Brevet FR2999264A1 — publié le 20140613

DESCRIPTION DE L'INVENTION 1- Domaine technique de l'invention : La présente invention porte sur une vanne gaz pouvant fonctionner jusqu'à une pression de 620 bar en oxygène. Elle s'adresse en priorité aux applications de conditionnement des gaz de l'air. 10 2- Problématique à laquelle répond l'invention : En effet, les producteurs de gaz de l'air font évoluer leurs recherches vers des bouteilles de gaz remplies à 450 bar, ce qui, actuellement semble représenter un optimum économique : quantité de gaz vendue par bouteille sur prix de revient, dont le coût 15 logistique. Pour remplir des bouteilles à 450 bar, il est nécessaire d'utiliser des vannes qui supportent une pression de 620 bar. La complexité réside dans le fait que ces vannes doivent être utilisées en oxygène, gaz hautement inflammable surtout à des pressions élevées, tout en n'utilisant que des 20 matériaux compatible avec des applications médicales de l'oxygène. Autrement formulée, la problématique est la suivante : - assurer une étanchéité parfaite entre le corps haute pression et la tige de clapet mobile d'une part, entre le clapet et le siège (fermeture parfaite de la vanne), d'autre part, 25 - dans un matériau compatible avec une application médicale de l'oxygène, ce qui exclut de très nombreux produits, - résistant à des tests de compression adiabatique oxygène de 620 bar, 3- Exposé de l'invention : 30 La vanne objet des présentes intègre l'ensemble de ces contraintes, et repose sur une combinaison d'éléments innovants : - Les entrées et sorties de gaz sont inclinées à 28° par rapport à l'axe usuel d'entrée - sortie des gaz, lequel est perpendiculaire au corps de la vanne. Cette 2 2999264 inclinaison permet d'obtenir un meilleur écoulement du gaz à l'intérieur de la vanne, l'entrée et la sortie étant parallèle, leurs axes faiblement décalés. Des gorges de décompression ont été intégrées, permettant d'atténuer l'effet de compression adiabatique lors de l'arrivée soudaine du gaz (ouverture d'un coup en amont), notamment en utilisation oxygène. Ainsi, lors de l'irruption brutale du gaz dans la vanne, les 2 gorges successives vont permettre au gaz de se détendre avant d'atteindre le premier joint d'étanchéité Une double étanchéité dynamique entre le corps et la tige mobile assurée par un joint technique doublé d'un joint torique. Un système de cartouches amovibles pour faciliter le contrôle et la maintenance des joints garantissant l'étanchéité de la partie haute pression. Une étanchéité métal - métal entre le clapet et le siège, nécessitant l'équilibrage de la vanne. Les 2 corps (inférieur et supérieur) peuvent être montés avec les entrées - sorties dans le même plan ou à 900, et disposent de surcroît chacun de 2 entrées - sorties placées sur les 2 faces opposées. Sur le principe de fonctionnement, la vanne peut être, au choix, commandée manuellement ou disposer d'une commande pneumatique pilotée. Dans les 2 versions, le principe est le même : - En position fermée, le clapet qui se présente comme un bossage conique de la tige repose sur le clapet ; - Du fait de la forme de cette tige de clapet, les pressions exercées par le gaz s'équilibrent complètement en position ouverte, et quasi - complètement en position fermée, de telle sorte que l'effort maximal à produire pour actionner la vanne est faible. - Lors de l'ouverture de la vanne, le gaz diffuse (progressivement dans les premières secondes) dans la 2° chambre pour s'écouler en sortie. - 4- Présentation des plans: Les plans annexés présentent une vue en coupe respectivement de la vanne à commande pneumatique pilotée, et de la vanne à commande manuelle. Les 2 modèles ne différent que par le module de commande, interchangeable d'un modèle à l'autre. 3 2999264 Sur ces plans, en repères 1 et 2, se trouvent les corps supérieur et inférieur, réalisés en laiton extrêmement résistant type SW1. Ces corps peuvent pivoter de 90° l'un par rapport à l'autre. Le repère 3 nous indique les entrées et sorties inclinées à 28° (l'entrée peut être indifféremment sur le corps supérieur ou inférieur, la sortie étant sur le corps opposé). La vue en coupe permet d'appréhender l'amélioration sensible de l'écoulement du gaz par rapport à des entrées sorties perpendiculaires à la tige de clapet. Le repère 4 nous indique les 2 gorges de décompression successives, qui sont placées dans chacun des 2 corps. Le repère 5 montre la cartouche amovible intégrant la double étanchéité ; l'aspect amovible est intéressant pour une maintenance simplifiée des parties les plus sensibles. En repère 6, nous avons le système d'étanchéité double joint : joint technique en premier niveau, joint torique en second niveau. Enfin, le repère 7 nous indique l'étanchéité métal - métal pour l'étanchéité vanne fermée (tige de clapet sur siège). 5- Détails de réalisation : - Les entrées sorties sont usinées en diamètre 12.7, inclinées à 28°. - La double étanchéité est assurée par un joint à lèvres et ressort (joint technique) puis par un joint torique. Ces 2 joints sont positionnés dans une cartouche qui s'insère dans le corps supérieur ou inférieur de la vanne. Cette cartouche dispose de son propre joint torique pour accroître encore l'étanchéité, et elle est maintenue dans son logement par les brides qui sont assemblées ensuite. - Les gorges de décompression sont usinées dans les corps inférieur et supérieur, de largeur 3 mm sur profondeur 2 mm environ. 6- Application : Ce type de vanne va trouver son application industrielle dans le conditionnement des gaz sous pression élevée (300-450 bar) et sur des procédés de mise en oeuvre des gaz sous pression. 4 REVENDICATIONS1) Vanne gaz fonctionnant jusqu'à une pression de 620 bar, utilisable en oxygène médical, caractérisée en ce qu'elle comporte des entrées et sorties du gaz (3) inclinées, des gorges de décompression (4) et une double étanchéité (6). 2) Vanne suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le principe des entrées et sorties de gaz inclinées a pour effet d'assurer un meilleur écoulement du gaz, en orientant son flux vers le siège. 3) Vanne suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les corps supérieur et inférieur de la vanne disposent de gorges de décompression placées entre la chambre (8) et les joints d'étanchéité (6), permettant d'atténuer l'effet de compression adiabatique sur les joints d'étanchéité, lors de l'arrivée brutale du gaz dans la vanne. 4) Vanne suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la double étanchéité entre le corps de vanne et la tige de clapet, réalisée par la mise en place de 2 joints successivement, permet d'accroître notablement la sécurité de la vanne, l'étanchéité étant assurée même en cas de défaillance de l'un des 2 joints. Ces 2 joints sont intégrés dans une cartouche amovible pour en faciliter le contrôle périodique et le remplacement. 30