Brevet FR2927687A1 — publié le 20090821

La présente invention concerne un dispositif de remplissage et de distribution de gaz, un récipient et un circuit utilisateur pourvu d'un tel dispositif. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de remplissage et de distribution de gaz comprenant un corps destiné à être disposé dans l'orifice d'un réservoir de stockage de gaz sous pression, un circuit de soutirage de gaz s'étendant entre une première extrémité amont destinée à être reliée à l'intérieur du réservoir et une seconde extrémité aval destinée à être reliée à un utilisateur du gaz, le circuit de soutirage comprenant un premier clapet d'isolation, le dispositif comprenant en outre une soupape de sécurité destinée à être soumise à la pression dans le réservoir pour obturer ou ouvrir sélectivement un passage pour le gaz du réservoir vers une zone de décharge selon la température et/ou la pression du gaz dans le réservoir par rapport à au moins un seuil déterminé. On connaît des dispositifs ou robinets, notamment à détendeurs intégrés, pour des applications gazeuses. En particulier, pour des applications véhicules ou le carburant comprenant de l'hydrogène gazeux, on envisage des stockages gazeux à très haute pression (700 bar et au-delà). Une solution consiste notamment à prévoir que les utilisateurs échangent des réservoirs vides contre des réservoirs pleins (en particulier dans des zones où des stations de remplissages ne sont pas appropriées). Des réglementations actuelles ou futures prévoient la nécessité de valves d'échappement de sécurité (PRD), pour libérer le gaz stocké dans le réservoir en cas de choc ou d'incendie (en vue des applications sur des véhicules notamment). La demanderesse a cependant constaté qu'une telle valve d'échappement de sécurité (PRD) pourrait créer des problèmes lorsque plusieurs réservoirs de ce type sont stockés dans une zone de stockage avant utilisation. En effet, lorsque le gaz est inflammable ou dangereux tel que de l'hydrogène, l'activation d'une soupape de sécurité et la formation d'une flamme pourrait entraîner, par effet � domino � ou � en cascade �, l'activation des soupapes des réservoirs adjacents. Pour résoudre ce problème, une solution possible et de prévoir des écrans thermiques sur les réservoirs ou dans leur zone de stockage. Cependant, ces solutions sont coûteuses et peu satisfaisantes. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le dispositif de remplissage et de distribution de gaz selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la zone de décharge de la soupape de sécurité est située en amont du premier clapet d'isolation. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le circuit de soutirage comprend un détendeur de pression, une chambre basse pression et le premier clapet d'isolation disposés en série dans cet ordre d'amont en aval, la zone de décharge de la soupape de sécurité étant située en aval du détendeur de pression, - la soupape de sécurité est située dans une conduite ayant une extrémité aval reliée en amont du premier clapet d'isolation, et une extrémité amont reliée, en position montée sur un réservoir, avec l'intérieur du réservoir, - le circuit de soutirage de gaz comprend un second clapet d'isolation, - le second clapet d'isolation est disposé entre le détendeur de pression et le premier clapet d'isolation, - la zone de décharge de la soupape de sécurité est située entre les premier et second clapets d'isolation, - la soupape de sécurité comprend un élément fusible coopérant en butée avec un organe sélectivement mobile entre une position d'obturation du passage vers la zone de décharge lorsque l'élément fusible n'est pas activé et une position d'ouverture du passage vers la zone de décharge lorsque l'élément fusible est activé, - l'organe mobile de la soupape de sécurité comprend un piston mobile en translation dans le corps du dispositif et un système de joint(s) apte(s) à coopérer avec un siège formé dans ledit corps, - le passage pour le gaz vers une zone de décharge comprend une rainure, les positions d'obturation et d'ouverture du passage vers la zone de décharge étant définies par les positions du système de joint(s) relativement à la rainure, - l'organe mobile de la soupape de sécurité comprend un piston du type différentiel dont une fraction déterminée seulement de sa surface utile est soumise à la pression dans le réservoir, pour limiter l'effort transmis par le piston à l'élément fusible à une valeur déterminée. L'invention propose également un récipient de gaz sous pression comportant, disposé dans son orifice, un dispositif de remplissage et de distribution de gaz conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. Selon un autre aspect possible, la demanderesse propose également un ensemble comprenant un circuit d'utilisation d'un gaz sous pression et un récipient de gaz sous pression selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci- dessous, le récipient étant sélectivement raccordable au circuit d'utilisation via le dispositif de remplissage et de distribution de gaz, le circuit comportant un mécanisme formant une soupape de sécurité haute pression apte à évacuer le gaz sous pression d'échappement vers l'atmosphère ou dans une zone sécurisée déterminée. Selon une particularité possible avantageuse, le circuit d'utilisation comporte un organe (tel qu'un axe) ayant une première position d'ouverture sélective du premier clapet (deuxième clapet fermé) et une seconde position d'ouverture du premier et du second clapet. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques de procédé et/ou de dispositif ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en perspective et schématique illustrant une réalisation possible d'un dispositif de remplissage et de distribution de gaz selon l'invention, - les figures 2 à 4 représentent schématiquement la structure et le fonctionnement de trois modes de réalisation possibles et non limitatifs du dispositif de remplissage et de distribution de gaz selon l'invention, - la figure 5 représente un vue en coupe longitudinale du dispositif de remplissage et de distribution de gaz de la figure 1 selon un premier plan de coupe, - la figure 6 représente un vue en coupe longitudinale du dispositif de remplissage et de distribution de gaz de la figure 1 en position montée dans un réservoir et selon un second plan de coupe (représenté par la ligne A-A sur la figure 5), - la figure 7 représente un vue en coupe transversale du dispositif de remplissage et de distribution de gaz des figures 1 et 5 selon un premier plan de coupe (représenté par la ligne B-B sur la figure 5), - la figure 8 représente un vue en coupe transversale du dispositif de remplissage et de distribution de gaz des figures 1 et 5 selon un second plan de coupe (représenté par la ligne C-C sur la figure 5), - la figure 9 représente un vue en coupe longitudinale et partielle du dispositif de remplissage et de distribution de gaz des figures 1, 2 et 5 à 9 en position raccordée à un organe utilisateur, L'invention va à présent être décrite en référence aux figures 1 à 9 qui illustrent des exemples d'application nullement limitatifs. En particulier, l'invention peut s'appliquer également à tout autre type de dispositif ou robinet. L'invention peut notamment s'appliquer aux dispositifs décrits dans les documents WO2007/048954 Al ou WO2007/048957. Le dispositif de remplissage et de distribution de gaz comprend un corps 1 oblong dont l'extrémité inférieure est destinée à être logé de préférence en partie dans un réservoir. Le dispositif intègre notamment une portion de détente de gaz (détendeur 50 de pression) et une zone 101 de raccord (tel qu'un filetage ou analogue) pour sa fixation dans le col d'un réservoir (cf. figures 1, 5 et 6). L'extrémité supérieure du dispositif forme une tête 111 (par exemple hors du réservoir comprenant notamment une soupape de sécurité 55, un orifice 301 de remplissage/soutirage du gaz et des organes de connexion 201 destinés à coopérer avec des organes de connexion complémentaires d'un système utilisateur (non représenté à la figure 1). En se référant à la figure 5, le dispositif comporte un circuit 20 de soutirage comprenant, de l'aval vers l'amont (c'est-à-dire depuis l'orifice 301 extérieur vers le réservoir) : un premier clapet 160, un second clapet 60 d'isolation et un détendeur de pression 50. Bien entendu, le dispositif peut comporter d'autres organes non décrits par soucis de concision. En particulier, en ce qui concerne le détail de l'agencement interne du dispositif 1 (détendeur, filtre(s), clapet(s)), on pourra se référer, par exemple et de façon nullement limitative, au document WO2007048957. La figure 2 représente schématiquement une structure possible selon l'invention. Le circuit 20 de soutirage comprend, d'amont en aval, un filtre 120, un clapet anti-retour 220, le détendeur 50, le second clapet d'isolation 60 et le premier clapet d'isolation 160 (ce dernier est de préférence couplé à des moyens de connexion rapide destinés à coopérer avec une prise de remplissage/soutirage d'un système utilisateur 40). Le dispositif 1 comprend un conduit 240 de remplissage de préférence distinct du circuit 20 de soutirage. Le circuit 240 de remplissage comprend un clapet 140 et comporte une extrémité reliée par exemple amont du filtre 120 et, une autre extrémité reliée en amont du premier clapet 160. Le dispositif 1 comprend en outre une soupape de sécurité 55 logée dans un conduit 155 relié d'une part à l'intérieur du réservoir 30 (en amont du filtre 120) et, d'autre part, en amont du premier clapet 160. De cette façon, le gaz éventuellement déchargé par la soupape 55 de sécurité est dirigé dans la chambre basse pression isolée de l'extérieur par le premier clapet 160. Ainsi, on évite de relâcher des gaz dangereux/inflammables vers l'extérieur et on diminue les risques de combustion extérieurs. Le gaz libéré par la soupape 55 de sécurité est au contraire relâché de façon contrôlée à l'extérieur via l'orifice de sortie 301 (orifice assurant le soutirage et de préférence également le remplissage). Par exemple, ce gaz d'échappement est évacué par l'organe utilisateur qui se connecte sur le dispositif lorsqu'il ouvre le premier clapet 160 (par exemple via un système prévu à cet effet). Ceci est particulièrement avantageux sur le plan de la sécurité, en particulier pour les applications utilisant un carburant comprenant de l'hydrogène gazeux (véhicules). Les figures 5 à 9 illustrent plus en détail un exemple de réalisation non limitatif. Le gaz G contenu dans le réservoir 30 pénètre dans le corps du dispositif via un conduit 155 (cf. figures 7 et 8) comprenant un ajutage 37 et débouche radialement au niveau d'un piston 6 mobile faisant partie du mécanisme de la soupape 55 de sécurité. Le piston 6 est soumis à la pression du gaz en direction d'une butée comprenant une pièce 8 en matériau fusible tel qu'un alliage eutectique composé par exemple d'étain, et/ou de bismuth et/ou de plomb et un bouchon poreux 9. Comme représenté, le piston 6 est de préférence du type différentiel, c'est-à-dire qu'une partie seulement de sa surface (section) est soumise à la pression du gaz, de façon à limiter l'effort transmis au matériau 8 fusible. Bien entendu, tout autre type d'agencement et géométrie de piston 6 et matériau fusible 8 peuvent être envisagés. Le gaz débouche autour du piston 6 dans une rainure circulaire 255 (cf. figure 8). En situation normale, le gaz reste confiné à cette rainure 255 au moyen d'une paire de joints 10, 12 toriques associés chacun à une bague anti-extrusion 11, 13. Les joints 10, 12 et bagues anti-extrusion 11, 13 sont portés par le piston 6 est sont espacés dans la direction longitudinale du piston 6. Le premier joint 12 situé du côté du matériau fusible est de préférence de plus grande dimension que le second 10 joint. Ce second joint 10 assure l'étanchéité vers l'extérieur en empêchant que le gaz ne s'échappe de son côté. Le premier joint 12 assure l'étanchéité vis-à-vis du circuit interne du corps du dispositif. Plus précisément, le premier joint 12 interdit au gaz d'arriver à une seconde rainure 80 qui communique avec la chambre basse pression située entre les deux clapets 60, 160 du circuit 20 de soutirage (dans l'exemple représenté, le piston 6 coulisse selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du circuit 20 de soutirage). Le piston 6 peut comporter un troisième ensemble de joint 14 et bague anti-extrusion du côté de l'élément 8 fusible. Cette chambre basse pression située en aval du second clapet 60 reçoit donc aussi le gaz détendu par le détendeur 50 lorsque le second clapet 60 est ouvert (via par exemple un organe plongeur faisant partie du système utilisateur, cf. figure 9). Comme représenté dans la figure 6, cette chambre basse pression est isolée de l'extérieur via le premier clapet 160 composé d'un obturateur 33 mobile en translation qui est soumis à l'action d'un ressort 22 de rappel vers une position de fermeture de l'orifice de sortie 301. Toutes les étanchéités nécessaires à la fonctionnalité de ce clapet 160 peuvent être assurées par les joints toriques 24, 25, 26 et 126 qui sont respectivement associés aux bagues anti-extrusion 27, 127, 28 et 128, chacun de ces couples joint/bague [24;27], [25;127], [26 ;28] et [126 ; 128] étant logés dans une gorge d'une canule 23. Ladite canule 23 est enfermée dans le corps du dispositif 1 grâce à un couvercle 4 lié au corps du dispositif 1 par les éléments de fixations 401 (voir figure 1). Les couples joint/bague [26 ;28] et [126 ; 128] sont situés sur la surface cylindrique externe de la canule 23 de part et d'autre de trous radiaux 231 ménagés dans la canule 23 de manière à assurer une continuité étanche du conduit de remplissage 240 entre le corps du dispositif 1 et la canule 23. Les couples joint/bague [25; 127] et [24; 27] sont situés sur la surface cylindrique interne de la canule 23 de part et d'autre des trous radiaux 231 ménagés dans la canule 23 de manière à assurer une continuité étanche du conduit de remplissage 240 entre l'outil de remplissage du réservoir (lorsqu'il est connecté) et la canule 23 ou pour le couple joint/bague [24; 127] de manière à former une seconde barrière pour le gaz entre l'obturateur 33 (lorsqu'il est rappelé par le ressort 22 dans une position de fermeture de l'orifice 301) et la canule 23. Lorsque la soupape 55 de sécurité est active (pression et/ou température au-delà d'un seuil, le matériau 8 fusible ne résiste plus à la force transmise par le piston 6 et s'efface. Dès, lors, sous l'action de la pression du gaz, le piston 6 se déplace en direction du volume libéré par l'élément fusible 8 (vers la gauche sur la figure 8) et le premier joint 12 du piston 6 entre alors dans à la seconde rainure 80 ce qui supprime l'étanchéité vers le circuit interne. Le gaz G provenant du conduit 155 est alors autorisé à pénétrer cette rainure 80 et accède à la chambre base pression en amont du premier clapet 160. Le piston 6 est dimensionné pour éviter que le second joint 10 ne pénètre dans la première rainure 255, de façon à conserver l'étanchéité à l'autre extrémité du piston 6. Lorsque le dispositif 1 n'est pas connecté à un système utilisateur, le joint 24 et le l'obturateur mobile 33 empêchent la sortie de gaz vers l'extérieur. En revanche, lorsque le dispositif est connecté à un système utilisateur, un axe 44 peut venir s'engager dans l'orifice 301 du dispositif. L'axe 44 peut comporter par exemple des orifices radiaux 144 à son extrémité pour communiquer avec la chambre basse pression. Le gaz transite ensuite par exemple via un canal central formé dans l'axe 44. Le joint 24 garantit l'étanchéité vis-à-vis de l'axe 44. Dans la figure 9, le dispositif 1 est représenté connecté à un système utilisateur 40 dont l'axe 44, engagé dans l'orifice 301 est étanche sur le couple joint torique/bague anti-extrusion [24; 27]. L'extrémité de l'axe 44 est en contact sur l'extrémité de l'obturateur mobile 33 le forçant à se déplacer en direction du second clapet 60 en surpassant l'effort du ressort de rappel 22. L'axe 44 peut avoir deux positions stables et distinctes. Une première position stable dans laquelle l'axe 44 génère un déplacement de l'obturateur mobile 33 qui n'ouvre pas le second clapet 60 (le gaz détendu provenant du détendeur 50 n'est pas délivré au système utilisateur) et une seconde position dans laquelle l'axe 44 génère un déplacement de l'obturateur mobile 33 qui ouvre le second clapet 60 (le gaz détendu provenant du détendeur 50 est délivré au système utilisateur). Dès que le dispositif 1 est connecté à un système utilisateur 40, quelle que soit l'une des deux positions stables précédemment décrites de l'axe 44, tout flux de gaz arrivant dans la chambre basse pression depuis la soupape de sécurité 55 via le conduit 155 est évacué à l'extérieur via les orifices radiaux 144 et le canal central de l'axe 44. La figure 3 illustre schématiquement la connexion de l'ensemble réservoir 30 avec dispositif 1 à un circuit 100 d'un utilisateur 40 comprenant un mécanisme 950 de sécurité. Le gaz à haute pression qui s'échappe du réservoir (contenu dans la chambre basse pression en cas de surchauffe ou d'anomalie) est géré par le circuit utilisateur 100 lorsque l'organe utilisateur 40 ouvre le premier clapet 160. Ce gaz d'échappement à haute pression peut être évacué vers la soupape de sécurité 950 qui, grâce à une cheminée d'évacuation ou analogue, conduit le fluide à l'atmosphère dans une zone connue et maîtrisée (notamment dans le cas où le circuit 100 fait partie d'un véhicule). Lorsque l'organe utilisateur ouvre le second clapet 60, le gaz détendu est ensuite admis à entrer dans le circuit 10 utilisateur. Ainsi, la sortie du gaz d'échappement (en cas de surpression ou température anormalement élevée) intervient via l'orifice 301 (de préférence unique) qui sert également au remplissage et éventuellement au soutirage. Le gaz utilise ainsi un même orifice 301 pour le remplissage/soutirage/échappement en cas de surpression. Ceci permet une connexion unique au réservoir et simplifie donc les opérations pour un utilisateur. Le gaz évacué en cas de surpression dans le réservoir peut ainsi être recueilli par cet orifice vers un circuit 100 utilisateur, vers une zone sécurisée. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse lorsque le gaz est à risque tel que l'hydrogène. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation des figures 5 à 9, pas plus qu'à la structure des figures 2 et 3. Ainsi, par exemple, la figure 4 illustre une variante de réalisation dans laquelle le dispositif ne comporte qu'un seul clapet 60 d'isolement. Dans ce cas, le gaz éventuellement libéré par la soupape 55 de sécurité peut être dirigé entre le détendeur 55 et la soupape 60. Bien entendu, on peut imaginer d'autres types d'agencements (zone de décharge de la soupape 55 de sécurité en amont des deux clapets 60, 160 de la figure 2). De même, l'invention peut s'appliquer à un dispositif de remplissage et de distribution de gaz dépourvu de détendeur 50 de pression. REVENDICATIONS 1. Dispositif de remplissage et de distribution de gaz comprenant un corps destiné à être disposé dans l'orifice d'un réservoir (30) de stockage de gaz sous pression, un circuit (20) de soutirage de gaz s'étendant entre une première extrémité amont destinée à être reliée à l'intérieur du réservoir (30) et une seconde extrémité aval destinée à être reliée à un utilisateur (40) du gaz, le circuit (20) de soutirage comprenant un premier clapet (160) d'isolation, le dispositif comprenant en outre une soupape de sécurité (55) destinée à être soumise à la pression dans le réservoir (30) pour obturer ou ouvrir sélectivement un passage pour le gaz du réservoir vers une zone de décharge selon la température et/ou la pression du gaz dans le réservoir par rapport à au moins un seuil déterminé, caractérisé en ce que la zone de décharge de la soupape de sécurité (55, 8, 6, 10, 12) est située en amont du premier clapet (160) d'isolation 2. Dispositif de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (20) de soutirage comprend un détendeur (50) de pression, une chambre (70) basse pression et le premier clapet (160) d'isolation disposés en série dans cet ordre d'amont en aval, la zone de décharge de la soupape de sécurité (55, 8, 6, 10, 12) étant située en aval du détendeur (50) de pression. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape de sécurité (55, 8, 6, 10, 12) est située dans une conduite (155) ayant une extrémité aval reliée en amont du premier clapet (160) d'isolation, et une extrémité amont reliée, en position montée sur un réservoir, avec l'intérieur du réservoir (30). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit (20) de soutirage de gaz comprend un second clapet d'isolation (60). 5. Dispositif selon les revendications 4 et 2, caractérisé en ce que le second clapet d'isolation (60) est disposé entre le détendeur (50) de pression et le premier clapet (160) d'isolation. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la zone de décharge de la soupape de sécurité (55, 8, 6, 10, 12) est située entre les premier (160) et second (60) clapets d'isolation. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la soupape de sécurité (55, 8, 6, 10, 12) comprend un élément fusible (8) coopérant en butée avec un organe (6, 10, 12) sélectivement mobile entre une position d'obturation du passage vers la zone de décharge lorsque l'élément fusible (8) n'est pas activé et une position d'ouverture du passage vers la zone de décharge lorsque l'élément fusible (8) est activé. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe (6, 10, 12) mobile de la soupape de sécurité (55, 8, 6, 10, 12) comprend un piston (6) mobile en translation dans le corps du dispositif et un système de joint(s) (10, 12) apte(s) à coopérer avec un siège formé dans ledit corps. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le passage pour le gaz vers une zone de décharge comprend une rainure (80), les positions d'obturation et d'ouverture du passage vers la zone de décharge étant définies par les positions du système de joint(s) (10, 12) relativement à la rainure (80). 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'organe (6, 10, 12) mobile de la soupape de sécurité (55) comprend un piston (6) du type différentiel dont une fraction déterminée seulement de sa surface utile est soumise à la pression dans le réservoir (30), pour limiter l'effort transmis par le piston à l'élément fusible (8) à une valeur déterminée. 11. Récipient de gaz sous pression comportant un orifice, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de remplissage et de distribution de gaz (1) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10 disposé dans son orifice. 12. Ensemble comprenant un circuit (100) d'utilisation d'un gaz sous pression et un récipient de gaz sous pression selon la revendication 11, le récipient étant sélectivement raccordable au circuit d'utilisation via le dispositif de remplissage et de distribution de gaz, le circuit (100) comportantun mécanisme (950) formant une soupape de sécurité haute pression apte à évacuer le gaz sous pression d'échappement vers l'atmosphère ou dans une zone sécurisée déterminée.5