Brevet FR2919376A1 — publié le 20090130

La présente invention concerne un système de robinet pour bouteille de fluide sous pression. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des gaz et mélanges utilisés notamment dans la fabrication industrielle de composants électroniques ou l'analyse de laboratoire. Pour la mise en oeuvre de fluide sous pression à partir d'une bouteille, un système simple de robinet consiste à connecter à la bouteille des équipements externes qui peuvent être, soit des moyens d'acquisition de la pression du fluide comme des capteurs de pression situés dans la bouteille ou io en aval, soit des organes de contrôle du débit de fluide comme des détendeurs ou des régulateurs de débit. Ce type de solution nécessite cependant de mettre en place ces équipements à chaque mise en service, de les purger avant utilisation, puis de les démonter lorsque la bouteille doit être déplacée. 15 Un autre système de robinet consiste à utiliser un régulateur détendeur intégré, appelé RDI, qui permet de réguler le flux de gaz en pression ou en débit sans adjonction d'autres équipements à la bouteille, ce qui, contrairement à la solution précédente, évite le démontage du système à chaque changement d'utilisation. Un RDI est intégré dans un chapeau de 20 bouteille qui assure la sécurité du système contre les chocs qui pourraient endommager les RDI, en particulier les chocs consécutifs à la chute d'une bouteille d'un véhicule de transport lors d'un transfert des bouteilles. Un premier type de régulateur détendeur intégré RDI permet de contrôler la pression dans une certaine gamme au moyen d'un régulateur de 25 pression dont la valeur de consigne est fixée manuellement au moyen d'un bouton de réglage. Deux manomètres fournissent les valeurs de la pression respectivement en sortie de la bouteille et à l'entrée du réseau d'utilisation, en aval du détendeur. Un second type de régulateur détendeur intégré RDI met en oeuvre une 30 pré-détente à une valeur donnée, puis le débit de fluide est fixé par un sélecteur à barillet offrant le choix parmi une douzaine de valeurs, ou par une vanne à aiguille permettant un réglage de débit continu. Cependant, ces systèmes connus de robinet pour bouteille de fluide sous pression ne sont pas totalement satisfaisants à plusieurs égards, à savoir la précision de manipulation, la manipulation à distance et l'encombrement. S'agissant de la précision de manipulation, il faut constater d'une manière générale que la nature mécanique des équipement adjoints à la bouteille sont générateurs d'une imprécision des manipulations, comme pour les vannes et les lectures d'informations sur les manomètres par exemple. Plus précisément, avec les régulateurs détendeurs intégrés RDI actuels le io réglage de la pression ou du débit de consigne est effectué par intervention humaine en tournant manuellement le bouton d'une vanne, tandis que la valeur de consigne est contrôlée par simple lecture sur un afficheur constitué par une aiguille se déplaçant devant des graduations dont la précision est généralement très faible. 15 De plus, les systèmes de robinet connus aujourd'hui ne permettent pas d'assurer la traçabilité de la consommation. En effet, dans de nombreuses applications, une même bouteille de fluide est susceptible d'être déplacée successivement en différents endroits où des quantités limitées de fluide sont consommées. C'est le cas par exemple des bouteilles de gaz dites nomades, 20 installées dans des ambulances ou utilisées pour des opérations ponctuelles sur des chantiers ou des stations de contrôle de la qualité de l'air. Dans toutes ces situations, il faut à la fois connaître avec précision la quantité de fluide consommée, ce qui n'est pas garanti avec les systèmes actuels, et traiter cette information de manière à pouvoir fournir une facturation détaillée 25 à l'utilisateur. En pratique, les données nécessaires à la facturation sont relevées manuellement sur la bouteille à chaque consommation de fluide, sans qu'aucune trace ne subsiste. Concernant la manipulation à distance des bouteilles de fluide, les solutions existantes sont généralement des systèmes classiques de gestion 30 de réseau sur lequel la bouteille est branchée. Cependant, ces solutions sont le plus souvent limitées à des systèmes mécaniques comme de simples vannes qui coupent la conduite de circulation de fluide jusqu'à la bouteille. De même, il existe des manomètres sur la tuyauterie qui transmettent la pression présente dans le réseau mais non celle de la bouteille. Enfin, on connaît également des systèmes de basculement d'une bouteille à une autre dans les armoires à deux bouteilles, connues sous le nom de gas cabinet . D'autre part, lorsque des bouteilles sont placées en plusieurs endroits d'une installation comme une usine, se pose le problème de l'action sur les parties mécaniques de son équipement d'utilisation, vanne par exemple, ou encore le relais d'informations localisées sur la bouteille comme la pression ou le débit. Il faut en effet se rendre auprès de la bouteille pour ouvrir ou fermer une vanne, régler une valeur de consigne, lire un manomètre, etc. io Enfin, une contrainte supplémentaire consiste en l'encombrement des systèmes de robinet actuels. Ceci est particulièrement vrai pour les régulateurs détendeurs intégrés RDI qui doivent pouvoir être intégrés dans un chapeau de bouteille prévu, comme on l'a vu plus haut, pour accroître la sécurité du système et celle de l'utilisateur. Cependant, les dimensions d'un 15 chapeau de RDI sont relativement importantes et constituent une contrainte d'encombrement qui limite d'autant les fonctionnalités pouvant être incluses dans un RDI. Aussi, l'invention a pour but d'apporter des solutions aux différentes difficultés qui viennent d'être évoquées ci-dessus. 20 En particulier, l'invention propose un système de robinet pour bouteille de fluide sous pression, remarquable en ce que ledit système comprend des des moyens d'acquisition de données numériques relatives audit fluide et des moyens de traitement desdites données numériques. De manière avantageuse, lesdits moyens d'acquisition concernent au 25 moins l'une des grandeurs suivantes : pression du fluide en sortie de la bouteille, pression du fluide en aval d'un détendeur placé en sortie de la bouteille, débit massique de fluide. Les moyens d'acquisition de pression peuvent être des micro-capteurs de pression, capteurs piézo-électriques par exemple, ou des jauges de contrainte, disposés dans la bouteille. 30 On comprend que l'acquisition de données numériques augmente considérablement la précision de manipulation par rapport aux systèmes existants à simple lecture de manomètres. Afin de permettre la traçabilité des bouteilles nomades, l'invention prévoit que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de stockage desdites données numériques et des moyens de calcul de consommation du fluide. On peut ainsi par exemple mémoriser les données de pression et/ou de débit à chaque poste où la bouteille a été utilisée, puis de traiter ultérieurement ces données afin de calculer la consommation de chaque et d'établir une facturation en conséquence. De manière à automatiser le système de robinet conforme à l'invention, il est prévu que ledit système comprend en outre des moyens de commande io d'au moins un organe de contrôle de débit de fluide. Selon l'invention, ledit organe de contrôle de débit de fluide est l'un des organes suivants : détendeur placé en sortie de la bouteille, régulateur de débit massique, vanne d'arrêt. Avantageusement, lesdits moyens de commande sont aptes à fournir 15 audit organe de contrôle une valeur de consigne. En réponse, une valeur de ladite consigne est retournée aux moyens de commande. Une manipulation à distance du système de robinet conforme à l'invention peut être obtenue du fait que ledit système comprend un boîtier de communication avec une unité de pilotage distante. 20 Enfin, selon une caractéristique particulièrement avantageuse, le système de robinet, objet de l'invention, comprend un bloc fonctionnel constitué par un microsystème électromécanique intégrant au moins un organe de contrôle. Cette disposition permet de réduire notablement l'encombrement du système par l'utilisation d'une technologie connue sous le 25 nom de MEMS ( Micro Electro Mechanical System ). On peut ainsi augmenter les fonctionnalités du système de robinet tout en restant dans les limites de volume imposées par le chapeau d'un RDI. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et 30 comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma d'un système de robinet conforme l'invention. Sur la figure 1 est représenté un système de robinet pour une bouteille 10 de fluide. A partir de la bouteille 10, on trouve successivement les équipements suivants : - une prise 11 de remplissage de la bouteille, s -un moyen 12 d'acquisition numérique de la pression P1 (de l'ordre de 200 à 300 bars) à l'intérieur de la bouteille 10, comme un capteur piézo-électrique ou une jauge de contrainte, - une première vanne 13 d'arrêt destinée à isoler du reste du système de robinet le fluide contenu dans la bouteille, io - un détendeur 14 apte à fixer la pression P2 aval à une valeur préréglée, de 5 bars par exemple, - une soupape 15 de sécurité en aval du détendeur 14 permettant d'éviter toute augmentation de la pression préréglée P2, - un moyen 16 d'acquisition numérique de la pression P2, 15 - un régulateur 17 de débit massique Dm de fluide associé à un moyen d'acquisition numérique, non représenté, du débit massique Dm, comme un débitmètre, - un passage 18 permettant de contourner ( by-pass ) le régulateur 17 de débit massique si un débit particulièrement important est requis, par exemple 20 pour réaliser une purge des la bouteille 10, ou si l'utilisateur préfère travailler en pression plutôt qu'en débit, - une deuxième vanne 19 d'arrêt destinée à isoler le système de robinet de l'atmosphère extérieure tout en restant sous l'atmosphère du fluide de travail. Les données numériques P1, P2 et Dm ainsi acquises par les moyens 25 d'acquisition précités sont transmises à un boîtier 20 de communication propre à la bouteille 10, puis à une unité 30 de pilotage distante où ces données sont stockées et traitées afin de calculer par exemple la consommation de fluide et d'en assurer la traçabilité quand la bouteille est destinée à être déplacée de poste de travail en poste de travail. Bien entendu, 30 une même unité 30 de pilotage distante peut piloter plusieurs boîtiers 20 de communication associés à des bouteilles différentes. De même, la présence de l'unité distante 30 n'est pas indispensable, chaque système de robinet associé à une bouteille pouvant fonctionner de manière autonome à partir de son propre boîtier 20 de communication. Le boîtier 20 de communication et/ou l'unité 30 de pilotage peut comporter un écran, non représenté, permettant à l'utilisateur de visualiser des informations sur la bouteille 10, telles que les données P1, P2, Dm, et de commander à distance au moins un organe de contrôle du débit de fluide choisi parmi le détendeur 14, le régulateur 17 de débit massique et la vanne 19 d'arrêt. En pratique, la commande est effectuée en envoyant une valeur de consigne à l'organe de contrôle concerné. Un valeur de ladite consigne est io alors retournée aux moyens de commande de manière à rendre compte de l'exécution de la consigne reçue. La liaison entre le boîtier 20 de communication et l'unité 30 de pilotage distante peut être réalisée de manière classique par liaison filaire : Intranet, Ethernet, Internet, RNIS, etc., ou par liaison sans fil du type GSM, GPRS, 15 WiFi, radiofréquence, etc. Comme l'indique la figure 1, le système de robinet est en partie réalisé sous la forme d'un microsystème électromagnétique constituant un bloc 40 rassemblant ici, mais de façon non limitative, les fonctions d'acquisition de la pression préréglée P2 et de régulation de débit massique. Les microsystèmes 20 électromagnétique, ou MEMS, sont issus de la technologie de la micro-électronique et se sont développés dans de nombreux secteurs, notamment les secteurs des capteurs de pression à base de matériaux piézo-électriques, et des vannes de contrôle fluidique. On notera que toutes les fonctionnalités en aval de la fonction de 25 détente assurée par le détendeur 14 sont fixes chez l'utilisateur. La bouteille 10 par elle-même ne comporte que la première vanne 13 d'arrêt et le détendeur 14. L'interface avec les autres équipements installés à demeure chez l'utilisateur est réalisée au moyen d'un raccord rapide. Les avantages de cette solution sont, d'une part un investissement moindre pour le fournisseur 30 de bouteilles de fluide, et d'autre part un moyen de connexion rapide au réseau pour l'utilisateur. 20 REVENDICATIONS 1. Système de robinet pour bouteille (10) de fluide sous pression, comprenant des moyens d'acquisition de données numériques (P1, P2, Dm) relatives audit fluide et des moyens de traitement desdites données numériques, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un organe (14, 17, 19) de contrôle de débit de fluide et des moyens de commande du ou des organes (14, 17, 19) reliés aux moyens de traitement desdites données numériques, pour commander le ou les organes (14, 17, 19) de contrôle de débit de fluide en io fonction des données numériques (P1, P2, Dm) relatives audit fluide. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens d'acquisition concernent au moins l'une des grandeurs suivantes : pression (P1) du fluide en sortie de la bouteille (10), pression (P2) du fluide en aval d'un détendeur 15 (14) placé en sortie de la bouteille (10), débit massique (Dm) de fluide. 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de stockage desdites données numériques et des moyens de calcul de consommation du fluide. 4. Système selon la revendication 3, dans lequel ledit organe de contrôle de débit de fluide est l'un des organes suivants : détendeur (14) placé en sortie de la bouteille (10), régulateur (17) de débit massique, vanne (19) d'arrêt. 25 5. Système selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel lesdits moyens de commande sont aptes à fournir audit organe (14, 17, 19) de contrôle une valeur de consigne. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel une valeur de ladite 30 consigne est retournée aux moyens de commande. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un boîtier (20) de communication avec une unité (30) de pilotage distante. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant un 5 bloc fonctionnel (40) constitué par un microsystème électromécanique intégrant au moins un organe (17) de contrôle. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel ledit bloc fonctionnel (40) intègre également lesdits moyens (16) d'acquisition de la pression en aval io dudit détendeur (14).