Brevet FR2914387A1 — publié le 20081003

VALVE DE LIMITATION DE PRESSION D'UN GAZ PAR RUPTURE MECANIQUE D'UN DE SES ELEMENTS, NOTAMMENT POUR SYSTEME DE CLIMATISATION DE VEHICULES A MOTEUR La présente invention concerne une valve de limitation de pression utilisant tous types de gaz ou de fluides, plus particulièrement adaptée à l'utilisation du dioxyde de carbone (CO2) dans les systèmes de climatisation de véhicules à moteur. A l'heure actuelle, les systèmes de climatisation fonctionnent à partir de gaz fluoré ayant pour inconvénient de nuire à l'environnement, et plus particulièrement à l'ozone. C'est pourquoi le protocole de Kyoto prévoit, dans les quatre années à venir, de réduire les émissions des gaz à effet de serre de 8% par rapport au. niveau de 1990. Egalement, la directive 2006/40/CE vise à réduire puis interdire précisément l'utilisation des gaz fluorés d'ici à 2017 dans les systèmes de climatisation des véhicules à moteur. Une des solutions envisagées est donc de remplacer le gaz fluoré utilisé actuellement par du dioxyde de carbone (CO2), 1300 fois moins nocif pour l'ozone que le gaz fluoré. Mais le passage du gaz fluoré au dioxyde de carbone n'est pas sans inconvénient sur l'installation de climatisation. En effet, nous pouvons dénombrer les inconvénients suivants : - les pressions de fonctionnement sont plus élevées (120 et 160 bars, contre 30-40 bars actuellement), - les températures de fonctionnement sont plus élevées (jusqu'à 180 degrés centigrades en pointe), - la compatibilité des matériaux avec le CO2 est mauvaise, notamment avec les élastomères, - les taux de fuite ou perméabilité admis avec le CO2 sont très faibles (maximum 1g/an de CO2). Pour le passage au CO2, les normes exigent donc 20 l'utilisation d'organes de sécurité mécaniques qui soient capables de limiter la pression dans les différents circuits (120 et 160 bars) de la ligne de climatisation, essentiellement engendrée par une augmentation de la température, mais aussi par un 25 mauvais taux de charge, lors du remplissage de la ligne de climatisation. La valve devra donc pouvoir limiter la pression en s'ouvrant pour laisser le gaz sortir de la ligne de 30 climatisation lorsque la pression est trop élevée. 10 15 Il existe des valves de limitation de pression du type comportant une membrane intérieure se déchirant en cas de surpression. La membrane est donc sollicitée en flexion et il a pu être remarqué de très importantes dispersions des valeurs d'éclatement. De plus, le couple de serrage de la vis interne la pinçant à l'intérieur du corps de valve a une très grande importance par rapport à la pression d'éclatement. Egalement, des problèmes de centrage de la membrane dans le corps sont rencontrés. Son montage en automatique est quasiment impossible. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une valve de limitation de pression utilisant tous types de gaz ou de fluides, plus particulièrement adaptée à l'utilisation du dioxyde de carbone (CO2) dans les systèmes de climatisation de véhicules à moteur, et du type constituée par un corps creux, présentant une zone de fond à proximité duquel est ménagé un orifice de sortie du gaz et une zone d'entrée ouverte recevant un élément d'obturation, destructible au-delà d'une pression prédéterminée, pourvu d'au moins un orifice d'entrée du gaz, caractérisé en ce que l'élément d'obturation est constitué par un noyau présentant d'une part une base fixe remplissant la zone d'entrée du corps et percée d'au moins un orifice d'entrée du gaz, et d'autre part une tête susceptible de coulisser à l'intérieur dudit corps, jusqu'au fond de celui-ci, au-delà de l'orifice de sortie du gaz, lors d'une rupture mécanique d'une zone de moindre résistance reliant la tête à la base, au-delà d'une pression prédéterminée régnant dans une chambre de compression entourant la zone de moindre résistance et agissant sous la tête du noyau. Il s'agit en fait de la réalisation d'une sorte de fusible mécanique à l'intérieur de la valve, agissant en fonction de la pression. Il s'agit en fait d'une valve à usage unique qui, une fois ayant fonctionné, c'est-à-dire lorsqu'une surpression est intervenue dans le circuit de climatisation, doit être remplacée. L'avantage d'une valve selon l'invention réside dans le fait que l'éclatement de la zone de moindre résistance ne dépend plus que des caractéristiques du noyau et non plus des conditions de montage, comme cité précédemment. Les essais ont démontré que les valeurs d'éclatement étaient répétables, pour une variation de diamètre de 0,1 mm. L'invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective de la valve de limitation de pression selon l'invention, isolée du système de climatisation. Les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe longitudinale d'une valve selon la figure 1, montée sur un élément du système de climatisation de véhicule, respectivement avant et après rupture de la zone de moindre résistance. La figure 4 représente, en coupe longitudinale, une variante de réalisation des moyens d'étanchéité internes. La figure 5 représente une autre variante de réalisation des moyens d'étanchéité internes. La figure 6 représente une vue en coupe longitudinale selon une variante de réalisation de la forme de la zone de moindre résistance. Comme le montre bien la figure 3, la valve 1 de limitation de pression utilisant tous types de gaz ou de fluides est représentée montée sur un élément 2 du système de climatisation d'un véhicule à moteur. Cette valve est du type constituée par un corps creux 3, présentant une zone de fond 4 à proximité duquel est ménagé un orifice 5 de sortie du gaz SG et une zone d'entrée ouverte 6 recevant un élément d'obturation 7, destructible au-delà d'une pression prédéterminée, pourvu d'au moins un orifice d'entrée 8 du gaz EG. Selon l'invention, l'élément d'obturation est constitué par un noyau 7 présentant d'une part une base fixe 9 remplissant la zone d'entrée 6 du corps 3 et percée d'au moins un orifice 8 d'entrée du gaz EG, et d'autre part une tête 10 susceptible de coulisser à l'intérieur dudit corps 3, jusqu'au fond 4 de celui-ci, au-delà de l'orifice 5 de sortie du gaz SG, lors d'une rupture mécanique d'une zone de moindre résistance 11 reliant la tête 10 à la base 9, au-delà d'une pression prédéterminée régnant dans une chambre de compression 12 entourant la zone de moindre résistance 11 et agissant sous la tête 10 du noyau 7. Une telle valve permet donc d'éviter une surpression dans le circuit sur lequel elle est installée, afin de ne pas endommager les autres composants et sécuriser les utilisateurs du système. Lorsque la valve est installée, la pression contenue dans le circuit s'introduit dans la. chambre 12 par l'intermédiaire de l'orifice 8. Tant que la pression est inférieure à la pression d'éclatement définie, la valve assure uniquement l'étanchéité avec l'extérieur. Lorsque la pression dépasse la valeur d'éclatement, la pression s'applique sur la surface inférieure de la tête 10 du noyau 7, et génère un effort. Cet effort est répercuté dans la section de la zone de moindre résistance 11, largement inférieure à la section du dessous de la tête 10, ce qui va provoquer la rupture du noyau au niveau de la zone de moindre résistance 11. La rupture du noyau au niveau de la zone de moindre résistance 11 entraîne le déplacement de la tête 10 du noyau 7 qui coulisse jusqu'à venir en butée dans le fond 4 du corps 3. L'échappement du gaz se fait alors par l'orifice 5. Selon le présent exemple de réalisation,, la zone de moindre résistance 11 est constituée par une tige dont la section est inférieure à celle de la tête 10 à laquelle elle est rattachée, selon un rapport Dl/D2 de manière telle que selon ce rapport et les propriétés mécaniques du matériau utilisé, au moins en ce qui concerne la zone de moindre résistance 11, est définie la pression de rupture de celle-ci et conséquemment l'expulsion de la tête 10 et la libération de l'orifice de sortie 5 de gaz SG. La section de rupture sera déterminée selon la méthode de calcul ci-après : 2 SI= 7t•DI 1 4Dt ; St S = Si-S2 S= 7C•(D12-D22) D22 \ S2 = 7C• 4 , 1 D2 ; S2 rt r P It 4 F=P S=P [(Di2_D22).7E] F [P 7C•(D12-D22)1 4 6- L S2 Clt•D221 4 o- = P•(D12/D22)-P D'où : D2 = (P•D12) (6+P)D, : grand diamètre D2 : petit diamètre S, : surface correspondant au diamètre D1 S2 : surface correspondant au diamètre D2 S : surface d'application de la pression ^ F : force exercée par la, pression sur la surface S ^ P : pression d'éclatement recherchée ^ o : résistance mécanique du matériau Préférentiellement, le noyau 7, composé de la base (9), de la tête (10) et de la zone de moindre 5 résistance (11) les reliant, est obtenu en aluminium. Des essais ont été 5754. Ils ont démontré résistance mécanique dueffectués avec de :L'aluminium que pour 280 mégapascal, de matériau, un diamètre D2 de 10 1,9 mm permettait d'obtenir la rupture de la zone de moindre résistance 11 à partir d'une pression de 12 mégapascal (120 bars). On comprend bien que plus le diamètre D1 de la tête 10 sur laquelle vient s'appliquer la pression est important, plus elle permet d'exercer un effort important sur la zone de moindre résistance 1l. Selon l'exemple d'application ci-dessus, ce diamètre est d'une valeur de 9,5 mm. Comme le montre les figures, la base 9 du noyau 7 est emmanchée en force dans la zone ouverte 6 du corps 3 de valve 1, contre un épaulement 13 ou zone conique interne 14 de celui-ci, et est pourvue d'au moins un orifice 8 d'entrée du gaz EG. Bien entendu, il pourra également s'agir d'une fixation définitive, ou non, par vissage, collage, 20 sertissage, etc. Il en est de même au niveau des orifices 8 d'entrée de gaz, pouvant être au nombre de 2, et formés de part et d'autre de la base 9, par des trous ou par un ou 25 plusieurs méplats 8A,8B, réalisés selon des génératrices de la périphérie de ladite base 9. La valve 1 est également dotée de moyens d'étanchéité externes entre ladite valve et un élément 30 de l'installation de climatisation et de moyens internes entre la tête 10 du noyau 7 et l'alésage 3a du corps 3 de valve 1. C'est ainsi que selon la figure 2, l'étanchéité intérieure est réalisée avec deux joints toriques 15,16 en élastomère montés sur la tête 10, du noyau (7). Selon l'exemple de la figure 4, l'étanchéité intérieure est réalisée avec un joint torique 18 en élastomère monté dans l'alésage 3a du corps 3 de la valve 1. Selon la figure 5, l'étanchéité intérieure est réalisée par un joint torique 17 en élastomère monté sur la tête 10 du noyau 7. 15 Quel que soit le cas, afin d'obtenir le coulissement de la tête 10 dans l'alésage :3a du corps 3, après rupture de l'élément de faible résistance 11, et obtenir ainsi l'échappement de la pression par l'orifice d'échappement 5, les joints toriques sont 20 réalisés dans un matériau apte à assurer la perméabilité en fonctionnement normal et son glissement lors de la rupture. Selon une autre caractéristique de l'invention, la 25 valve est raccordée à un élément 2 du système de climatisation du véhicule, par l'intermédiaire d'une partie filetée externe 19 du corps 3 se vissant dans un logement fileté correspondant 20 de l'élément 2, l'étanchéité externe entre l'une et l'autre des parties 30 s'effectuant directement, métal contre métal, entre d'une part une arête vive 21 d'un épaulement sortant 22, réalisé sur la surface externe du corps 3 de valve 10 1, au-delà de sa partie filetée 19, et d'autre part une zone de révolution tronconique 23 réalisée sur l'élément 2, au dessous de son filetage 20. Préférentiellement, les matériaux métalliques constituant le corps 3 de valve 1 et l'élément 2 où il se visse sont de duretés différentes, de manière à obtenir, sous l'effet d'un couple de serrage, la déformation de l'un ou de l'autre matériau, ayant pour effet de parfaire l'étanchéité. Ces matériaux différents pourront être par exemple constitués par laiton contre aluminium, ou encore acier inoxydable contre laiton, ou tout autre type de matériau différent. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'orifice 5 de sortie du gaz (SG) comporte un opercule dont les caractéristiques de résistance à l'arrachement permettent de céder à une pression inférieure à celle de rupture de la zone de moindre résistance 11 du noyau 7. Ceci a pour but de protéger l'installation de climatisation avec un coefficient de sécurité, en constituant une protection contre les impuretés ambiantes, et permettre une visualisation du fonctionnement ou du non fonctionnement de la valve. Comme le montre la figure 6, la zone de moindre résistance 11A peut être de forme différente de celle des exemples précédents. REVENDICATIONS 1. Valve (1) de limitation de pression utilisant tous types de gaz ou de fluides, plus particulièrement adaptée à l'utilisation du dioxyde de carbone (CO2) dans les systèmes de climatisation de véhicules à moteur, et du type constituée par un corps creux (3), présentant une zone de fond (4) à proximité duquel est ménagé un orifice (5) de sortie du gaz (SG) et une zone d'entrée ouverte (6) recevant un élément d'obturation (7), destructible au-delà d'une pression prédéterminée, pourvu d'au moins un orifice (8) d'entrée du gaz (EG), caractérisé en ce que l'élément d'obturation est constitué par un noyau (7) présentant d'une part une base fixe (9) remplissant la zone d'entrée (6) du corps (3) et percée d'au moins un orifice (8) d'entrée du gaz (EG), et d'autre part une tête (10) susceptible de coulisser à l'intérieur dudit corps (3), jusqu'au fond (4) de celui-ci, au-delà de l'orifice (5) de sortie du gaz (SG), lors d'une rupture mécanique d'une zone de moindre résistance (11) reliant la tête (10) à la base (9), au-delà d'une pression prédéterminée régnant dans une chambre de compression (12) entourant la zone de moindre résistance (11) et agissant sous la tête (10) du noyau (7). 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone de moindre résistance (11) est constituée par une tige dont la section est inférieure à celle de la tête (10) à laquelle elle est rattachée, selon un rapport Dl/D2, de manière telle que selon cerapport et les propriétés mécaniques du matériau utilisé, au moins en ce qui concerne la zone de moindre résistance (11), est définie la pression de rupture de celle-ci et conséquemment l'expulsion de la tête (10) et la libération de l'orifice de sortie (5) de gaz (SG). 3. Valve selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le noyau (7), composé de la base (9), de la tête (10) et de la zone de moindre résistance (11) les reliant, est obtenu en aluminium. 4. Valve selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la base (9) du noyau (7) est emmanchée en force dans la zone ouverte (6) du corps (3) de valve (1), contre un épaulement (13) ou zone conique interne (14) de celui-ci, et est pourvue d'au moins un orifice (8) d'entrée du gaz (EG). 5. Valve selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est dotée de moyens d'étanchéité externes entre ladite valve et un élément de l'installation de climatisation, et de moyens internes et/ou internes entre la tête (10) du noyau (7) et l'alésage (3a) du corps (3) de valve (1). 6. Valve selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité internes sont: constitués par un ou plusieurs joints (15,16,17,18) en. élastomère montés sur la tête (10) du noyau (7) ou dans l'alésage (3a) du corps (3) de valve (1). 7. Valve selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est raccordée à un élément (2) du système de climatisation du véhicule, par l'intermédiaire d'une partie filetée externe (19) du corps (3) se vissant dans un logement fileté correspondant (20) de l'élément (2), =L'étanchéité externe entre l'une et l'autre des parties s'effectuant directement, métal contre métal, entre d'une part une arête vive (21) d'un épaulement sortant (22), réalisé sur la surface externe du corps (3) de valve (1), au-delà de sa partie filetée (19), et d'autre part une zone de révolution tronconique (23) réalisée sur l'élément (2), au dessous de son filetage (20). 8. Valve selon la revendication 7, caractérisée en ce que les matériaux métalliques constituant le corps (3) de valve (1) et l'élément (2) où il se visse sont de duretés différentes, de manière à obtenir, sous l'effet d'un couple de serrage, la déformation de l'un ou de l'autre matériau, ayant pour effet de parfaire l'étanchéité. 9. Valve selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'orifice (5) de sortie du gaz (SG) comporte un opercule dont les caractéristiques de résistance à l'arrachement sont aptes à lui permettre de céder à une pression inférieure à celle de rupture de la zone de moindre résistance du noyau.