Brevet FR2964445A1 — publié le 20120309

Robinet pour bouteille de gaz, bouteille et procédé de remplissage correspondants La présente invention concerne un robinet pour bouteille de gaz, une bouteille et un procédé de remplissage correspondants. L'invention concerne plus particulièrement un robinet pour bouteille de gaz sous pression comprenant un corps comportant une embase destinée à être fixée dans l'orifice d'une bouteille de gaz sous pression, le corps comprenant un circuit interne de remplissage s'étendant entre une extrémité amont débouchant à l'extérieur du corps pour recevoir un outil de distribution de gaz et une extrémité aval débouchant au niveau de l'embase pour communiquer, en position montée, avec le volume interne d'un réservoir. Les techniques connues de conditionnement (remplissage) de mélanges de gaz consistent soit à introduire de manière synchrone les constituants du mélange, soit à réaliser des introductions séquentielles des constituants. Dans ce dernier cas, l'homogénéité du mélange obtenu peut être plus ou moins satisfaisante. En effet, pour réaliser un mélange gazeux de deux constituants A et B à une pression de service P déterminée il est possible d'utiliser une première source de gaz A, de densité dA et une seconde source du gaz B, de densité dB (avec par exemple dA inférieur à dB). L'installation de conditionnement à mettre en oeuvre peut disposer d'une première capacité tampon du gaz A et d'une seconde capacité tampon du gaz B. Dans le cas où le mélange A+B comporte des constituants (A et B) dont les masses molaires sont très différentes, l'homogénéisation du mélange est particulièrement difficile. Pour augmenter l'homogénéisation du mélange, il est courant d'utiliser des tubes plongeurs lors du remplissage. Selon d'autres techniques connues les bouteilles remplies sont couchées par des opérateurs après remplissage pour favoriser le mélange. Une autre technique connue consiste à remplir les gaz dans l'ordre des masses molaires croissantes. Dans le cas du 002, une technique consiste à utiliser du 002 supercritique lors du remplissage. Selon d'autres solutions connues, les bouteilles sont mises en rotation après conditionnement pour réaliser l'homogénéisation interne. Toutes ces techniques connues sont très souvent empiriques, locales, partielles, et aucune ne donne totale satisfaction (nécessité d'utiliser un appareillage complexe, nécessité d'utiliser une grande main d'oeuvre, peu de garantie sur la qualité de l'homogénéisation...). Pour illustrer ce problème d'homogénéisation on pourra prendre l'exemple d'un mélange de gaz A+ B, avec une teneur cible de 75% du gaz A et 25% du gaz B. D'une manière classique, le volume de gaz A doit être introduit en premier dans le réservoir si sa densité est plus faible et sa pression de vapeur saturante est plus forte. Selon un premier cas, le volume de gaz B est ensuite introduit très lentement, selon un régime laminaire. De cette façon on obtient une parfaite stratification et l'homogénéité du mélange ne peut pas être obtenue. Selon un deuxième cas, le volume de gaz B est introduit plus rapidement que dans le premier cas, selon un régime d'écoulement plus turbulent. Dans ce cas le mélange peut être garanti avec une meilleure homogénéité. Selon un troisième cas, le volume de gaz B est introduit de façon fractionnée, ce qui correspond à la décharge d'une capacité tampon en plusieurs fois (trois fois par exemple). Dans ce cas le mélange peut être garanti avec une homogénéité encore meilleure. En considérant que les pressions de vapeur saturante des gaz A et B et que la pression de service de la bouteille soient compatibles avec ce mode de réalisation du mélange, un quatrième cas consisterait à mélanger alternativement certaines fractions de gaz A et de gaz B. Cette technique dit en « sandwich » permet d'améliorer encore l'homogénéité. Selon un cinquième cas, on utilise un tube plongeur à l'intérieur de la bouteille connecté à la valve, pour garantir une meilleure homogénéité quelle que soit la procédure de remplissage choisie parmi les quatre cas ci-dessus. Ces exemples ci-dessus peuvent être appliqués à un mélange CO2 (gaz A) et Argon (gaz B). L'installation de remplissage peut comporter une pompe haute pression, une capacité tampon, une vanne et une ligne aux dimensions adaptées aux volumes de bouteilles à remplir, pour un mélange dans une bouteille de 50 litres (volume en eau) à 200 bar de 18% CO2 dans de l'Argon. Selon le premier cas ci-dessus on obtient ainsi une teneur réelle analysée immédiatement après remplissage de 11.53% en 002 pour un temps de remplissage en Argon en 40 secondes sur du 002 préalablement introduit dans la bouteille. En comparaison, l'homogénéité est améliorée puisque la teneur mesurée en 002 passe à 16.50% pour un temps de remplissage en Argon en 23 minutes (selon le cas 2 ci-dessus). Avec le remplissage « en sandwich » on obtient une teneur réelle à seulement 6-9% dans le premier cas mesurée immédiatement après remplissage. En comparaison, pour le même mélange on obtient une teneur réelle à 14-16% selon le quatrième 4. Le document CN2360693 semble décrire un robinet de contrôle spécifique pour pipeline contenant un gaz combustible, basé sur la mise en rotation d'un moteur miniature par le biais d'un changement de vitesse, et dont le but est d'assurer une meilleure sécurité de la tuyauterie. Le robinet dispose en outre d'une forme en Y permettant d'augmenter un débit de gaz et de réduire les chutes de 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 robinet selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la portion aval du circuit interne de remplissage comprend, en amont de l'extrémité aval, au moins une réduction de section de l'amont vers l'aval. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la portion aval du circuit interne de remplissage ne comprend pas d'organe fonctionnel de contrôle du flux de gaz tel qu'un clapet, - la portion aval du circuit interne de remplissage est rectiligne, - la portion aval du circuit interne de remplissage comprend une réduction de section progressive de l'amont vers l'aval, - la portion aval du circuit interne de remplissage a une section qui diminue de façon continue sur toute sa longueur, - le rapport de section entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de la portion aval est supérieur à un et de préférence supérieur à 1,5 et encore plus préférentiellement supérieur à deux, - le rapport de section entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de la portion aval est supérieur à trois, - la portion aval a une longueur comprise entre 20mm et 180mm, de préférence entre 30 et 120mm. L'invention concerne également une bouteille de gaz munie d'un robinet conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après. Selon d'autres particularités possibles : - la bouteille est de forme générale cylindrique et a un facteur de forme est compris entre deux et douze, de préférence entre trois et huit, - la portion aval du circuit interne de remplissage est parallèle ou inclinée par rapport à l'axe longitudinal dudit réservoir, L'invention concerne également un procédé de remplissage d'une bouteille conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après avec au moins deux types de gaz distincts introduits successivement pour réaliser un mélange homogène. 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 à la figure unique qui représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant la partie supérieure d'un réservoir muni d'un robinet selon un exemple de réalisation de l'invention. La figure illustre schématiquement un robinet monté dans l'orifice d'une bouteille 7 de gaz sous pression. Le robinet comprenant un corps 1 comportant une embase 2 fixée dans l'orifice de la bouteille 7 (par exemple par vissage). Classiquement la bouteille est de forme cylindrique, par exemple une bouteille de type « B50 », dont le volume en eau est de 50 litres, la hauteur est de 1500mm et le diamètre intérieur est de 195mm, donnant un facteur de forme (rapport entre sa hauteur et le diamètre du fût) de 7,7. Selon l'invention l'homogénéité du mélange gazeux est augmentée à l'intérieur de la bouteille après remplissage grâce à l'invention. Les avantages en terme d'homogénéité des mélanges sont particulièrement importants pour les bouteilles ayant un facteur de forme relativement important, c'est-à-dire classiquement pour les bouteilles de volumes en eau importants pour lesquelles le facteur de forme est généralement plus élevé. Cependant, l'invention s'applique avantageusement également à des bouteilles de plus faibles dimensions (par exemple du type « B11 ») dont la hauteur de la bouteille peut être égale à 630mm et le diamètre à 165mm, pour un facteur de forme de 3.8. Classiquement, le corps 1 du robinet comprenant un circuit 5 interne de remplissage s'étendant entre une extrémité amont 3 débouchant à l'extérieur du corps 1 pour recevoir un outil de distribution de gaz et une extrémité aval 4 débouchant au niveau de l'embase 2. L'extrémité aval 4 communique ainsi avec le volume interne d'un réservoir. Bien entendu, cet orifice au niveau de l'extrémité aval 4 est dimensionné pour satisfaire les exigences de sécurité et d'efficacité opérationnelle requises pour le conditionnement en gaz de la bouteille au travers du robinet. Par soucis de simplification, le circuit 5 de remplissage est schématisé de façon grisée à la figure et les organes de contrôle du flux de gaz du circuit de remplissage (tels que clapets, vannes, filtres...) ne sont pas représentés. Par soucis de simplification également les autres éléments du robinet ne sont pas représentés (circuit de soutirage du gaz, clapet, vanne, éventuel détendeur...). Le circuit 5 de remplissage comporte par exemple une portion amont transversale à l'axe A verticale du robinet (cet axe A vertical est par exemple confondu avec l'axe longitudinal du réservoir 7 en position montée). La portion aval 6 du circuit 5 de remplissage peut quant à elle être sensiblement parallèle à l'axe A vertical du robinet. L'extrémité amont 3 peut être orientée de manière préférentielle perpendiculairement à l'axe A vertical du robinet, mais peut également être orientée parallèlement à celui-ci, voire en oblique. Selon une particularité de l'invention, la portion aval 6 du circuit 5 de remplissage comprend, en amont de l'extrémité aval 4, au moins une réduction de section de l'amont vers l'aval. Comme représenté à la figure la portion aval 6 du circuit 5 de remplissage est de préférence rectiligne. La réduction de section de la portion aval 6 est par exemple progressive de l'amont vers l'aval. Par exemple, la portion aval 6 du circuit 5 de remplissage a une section qui diminue de façon continue sur toute sa longueur. Le rapport de section entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de la portion aval 6 est supérieur à un et de préférence supérieur à 1,5 et encore plus préférentiellement supérieur à deux ou supérieur à trois. L'invention permet d'accélérer le passage du gaz lors du remplissage de la bouteille sans recourir à un tube plongeur. Soit une bouteille de forme cylindrique et de facteur de forme compris entre 2 et 12, de préférence entre 3 et 8. Soit 0a le diamètre de la section de passage du gaz du côté amont du robinet, c'est-à-dire en amont de la portion 6 aval. Soit Ob le diamètre de la section de passage du gaz du côté aval de la portion 6 aval. Selon la solution proposée, le rapport entre les sections (0a/Ob) est supérieur à 1 ce qui produit une augmentation de la vitesse (v2>vl) d'introduction du gaz dans la bouteille. Une dépression intervient ainsi dans le canal d'étranglement où passe le gaz. Ceci permet d'accélérer (v2) la vitesse de passage (v1) des gaz introduits à l'intérieur de la bouteille 7 lorsque le robinet est traversé par le gaz. Cette augmentation de la vitesse d'introduction du gaz introduit B, augmente donc l'énergie cinétique correspondante. Ceci permet de projeter le gaz dans la bouteille sur une distance plus importante que selon l'art antérieur. Ceci favorise un mélange de gaz plus homogène lorsque des gaz sont remplis successivement. De préférence la portion aval 6 du circuit 5 de remplissage ne comprend pas d'organe fonctionnel de contrôle du flux de gaz tel qu'un clapet. La présente invention permet également de s'affranchir, ou moins d'alléger significativement de lourdes procédures d'homogénéisation du contenu par manipulation des bouteilles. Ceci permet alors de manière non négligeable de prétendre à des gains d'efficacité opérationnelle et d'abaisser certaines exigences sécuritaires. REVENDICATIONS1. Robinet pour bouteille de gaz sous pression comprenant un corps (1) comportant une embase (2) destinée à être fixée dans l'orifice d'une bouteille de gaz sous pression, le corps (1) comprenant un circuit (5) interne de remplissage s'étendant entre une extrémité amont (3) débouchant à l'extérieur du corps (1) pour recevoir un outil de distribution de gaz et une extrémité aval (4) débouchant au niveau de l'embase (2) pour communiquer, en position montée, avec le volume interne d'un réservoir, caractérisé en ce que la portion aval (6) du circuit (5) interne de remplissage comprend, en amont de l'extrémité aval (4), au moins une réduction de section de l'amont vers l'aval. 2. Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion aval (6) du circuit (5) interne de remplissage ne comprend pas d'organe fonctionnel de contrôle du flux de gaz tel qu'un clapet. 3. Robinet selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la portion aval (6) du circuit (5) interne de remplissage est rectiligne. 4. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion aval (6) du circuit (5) interne de remplissage comprend une réduction de section progressive de l'amont vers l'aval. 5. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la portion aval (6) du circuit (5) interne de remplissage a une section qui diminue de façon continue sur toute sa longueur. 6. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le rapport de section entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de la portion aval (6) est supérieur à un et de préférence supérieur à 1,5 et encore plus préférentiellement supérieur à deux. 7. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport de section entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de la portion aval (6) est supérieur à trois. 8. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la portion aval (6) a une longueur comprise entre 20mm et 180mm, de préférence entre 30 et 120mm. 9. Bouteille de gaz munie d'un robinet conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8 10. Bouteille selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est de forme générale cylindrique et a un facteur de forme est compris entre deux et douze, de préférence entre trois et huit. 11. Bouteille selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la portion aval (6) du circuit (5) interne de remplissage est parallèle ou inclinée par rapport à l'axe longitudinal dudit réservoir. 12. Procédé de remplissage d'une bouteille conforme à l'une quelconque des revendications 9 à 11 avec au moins deux types de gaz distincts introduits successivement pour réaliser un mélange homogène.