seule position de la vanne, ou bien pour alimenter des fonctions secondaires tels que des capteurs, un radio transmetteur, ou autres. Avantages 15 Le dispositif permet de réaliser des vannes manoeuvrables à distance quelques soient les conditions environnantes et la position géographique. Il permet également d'obtenir des informations à distance sur l'état du fluide transporté, sur l'état de la vanne et sur l'état de l'environnement de la vanne. L'utilisation de l'invention est particulièrement avantageuse lorsque l'organe de fermeture de la vanne nécessite une force de manoeuvre faible. En effet, une consommation énergétique faible implique une grande compacité du dispositif et une ponction d'énergie au fluide ou à l'environnement faible. Liste des figures Le dispositif objet de l'invention sera mieux compris à la lecture ci-après, suivie de plusieurs figures représentant respectivement: La figure 1 décrit l'application du dispositif préféré selon l'invention, représenté en coupe, en position ouverte, c'est-à-dire laissant libre passage au fluide contenu dans la conduite, et utilisant une turbine (12) pour fournir de l'énergie électrique. La figure 2 représente une variante du dispositif selon l'invention, intégrant une turbine indépendante (13) couplée magnétiquement à un dispositif (14) qui permet de transmettre sans liaison mécanique l'énergie de mouvement du fluide. La figure 3 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant une turbine (12) pour fournir de l'énergie pneumatique. La figure 4 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant le fluide transporté dans la conduite. On utilise, par exemple, une réaction chimique avec le fluide ou une combustion de ce fluide pour fournir de l'énergie électrique à l'aide d'un thermocouple (17). La figure 5 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant le fluide transporté dans la conduite. On utilise, par exemple, une réaction chimique avec le fluide ou une combustion de ce fluide pour fournir de l'énergie électrique à l'aide d'une turbine (29) couplée à un alternateur (11). La figure 6 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant le fluide transporté dans la conduite comme fluide propulseur d'un moteur pneumatique ou hydraulique (7). Le dispositif est, sur cette figure, et pour exemple, en position fermée, c'est-à-dire bloquant le passage du fluide. La figure 7 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant un générateur magnétohydrodynamique (21) pour fournir de l'énergie électrique. La figure 8 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant un thermocouple (17), qui prend comme sources de chaleur le fluide et l'atmosphère, pour fournir de l'énergie électrique. La figure 9 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant un panneau solaire (23) pour fournir de l'énergie électrique. La figure 10 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant une turbine éolienne (24) pour fournir de l'énergie électrique. La figure 11 représente une vanne à sièges parallèles motorisée, représentant une technologie utilisée actuellement. La figure 12 représente un organe de fermeture en forme de tube (5) , non représenté en coupe, dont la surface d'appui autoclave est une collerette non continue sur sa circonférence. Exposé détaillé de l'utilisation du procédé selon l'invention La figure 1 décrit l'application préférée selon l'invention. L'invention est constituée par un dispositif permettant de réaliser la fermeture et l'étanchéité entre deux parties d'un circuit fluide, et ce de manière énergétiquement autonome. L'invention s'installe sur une conduite entre une bride amont (1) et une bride aval (4). L'invention peut utiliser n'importe quel organe de fermeture, mais privilégie l'utilisation d'un organe ne nécessitant qu'une faible force d'ouverture tel que le tube de fermeture (5), sur lequel la pression statique amont ne s'exerce que sur une collerette. La figure 1 représente l'invention en position ouverte, c'est-à-dire laissant libre passage au fluide contenu dans la conduite. Dans cette configuration, le fluide pénètre dans le corps (3) et est dévié par le noyau profilé (2). C'est lorsque le fluide s'écoule autour du noyau profilé (2) qu'une partie de l'écoulement entraîne la turbine (12), qui est sur cette figure l'élément primaire de la chaîne de conversion d'énergie. Le fluide ressort ensuite par la bride de sortie (4). La turbine (12) est accouplée, dans ce cas, à un alternateur (11) intégré au noyau profilé (2). L'électricité produite par l'alternateur (11) est récupérée par le boîtier de gestion électronique (10), qui la renvoie à l'accumulateur (8) ainsi chargé. Lorsque l'accumulateur (8) a atteint sa charge maximal, le boîtier de gestion électronique (10) peut bloquer la turbine (12), ou la débrayer de l'alternateur (11). L'accumulateur (8) chargé alimente toutes les fonctions du dispositif de fermeture. La fonction principale de fermeture et d'étanchéité, dont l'ordre peut être donné à distance via le transmetteur intégré (26), utilise un moteur électrique (6). La rotation du moteur (6) entraîne par renvoi d'angle une tige trapézoïdale qui pousse le tube de fermeture (5) contre le siège soutenu par la bride de sortie (4). Le système de moteur associé à une tige trapézoïdale peut être remplacé par n'importe quel autre dispositif permettant de pousser l'organe de fermeture et fonctionnant à l'énergie électrique, tel qu'un vérin électrique qui pousse directement l'organe de fermeture. L'alternateur (11) peut alimenter directement l'une ou l'autre des fonctions du dispositif de fermeture et d'étanchéité. 2880937 5 Lorsque le tube de fermeture (5) est au contact du siège, comme sur la figure 6, le fluide ne circule plus et la turbine (12) ne tourne donc plus. L'énergie contenue dans l'accumulateur permet cependant de manoeuvrer l'organe de fermeture. Les organes de fermeture nécessitant une faible force de mise en oeuvre sont donc privilégiés, comme par exemple le tube de fermeture (5), sur lequel seule une collerette continue ou discontinue sur sa circonférence subit la force de pression du fluide amont s'opposant au mouvement d'ouverture. L'ensemble des organes de l'invention sont intégrés au corps (3) et au 10 noyau profilé (2), dans un soucis de compacité. Cependant, certaines fonctions peuvent être externalisées. La figure 2 représente une variante de l'application préférée selon l'invention. L'alternateur (11) est ici entraîné par un dispositif de couplage (14) magnétique, ou par une force à distance quelconque, à une turbine (13) placée dans le passage du fluide. Le capteur (28) mesure les caractéristiques du fluide tels que la pression, la température ou le débit. Grâce au radio transmetteur (26), ces données 20 peuvent être envoyées et traitées à distance. La figure 3 représente une variante du système d'alimentation énergétique. Une turbine (12) placée dans la veine fluide entraîne un compresseur (15) . Le fluide comprimé peut être n'importe quel fluide. Sur cette figure, le fluide comprimé est de l'air puisé à l'extérieur du dispositif. Cependant, le fluide transporté dans la conduite peut aussi être utilisé. Le distributeur pneumatique (16) gère l'approvisionnement du réservoir (9) qui contient le fluide sous pression. Lorsque le réservoir est gonflé à sa pression maximale, le distributeur (16) l'isole du compresseur (15) et commande l'arrêt de ce dernier par l'arrêt de la rotation de la turbine (12) ou par le découplage entre la turbine (12) et le compresseur (15). Le réservoir sous pression (8) alimente, via le distributeur pneumatique (16) les différentes fonctions du dispositif de fermeture et notamment le moteur pneumatique ou hydraulique (7). Ce moteur (7) peut être remplacé par un vérin pneumatique ou hydraulique. La figure 4 représente une variante dans laquelle le fluide transporté dans la conduite est stocké dans un réservoir (9) et isolé de l'écoulement par un 2880937 6 clapet (27). Ce fluide est ensuite utilisé dans une réaction chimique exothermique ou endothermique ou une combustion par le mélangeur (19). Le réservoir (18) est une réserve de fluide nécessaire à la réaction. Cependant, dans le cas d'une combustion ou d'une réaction avec de l'air, cette réserve (18) est facultative. La réaction ainsi crée est une source de chaleur pour le thermocouple (17) . Si la réaction est exothermique ou si c'est une combustion, c'est la source chaude. Si la réaction est endothermique, c'est la source froide. L'atmosphère constitue la source complémentaire. Le thermocouple (19) crée ainsi un courant, qui, géré par le boîtier de gestion électronique (10), permet de recharger l'accumulateur (8) ou d'alimenter directement en énergie électrique les différentes fonctions du dispositif de fermeture. La figure 5 représente une variante dans laquelle, comme dans la variante représentée par la figure 4, le fluide transporté est utilisé dans une réaction chimique ou une combustion. La chaleur dégagée est utilisée par exemple pour faire tourner une turbine à gaz (29) couplée à un alternateur (11). Le courant ainsi créé, géré par le boîtier de gestion électronique (10), permet de recharger l'accumulateur (8) ou d'alimenter directement en énergie électrique les différentes fonctions du dispositif de fermeture. La figure 6 représente une variante dans laquelle le fluide est directement utilisé dans le moteur pneumatique ou hydraulique (7). Le distributeur (16) gère la pression du réservoir (9) qui peut être au maximum à la pression dynamique du fluide lors de l'écoulement. Ce fluide sous pression est utilisé comme fluide propulseur dans le moteur (7) et est évacué à la pression atmosphérique en dehors du dispositif. Cette variante du dispositif permet de produire de l'énergie lorsque l'organe de fermeture (5) assure l'étanchéité et bloque la circulation du fluide. Les variantes représentées par les figures 4, 5, 8, 9 et 10 présentent également cet avantage. La figure 7 représente une variante dans laquelle l'énergie électrique 35 apportée à l'accumulateur (8) est fournit par un générateur magnétohydrodynamique (21). Le fluide transporté dans la conduite est polarisé par les électrodes (20) . Lorsque le fluide polarisé passe à l'intérieur du générateur magnétohydrodynamique (21), un courant se crée à ses bornes, qui, géré par le boîtier de gestion électronique (10), recharge l'accumulateur (8) ou alimente directement les différentes fonctions du dispositif de fermeture. L'ensemble des câbles électriques nécessaires au fonctionnement du générateur magnétohydrodynamique sont contenus dans une gaine (22) externe ou interne au corps (3). La figure 8 représente une variante dans laquelle l'énergie électrique apportée à l'accumulateur (8) est fournit par un thermocouple (17) dont les sources sont le fluide transporté dans la conduite et l'atmosphère. La source chaude est le fluide le plus chaud et inversement. Le thermocouple (17) crée ainsi un courant, qui, géré par le boîtier de gestion électronique (10), permet de recharger l'accumulateur (8) ou de fournir directement en énergie électrique les différentes fonctions du dispositif de fermeture. La figure 9 représente une variante dans laquelle l'énergie électrique apportée à l'accumulateur (8) est fournit par un panneau solaire (23). Le courant créé par l'exposition à la lumière du soleil est géré par le boîtier de gestion électronique (10). Il permet de recharger l'accumulateur (8) ou de fournir directement en énergie électrique les différentes fonctions du dispositif de fermeture. La figure 10 représente une variante dans laquelle l'énergie électrique apportée à l'accumulateur (8) est fournit par une turbine éolienne (24). Le courant créé par la rotation de la turbine éolienne (24) est géré par le boîtier de gestion électronique (10). Il permet de recharger l'accumulateur (8) ou de fournir directement en énergie électrique les différentes fonctions du dispositif de fermeture. La figure 11 montre une vanne à sièges parallèles actionnée par un moteur électrique (6). L'énergie nécessaire à la manoeuvre de ce moteur (5) est apporté par des câbles (25) d'une alimentation extérieure. Cette technologie est actuellement utilisée. La figure 12 représente l'organe de fermeture (5), en vue non coupée. La force de pression à vaincre pour ouvrir cet organe est la force de pression s'exerçant sur la surface perpendiculaire à l'axe du tube (5). La variation de la hauteur de la collerette fait donc varier cette force d'appui. Pour diminuer cette force, la collerette, peut, comme le représente cette figure, être discontinue sur la circonférence et présenter des secteurs d'appuis. 15 20 25 30 2880937 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'assurer l'étanchéité sur une conduite, caractérisé en ce que le ou les organes servant à la fermeture sont mis en mouvement directement ou indirectement par un ou des dispositifs de conversion d'énergie autonome. 2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les dispositifs de conversion d'énergie autonome puisent leur énergie dans le fluide transporté dans la conduite, par la conversion d'une caractéristique du fluide quelconque, tels que la pression, la quantité de matière, le déplacement du fluide, le pouvoir calorifique ou la température du fluide transporté. 3. Dispositif, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ou les dispositifs de conversion d'énergie autonome, utilisent comme source d'énergie mécanique une ou des turbines plongées dans le fluide. 4. Dispositif, selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les turbines plongées dans le fluide sont couplées par une force à distance, telle qu'une force électromagnétique, à un ou des dispositifs tournant secondaires placés en dehors de l'écoulement et qui servent de source d'énergie mécanique au ou aux dispositifs de conversion d'énergie. 5. Dispositif, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ou les dispositifs de conversion d'énergie autonome utilisent comme source d'énergie une réaction chimique ou une combustion entretenue par apport de fluide transporté dans la conduite avec ou sans complément à la réaction. 6. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les dispositifs de conversion d'énergie autonome utilisent comme source d'énergie l'environnement, par la conversion d'une caractéristique de l'environnement quelconque, tels que l'énergie solaire, éolienne, hydraulique ou thermique. 7. Dispositif, selon la revendication 1 et éventuellement 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que l'énergie produite par le ou les dispositifs de 2880937 10 conversion d'énergie est stockée avant d'être utilisée par l'une ou l'autre des fonctions du dispositif de fermeture et d'étanchéité. 8. Dispositif, selon la revendication 1 et éventuellement 2, 3, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce qu'un ou des transmetteurs à distance sont intégrés et permettent de contrôler à distance l'une ou l'autre des fonctions du dispositif de fermeture et d'étanchéité, de connaître l'état du dispositif de fermeture et d'étanchéité et de connaître les caractéristiques du fluide par d'éventuels capteurs intégrés. 9. Dispositif, selon la revendication 1 et éventuellement 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que le ou les organes de fermeture sont des tubes éventuellement fermés à leur extrémité et dont l'on fait varier la force de fermeture autoclave en faisant varier la surface ou la forme d'un épaulement qui peut être continu sur la circonférence du tube ou fractionné en secteurs. 25 30