Brevet FR3016421A1 — publié le 20150717

VALVE ELECTROMAGNETIQUE La présente invention se rapporte à la sécurisation des équipements sous pression, par dégazage complet du fait d'une surpression d'une activation électrique ou d'une température excessive. Aujourd'hui, la sécurisation passive par dégazage complet, à la surpression des équipements sous pression, est traditionnellement assurée par un disque de rupture, plan ou bombé. Cependant cette solution n'est pas satisfaisante parce que le disque est sensible à la fatigue, qu'il n'est pas calibrable et qu'il n'est pas possible de réaliser des tests non destructifs. La validation du disque se fait de façon statistique par éclatement destructif. Il existe aussi une sécurisation active des équipements sous pression par un dégazage piloté qui est traditionnellement assurée par une électrovanne ou éventuellement par une valve pyrotechnique. Ces solutions ne sont pas satisfaisantes car l'électrovanne se coince dans le temps et la valve pyrotechnique est utilisable une seule fois et présente des risques associés à l'utilisation d'explosifs. Pour la sécurisation à l'augmentation de température, celle-ci est assurée par la fusion à basse température d'un bouchon. Mais cette fonction est traditionnellement indépendante de la sécurisation à la surpression. L'objet de la présente invention est de proposer une valve de sécurité calibrable, contrôlable, fiable, non destructive et qui assure une mise à l'air libre des équipements en cas de surpression ou/et de surtempérature ou/et par un signal électrique sans être sensible à la fatigue pouvant provenir du cycle (pression ou température) ou du maintien en pression. La valve de sécurité selon l'invention comprend un corps présentant au moins un conduit dans lequel coulisse un piston entre une position ouverte dans laquelle le conduit est ouvert et une position fermée dans laquelle le conduit est fermé, elle est caractérisé en ce que le piston coopère avec un capuchon ferromagnétique maintenu par un aimant permanent au corps de la valve. Le piston est maintenu en position fermée par la force de l'aimant permanent, la partie emboitée du piston assure l'étanchéité du système et l'ouverture de la valve se produit lorsque la pression du fluide, appliquée à la section apparente du piston génère une force supérieure à la force de maintien de l'aimant permanent. Ceci permet un dégazage en plein passage, ne présente pas de fatigue au cycle et est réutilisable en cas de surpression ou d'ouverture commandée. L'aimant peut être fixé au corps de la valve ou au capuchon ferromagnétique qui coopère avec un élément électromagnétique. L'élément électromagnétique est implanté dans le corps de valve ou dans le capuchon. Le piston peut être accroché par une tige avec un rebord, ladite tige étant coulissante dans une ouverture du capuchon. Lors de l'ouverture le piston va pousser le capuchon ferromagnétique contre la force électromagnétique de l'aimant, lorsque le capuchon sera suffisamment éloigné de l'aimant, il sera nécessaire de repousser le piston avec le capuchon pour refermer la valve. Le rebord de la tige sert à tenir le capuchon lorsque la valve est ouverte et à le repousser vers l'aimant lors de la fermeture. Le corps peut comprendre un deuxième conduit perpendiculaire au premier conduit. Dans ce cas le chemin de fuite est perpendiculaire, le fluide s'écoule par les cotés de la valve et non dans l'axe du piston. Selon une caractéristique particulière, le conduit est circulaire et l'aimant permanent est un anneau circulaire entourant ou formant le conduit dans lequel coulisse le piston. Le capuchon est de préférence circulaire. Il est possible de réaliser un calibrage par ajustement de la surface en contact avec l'aimant, en réalisant, par exemple, des perçages dans le capuchon ferromagnétique. Avantageusement l'aimant est entouré d'un matériau 30 ferromagnétique et la section du matériau ferromagnétique est dimensionnée pour que le flux magnétique de l'aimant sature le matériau ferromagnétique. On définit la section du matériau ferromagnétique de façon à ce qu'à température maxi d'utilisation le flux de l'aimant sature un peu ladite section. Quand l'aimant est refroidi le flux émis par l'aimant va augmenter mais le flux transmis sera sensiblement identique quelque soit la température de l'aimant. Selon une autre caractéristique, un fusible thermique est disposé entre le piston et le capuchon. L'ouverture de la valve est provoquée par la fusion du fusible thermique, en cas d'incendie par exemple, qui entraine le déplacement du piston jusqu'à découvrir un chemin de fuite pour laisser échapper le fluide. Dans ce cas, la fusion du fusible thermique permet de libérer la contrainte dans le ressort. Ainsi le fluide s'échappe et vient en contact avec une section supérieure provoquant le décollement du capuchon. Selon une disposition particulière, un enroulement électromagnétique est disposé au voisinage de l'aimant permanent. L'enroulement peut ainsi générer un flux magnétique capable de réduire voir annuler le flux de l'aimant permanent. L'ouverture du bouchon est alors provoquée par l'annulation du flux magnétique de l'aimant permanent par celui généré par l'excitation de la bobine conjointement à l'effort d'expulsion provoqué par la pression du fluide qui va alors pouvoir être libéré. Il est ainsi possible de tester la valve sans la détruire. Contrairement aux valves pyrotechniques, l'ouverture n'est pas destructive. Avantageusement, la deuxième extrémité du piston est évidée, une bille est disposée dans l'évidement et le conduit présente un rétrécissement en vis-à-vis de la bille. L'étanchéité est assurée par le maintien en contact d'un clapet (bille, cône...) sur un siège d'étanchéité via l'effort de compression d'un ressort contenu par un capuchon ferromagnétique maintenu par un aimant ou encore un électroaimant. Un prérequis est de disposer d'une force de maintien (couple aimant capuchon ferromagnétique) au moins égale à l'effort du ressort. La calibration de la pression d'ouverture se faisant par tous moyens permettant d'ajuster la compression du ressort. Par exemple par ajustement de l'épaisseur de l'entretoise. En cas de surpression le fluide passe entre le clapet et le siège et vient intéresser un plus grand diamètre ce qui provoque le décollement du capuchon donc l'ouverture permanente de la valve. Cette technologie permet de ne pas rendre la pression d'ouverture dépendante de l'effort de l'aimant du moment qu'il est au moins suffisant pour contenir le ressort. Ainsi la précision du dispositif n'est pas sensible aux variations de température qui affectent les propriétés de l'aimant. Selon une caractéristique particulière, un ressort est placé entre le capuchon et la tige. Ceci constitue un clapet. Il permet à la bille, ou toutes autres solutions d'étanchéité, d'être contrainte de manière étanche sur son siège par l'effort dudit ressort comprimé par le capuchon maintenu par la force de l'aimant. Selon une caractéristique particulière, la pression d'ouverture est calibrée par la compression initiale du ressort. L'effort du ressort sur le clapet est ajusté en faisant varier par tout moyen la compression du ressort par exemple par ajustement de l'épaisseur de l'entretoise. Avantageusement, une goutte de liquide, tel que : de l'huile, des sels ioniques... , est placée au dessus de la bille constituant le clapet pour parfaire l'étanchéité au gaz. L'étanchéité au fluide est ainsi améliorée par cette goutte de liquide contenue à l'entrée du contact étanche au-dessus du clapet. Dans le cas d'équipement utilisant un gaz sec de liquide, il est possible, pendant les phases de livraison et d'assemblage, de contenir le liquide en refermant la chambre en amont du contact étanche d'une membrane fragile. La mise sous pression brisera la membrane de contention. Avantageusement le ressort prend appui sur une bague disposée sur la tige. La bague coulisse sur la tige pour permettre la détente du ressort 3 0 lors de la fusion du fusible. Le fluide pourra être, par exemple, du gaz. Avantageusement l'enroulement électromagnétique est parcouru par un courant délivré par un organe de commande qui définit le sens dudit courant. Ainsi l'enroulement électromagnétique permet aussi d'augmenter ponctuellement la force de maintien de l'aimant permanent; il est ainsi envisageable d'éprouver un système sous pression sans démonter l'organe de sécurité. Par exemple, en fonction du sens du courant qui circule dans l'enroulement le champ magnétique produit par ledit enroulement sera de même sens ou de sens opposé au champ magnétique de l'aimant. D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre d'exemple. - La figure 1 est une coupe d'un premier mode de réalisation de la valve en position fermée, La figure 2 est une coupe du premier mode en position ouverte, La figure 3 est une vue en coupe du premier mode en position ouverte quand le fusible a fondu, - La figure 4 est une coupe d'un deuxième mode de réalisation de la valve en position fermée, - La figure 5 est une coupe du deuxième mode en position ouverte, - La figure 6 est une coupe du deuxième mode en position ouverte quand le fusible a fondu. Pour la suite de la description on considèrera que le haut correspond au haut des figures. La valve 1 selon le premier mode de réalisation illustré à la figure 1 comprend un corps 2 en matière ferromagnétique, avec un conduit 20 par lequel le fluide entre et un conduit 21 par lequel il s'échappe. Un piston 3 est placé dans le conduit 20 vertical. Un aimant permanent 4 est placé dans le corps 2, il est surmonté par un enroulement électromagnétique 5. Le piston 3 comprend une tige 30 dans sa partie inférieure qui est terminée par un rebord 31. La tige 30 se termine par un plat 33 (voir figure 2) dans sa partie supérieure. Un capuchon 6 ferromagnétique est disposé à la partie inférieure du corps 2 de la valve 1 et est en contact avec lui. Le capuchon 6 est percé d'un trou 60 dans lequel coulisse la tige 30. Un fusible thermique 7 est placé sur le capuchon autour de la tige 30 dans la partie inférieure du piston 3. Le piston 3 comprend des joints 32 pour assurer l'étanchéité entre le piston 3 et la paroi du conduit 20. Dans la position fermée, le piston 3 ferme à la fois les conduits 20 et 21. Le capuchon 6 est plaqué contre l'aimant 4. Le capuchon 6 et le fusible 7 maintiennent le piston en position fermée. Lorsqu'une surpression de fluide se produit en haut du conduit 20, la pression dudit fluide va pousser le piston 3 vers le bas jusqu'à ce que ladite pression soit plus forte que le champ magnétique provenant de l'aimant 4. Le capuchon 6 se détache alors du corps 2 et la valve 1 s'ouvre comme illustré figure 2 puis le fluide s'échappe par le conduit 21. Le capuchon 6 est alors trop éloigné de l'aimant 4 pour revenir en position fermée, il est donc nécessaire de repousser manuellement le piston 3 pour refermer la valve 1. La sensibilité de l'aimant à la température doit être minime ou son flux magnétique doit être filtré en saturant une paroi ferromagnétique qui conduit le flux, car, pour le modèle sans ressort intermédiaire, c'est lui qui va assurer l'ouverture à une pression bien définie. La filtration est réalisée par saturation volontaire du rebouclage du flux de l'aimant permanent. Ainsi, lorsque la température baisse, le flux de l'aimant permanent augmente mais, étant donné le régime de saturation provoqué par le design des parties ferromagnétique, ce dernier est écrêté. Cependant, pour la version avec ressort, c'est l'effort du ressort qui définit la précision de l'ouverture, la sensibilité de l'aimant à la température n'est donc pas primordiale dans le cas d'utilisation d'un ressort. Il est juste nécessaire de surdimensionner l'aimant. De la même façon lorsque la température devient trop importante, en cas d'incendie par exemple, le fusible 7 fond et s'échappe par le trou 60 du capuchon 6. Le piston 3 n'est alors plus retenu et descend jusqu'à ce que le plat 33 touche le capuchon 6, entrainant ainsi l'ouverture de la valve 1. On peut également obtenir l'ouverture de la valve par l'annulation du flux magnétique de l'aimant permanent 4 avec celui généré par l'excitation de l'enroulement électromagnétique 5. L'enroulement 5 permet également de faire varier le champ magnétique de l'aimant 4. Ceci permet de tester la valve et de la tarer sans destruction en augmentant le courant dans la bobine 5 et donc le champ magnétique. Le calibrage de l'effort d'ouverture peut être fait par ajustement de la surface en contact avec l'aimant 4, par exemple en réalisant des perçages dans le capuchon ferromagnétique 6, ou autres solutions. Le bobinage peut également servir à ouvrir la valve 1 en cas d'incendie ou de dysfonctionnement par exemple. Dans le second mode de réalisation de la valve illustré figures 4 à 6 les mêmes éléments portent les mêmes références que dans le premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation destiné aux hautes pressions, le conduit 20 présente un rétrécissement 200, le piston 3 comprend un évidement 34 dans sa partie supérieure dans lequel est placé une bille 9 de préférence métallique (en acier par exemple). De préférence la forme supérieure du piston 3 est complémentaire à la partie basse du rétrécissement 200, de préférence conique. Le corps du piston 3 est creusé pour placer un ressort de rappel 8 autour de la tige 30 du piston 3. Ce ressort 8 prend appui d'un coté sur la partie en creux du piston 3 et de l'autre sur une bague 35 également montée sur la tige 30. La bague est montée coulissante sur ladite tige 30 et appuie sur le fusible thermique 7 placé sur le capuchon 6. La raideur du ressort 8 est importante. L'effort du ressort sur le siège permet de régler la pression d'ouverture désirée. Mais d'une manière générale, la précision du dimensionnement du ressort devra être faite avec le plus de soin possible. Le piston 3 est maintenu dans le corps 2 de la valve 1 par une butée vissée sur ledit corps 2. La bille 9 est placée sous le rétrécissement 200 et est maintenue en contact avec le siège d'étanchéité formé à l'extrémité du rétrécissement 200 par l'effet du ressort de compression 8. Une goutte 22 d'huile, de liquide ionique ou d'un liquide équivalent permet de parfaire l'étanchéité de la valve 1. Lorsqu'une surpression se produit le fluide appuie sur la bille 9, le fluide s'écoule entre la bille 9 et le rétrécissement 200, puis le fluide appuie sur la surface supérieure du piston 3 grâce à l'écrasement du ressort 8. La différence significative de diamètre entre le diamètre d'étanchéité du rétrécissement 200 et celui du piston 3 se traduit par une forte augmentation de la section et donc de la force sur le piston. Le capuchon 6 s'ouvre (cf. figure 5). Le fluide peut alors s'échapper par le conduit 21. On referme également la valve 1 manuellement. Lorsque la température devient trop importante, en cas d'incendie par exemple, le fusible 7 fond et s'échappe par le trou 60 du capuchon 6. Le ressort 8 se détend, puis le piston 3 qui n'est alors plus retenu, poussé par le fluide, descend jusqu'à ce que la butée 35 touche le capuchon 6, 2 0 entrainant ainsi l'ouverture de la valve 1. Dans cette variante, on peut également obtenir l'ouverture du bouchon par l'annulation du flux magnétique de l'aimant permanent 4 avec celui généré par l'excitation de l'enroulement électromagnétique 5. L'enroulement 5 permet également faire varier le champ magnétique de 25 l'aimant 4. Ceci permet, en faisant varier le courant, de tester la valve à l'ouverture et d'éprouver les équipements sous pression sans devoir shunter la valve. Le calibrage peut être fait par ajustement de la surface en contact avec l'aimant 4, par exemple en réalisant des perçages dans le capuchon ferromagnétique 6, ou autres solutions. Le bobinage 5 peut 30 également servir à ouvrir la valve 1 en cas d'incendie ou de dysfonctionnement par exemple. D'autres variantes sont possibles, notamment en positionnant l'aimant sur le capuchon 6 au lieu du corps 2, et/ou l'enroulement électromagnétique sur le capuchon 6 au lieu du corps 2 sans sortir du cadre de la présente invention.5 REVENDICATIONS1. Valve (1) de sécurité comprenant un corps (2) présentant au moins un conduit (20) dans lequel coulisse un piston (3) entre une position ouverte dans laquelle le conduit (20) est ouvert et une position fermée dans laquelle le conduit (20) est fermé, caractérisée en ce que le piston (3) coopère avec un capuchon (6) ferromagnétique maintenu par un aimant (4) permanent au corps (2) de la valve (1). 2. Valve (1) de sécurité selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que le conduit (20) est circulaire et que l'aimant (4) permanent est un anneau circulaire entourant le conduit (20) dans lequel coulisse le piston (3). 3. Valve (1) de sécurité selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'aimant est entouré d'un matériau ferromagnétique et que la section du matériau ferromagnétique est dimensionnée pour que le flux magnétique de l'aimant (4) sature le matériau ferromagnétique. 4. Valve (1) de sécurité selon une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'un fusible thermique (7) est disposé entre le piston (3) et le capuchon (6). 5. Valve (1) de sécurité selon une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'un enroulement électromagnétique (5) est disposé au voisinage de l'aimant (4) permanent. 6. Valve (1) de sécurité selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que la deuxième extrémité du piston estévidée et qu'une bille (9) est disposée dans l'évidement (34) et que le conduit (20) présente un rétrécissement (200) en vis-à-vis de la bille. 7. Valve (1) de sécurité selon une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'un ressort (8) est comprimé entre le capuchon (6) et la tige (30). 8. Valve (1) de sécurité selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la pression d'ouverture est calibrée par la distance de compression du ressort (8) dans son logement. 9. Valve (1) de sécurité selon la revendication 6 caractérisée en ce qu'une goutte (22) de liquide est placée au dessus de la bille (9). 10. Valve (1) de sécurité selon la revendication 5 caractérisée en ce que l'enroulement électromagnétique est parcouru par un courant délivré par un organe de commande qui définit le sens dudit courant.20