Brevet FR2970537A1 — publié le 20120720

La présente invention concerne un dispositif d'obturation sélective d'un passage de gaz ainsi qu'un raccord et un robinet pourvus d'un tel dispositif. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'obturation sélective d'un passage de gaz sous pression, notamment pour raccord de remplissage d'un robinet de réservoir de gaz sous pression, comprenant un corps définissant un conduit de passage de gaz entre une extrémité amont et une extrémité aval, un clapet mobile dans le conduit relativement à un siège entre une première position d'obturation du conduit et une seconde position d'ouverture du conduit, le clapet mobile étant sollicité par un organe de rappel vers sa première position. L'invention concerne notamment l'étanchéité des clapets de fluides sous pression, notamment à des pressions comprises entre 3 et 850 bar. Les clapets de fermeture de conduits de gaz comprennent généralement un joint qui est monté sur le clapet mobile ou sur le siège fixe. Une solution connue utilise un joint torique en élastomère monté dans une gorge d'une portée conique d'un clapet métallique mobile. En position fermée, le contact entre le joint torique du clapet et le siège métallique fixe assure l'étanchéité. Cette solution comporte cependant plusieurs défauts. Ainsi, à haute pression le joint torique est sujet au phénomène d'extrusion qui peut remettre en cause l'étanchéité. De plus, avec le temps, le joint torique a tendance à fluer (déformation plastique due à l'action un effort constant et prolongé). Ceci peut entraîner la migration du joint dans une zone non prévue initialement qui peut nuire à la bonne fermeture du clapet. De même, lors de l'ouverture du clapet, lorsque le joint est soumis à de la haute pression (haute pression d'un côté du joint et faible pression de l'autre côté) le joint peut être déplacé et peut quitter son logement sous l'action du fluide sous pression. La dureté du joint torique est de généralement comprise entre 70 et 85 Shore A. Cette solution est généralement satisfaisante pour des applications à des pressions moyennes ou faibles (entre 5 et 250 bar par exemple). Selon une autre solution connue, le siège de clapet est constitué d'une garniture en élastomère vulcanisée sur un corps par exemple métallique. L'étanchéité est obtenue par contact entre la garniture en élastomère et une pièce métallique. Dans ce cas, la garniture est vulcanisée ou collée sur le métal du clapet (ou du siège). Cette solution supporte des gammes de pression bien plus élevées que la solution précédente mais supporte difficilement des pressions supérieures à 300 bar. Lorsque la vulcanisation est de bonne qualité, cette solution permet de résoudre ou de réduire fortement les risques d'extrusion de la garniture en élastomère. De plus, lorsque le clapet est soumis à une haute pression (supérieure à 300bar) lors de l'ouverture, les risques de déplacement de la garniture par le fluide sont réduits. Cette solution souffre cependant également de problèmes de fluage de la garniture suite à l'effort répété et prolongé de la pression. Les conséquences sont similaires à celles discutées ci-dessus pour le joint torique: risque de perte d'étanchéité par déformation trop importante et/ou endommagement de la garniture (coupure/ déchirure). Selon une autre solution connue l'étanchéité du clapet est obtenue par contact entre un siège en polymère et un clapet métallique. Dans cette solution l'étanchéité est effectuée avec un polymère dont la dureté est bien supérieure aux élastomères. Cette solution permet de résoudre les problèmes d'extrusion et d'endommagement par fluage rencontrés par les élastomères. Cette solution permet également d'effectuer des étanchéités supérieures à 300 bar. En revanche, le fluage du siège a pour effet de réduire la capacité du clapet à réaliser une étanchéité basse pression. 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 selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la partie du siège destinée à coopérer avec le clapet comprend deux portions actives contiguës ayant des duretés différentes, lesdites portions actives contiguës étant destinées à coopérer avec des portions distinctes du clapet pour réaliser des zones d'étanchéité distinctes. L'invention permet ainsi de réaliser une étanchéité sur une plage d'utilisation allant de la basse pression (entre 3 et 300 bar par exemple) à la haute pression (entre 300 et 850 bar par exemple). Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le siège comporte une première portion active comprenant une garniture 30 souple en matériau du type élastomère ayant une dureté comprise entre 60 et 90 Shore A et de préférence entre 70 et 85 Shore A, - le siège comporte une seconde portion active comprenant une garniture rigide en matériau du type plastique tel qu'un polymère ayant une dureté Rockwell selon la norme ISO 2039-2 comprise entre M 80 et M 120 et de préférence entre 35 M90 et M105, - la seconde portion active comprend une arête destinée à coopérer avec la surface extérieure du clapet, - le clapet coulisse selon une direction amont-aval et est sollicité par l'organe de rappel en direction amont vers sa première position, la seconde portion active du siège est située en amont de la première portion active du siège, - les deux portions actives contiguës sont décalées selon la direction amont- aval et selon l'axe de déplacement du clapet, - lorsque le clapet est dans sa première position et que le différentiel de pression entre ses extrémités aval et amont est inférieur à un seuil déterminé, seule une première portion active coopère de façon étanche avec une première portion du clapet, - lorsque le clapet est dans première position et que le différentiel de pression entre ses extrémités aval et amont est supérieur à un seuil déterminé, les deux portions actives coopèrent en étanchéité avec respectivement deux portions adjacentes du clapet, - lorsque le différentiel de pression entre les extrémités aval et amont du clapet devient supérieure au seuil déterminé le clapet vient comprimer le siège et déforme la première portion active, le clapet venant buter de façon étanche sur la seconde portion active, - les deux portions actives appartiennent à des pièces distinctes assemblées et/ou surmoulées, - le clapet est métallique ou non métallique, céramique et/ou polymère, - les deux portions du clapet destinées à coopérer respectivement avec les deux portions actives du siège sont tronconiques et/ou cylindriques. L'invention concerne également un raccord de remplissage et/ou de soutirage de gaz comprenant un dispositif selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes ou ci-après. L'invention concerne également un robinet de gaz sous pression avec ou sans détendeur de pression, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après ou un raccord de remplissage selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques 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 schématique et partielle illustrant un dispositif d'obturation selon l'invention en position fermée à basse pression, - la figure 2 représente le dispositif d'obturation de la figure 1 en position fermée à haute pression. Le dispositif d'obturation illustré à la figure 1 comprend un corps 5, par exemple métallique, définissant un conduit 4 de passage de gaz entre une extrémité amont 6 et une extrémité aval 7. Le conduit est par exemple un conduit de remplissage dont l'extrémité amont 6 est destinée à être reliée à une source de gaz sous pression et l'extrémité aval est destinée à être reliée à un volume de stockage à haute pression. Le conduit 4 abrite un clapet 2 mobile relativement à un siège 3 entre une première position d'obturation du conduit 4 et une seconde position d'ouverture du conduit 4. Le clapet 2 est par exemple un clapet 2 d'isolement dont l'extrémité amont 12 est destinée à être poussée mécaniquement et/ou fluidiquement vers l'aval pour assurer l'ouverture du conduit 4. Le clapet 2 est par exemple situé en aval d'un autre clapet par poussière (non représenté) disposé en série en amont. Par exemple, le clapet 2 est actionné en ouverture par le clapet amont non représenté. Le clapet 2 mobile est sollicité par un organe de rappel 8 tel qu'un ressort de compression vers sa première position (vers l'amont dans l'exemple non limitatif représenté). Selon une particularité de l'invention, la partie du siège 5 destinée à coopérer avec le clapet 2 comprend deux portions 13, 23 actives contiguës ayant des duretés différentes. Ces portions 13, 23 actives contiguës sont destinées à coopérer avec des portions distinctes du clapet 2 pour réaliser des zones d'étanchéité distinctes. Par exemple, le siège 5 comporte une première portion active 23 comprenant une garniture souple en matériau du type élastomère ayant une dureté comprise entre 60 et 90 Shore A et de préférence entre 70 et 85 Shore A. La seconde portion active 13 comprend par exemple une garniture rigide en matériau du type plastique tel qu'un polymère ayant une dureté Rockwell selon la norme ISO 2039-2 comprise entre M 80 et M 120 e de préférence entre M90 et M105. Par exemple, la première portion active 23 forme une portée circulaire et la seconde portion active 13 définit une arête circulaire destinée à coopérer avec la surface extérieure du clapet 2. Comme représenté, la seconde portion active 13 du siège 3 peut être située en amont de la première 23 portion active du siège 3. C'est-à-dire que les deux portions 13, 23 actives contiguës sont décalées selon la direction amont-aval et selon l'axe de déplacement du clapet 2. Le clapet 2 possède par exemple une ou deux zones tronconiques convergeant vers l'amont et destinés à coopérer respectivement avec les deux portions 13, 23 actives du siège 3. Le clapet 2 et le siège 3 sont dimensionnés relativement de sorte que, lorsque le clapet 2 est dans sa première position et que le différentiel de pression entre ses extrémités aval et amont est inférieur à un seuil déterminé (par exemple 50 bar), seule une première zone 23 active coopère de façon étanche avec une première portion du clapet 2 (cf. figure 1). En revanche, lorsque le clapet 2 est dans première position et que le différentiel de pression entre ses extrémités aval et amont est supérieur à un seuil déterminé (par exemple 300 bar), les deux portions 13, 23 actives coopèrent en étanchéité avec respectivement deux portions adjacentes du clapet 2. Bien entendu, dans une variante possible, au dessus du seuil de pression seule la seconde portion 13 active coopère en étanchéité avec le clapet 2 (cf. figure 2). On comprend aisément que tout en étant de structure simple et peu complexe, le dispositif permet d'assurer une étanchéité satisfaisante aussi bien lorsque le clapet 2 est soumis en aval à une pression relativement basse déterminée (par exemple en dessous de 200 ou 300 bar) que lorsqu'il est soumis à une pression haute déterminée (par exemple au-delà de 300bar). Les niveaux de pression dits haut et bas peuvent varier selon l'application et les conditions d'utilisation. Les deux portions actives 23, 13 de duretés différentes du siège 3 sont de préférence réalisées dans deux matériaux de dureté différente sur une même pièce (ou sur pièces distinctes assemblées). Le siège 3 est par exemple solidaire d'un support 9 tubulaire qui est vissé dans le corps 5 du dispositif. Ainsi, cette architecture permet donc de réaliser une étanchéité optimale pour des pressions « basses ou moyennes » via une première ligne ou zone d'étanchéité (cf. figure 1). Dans cette gamme de pression l'étanchéité est assurée uniquement par le contact métal (du clapet 2) contre la zone 23 active de dureté relativement faible. Cette géométrie et la nature de la première ligne d'étanchéité permet d'assurer une étanchéité aux pressions basses et moyennes. Cette étanchéité permet également de résister aux efforts exercés par la pression lorsque le clapet est dans une position fermé. Les risques de déchirures ou de cisaillement de la garniture sont réduits. Lorsque le clapet 2 est fermé et est soumis en aval à des pressions plus grandes (au-delà de 300 bar par exemple), sous l'effet de la haute pression, la première zone active 23 est encore plus écrasée par le clapet 2. La première zone 23 souple du siège va fluer dans une zone aval prévue à cet effet. Ceci a pour conséquence de faire avancer le clapet 2 métallique jusqu'à la deuxième ligne d'étanchéité. Dans cette position plus en amont, le clapet métallique vient en contact étanche avec la seconde zone 13 active de dureté relativement plus élevée (cf. figure 2). Cette deuxième ligne d'étanchéité permet ainsi de réaliser une étanchéité dite « haute pression ». Cette architecture permet de répondre au besoin d'étanchéité pour un clapet soumis à des gammes de pressions qui peuvent évoluer dans une plage très étendue. Un joint 10, par exemple torique, peut être prévu pour assurer l'étanchéité entre le siège 3 et le corps 5. Ce joint 10 peut être solidaire du siège 3 et peut notamment être surmoulé et/ou vulcanisé sur le siège 3. Par exemple le joint 10 est surmoulé et/ou vulcanisé sur la seconde 13 zone active, par exemple en même temps qu'un surmoulage/une vulcanisation de la première 23 zone active sur la seconde 13 zone active. Le joint 10 peut notamment être constitué du même matériau que la première 23 zone active. La première zone 23 active résiste aux efforts de fluides admis lors de l'ouverture du clapet car la structure du joint, par exemple vulcanisé, permet aux élastomères de ne pas se décoller ou se désolidariser du lors des phases d'ouverture à haute pression siège. Ceci est obtenu grâce à des liaisons mécaniques fortes entre les deux matériaux de nature différentes formant respectivement les première et seconde lignes d'étanchéité (notamment liaison élastomère/polymère). Le dispositif s'applique à tous les clapets de fermetures de fluide sous pression et en particulier les raccords de remplissage ou de soutirage de robinets ou accessoires pour des gaz sous pression et notamment l'hydrogène sous pression. REVENDICATIONS1. Dispositif d'obturation sélective d'un passage de gaz sous pression, notamment pour raccord de remplissage d'un robinet de réservoir de gaz sous pression, comprenant un corps (5) définissant un conduit (4) de passage de gaz entre une extrémité amont (6) et une extrémité aval (7), un clapet (2) mobile dans le conduit (4) relativement à un siège (5) entre une première position d'obturation du conduit (4) et une seconde position d'ouverture du conduit (4), le clapet (2) mobile étant sollicité par un organe de rappel (8) vers sa première position, caractérisé en ce que la partie du siège (5) destinée à coopérer avec le clapet (2) comprend deux portions (13, 23) actives contiguës ayant des duretés différentes, lesdites portions (13, 23) actives contiguës étant destinées à coopérer avec des portions distinctes du clapet (2) pour réaliser des zones d'étanchéité distinctes. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siège (5) comporte une première portion active (23) comprenant une garniture souple en matériau du type élastomère ayant une dureté comprise entre 60 et 90 Shore A et de préférence entre 70 et 85 Shore A. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le siège (5) comporte une seconde portion active (13) comprenant une garniture rigide en matériau du type plastique tel qu'un polymère ayant une dureté Rockwell selon la norme ISO 2039-2 comprise entre M 80 et M 120 e de préférence entre M90 et M105. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde portion active (13) comprend une arête destinée à coopérer avec la surface extérieure du clapet (2). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le clapet (2) coulisse selon une direction amont-aval et est sollicité par l'organe (8) de rappel en direction amont vers sa première position, et en ce que la seconde portion active (13) du siège (3) est située en amont de la première (23) portion active du siège (3). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux portions (13, 23) actives contiguës sont décalées selon la direction amont-aval et selon l'axe de déplacement du clapet (2). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, lorsque le clapet (2) est dans sa première position et que le différentiel de pression entre ses extrémités aval et amont est inférieurà un seuil déterminé, seule une première portion (23) active coopère de façon étanche avec une première portion du clapet (2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, lorsque le clapet (2) est dans première position et que le différentiel de pression entre ses extrémités aval et amont est supérieur à un seuil déterminé, les deux portions (13, 23) actives coopèrent en étanchéité avec respectivement deux portions adjacentes du clapet (2). 9. Dispositif selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que lorsque le différentiel de pression entre les extrémités aval et amont du clapet (2) devient supérieure au seuil déterminé le clapet (5) vient comprimer le siège et déforme la première portion (23) active, le clapet (2) venant buter de façon étanche sur la seconde portion (13) active. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux portions (13, 23) actives appartiennent à des pièces distinctes assemblées et/ou surmoulées. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le clapet (2) est métallique ou non métallique, céramique et/ou polymère. 12. Raccord de remplissage et/ou de soutirage de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Robinet de gaz sous pression avec ou sans détendeur de pression, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 ou un raccord de remplissage selon la revendication 12.