Brevet FR3064044A1 — publié le 20180921

La présente invention concerne un dispositif pour le remplissage de bouteilles avec du fluide sous haute pression, par exemple un gaz obtenu en vaporisant un liquide cryogénique. Il faut entendre ici par bouteille un récipient de forme allongée, présentant un corps, le plus souvent cylindrique circulaire, ainsi qu'un goulot de dimensions moindre par rapport au corps et muni de moyens de type vanne pour fermer de manière étanche le récipient et aussi permettre, d'une part, le remplissage de la bouteille et, d'autre part, de retirer le fluide se trouvant dans la bouteille. Les pressions en jeu ici sont habituellement de plusieurs centaines de bars, par exemple entre 200 et 400 bar. Les bouteilles sont généralement présentées dans un casier pouvant contenir 12 à 16 bouteilles. Ce casier vient alors prendre place dans une station de remplissage. Cette dernière comporte des vannes d'isolation et des blocs connecteurs reliés auxdites vannes. Chaque bloc connecteur comporte au moins une sortie à laquelle est raccordée un flexible destiné à être relié à une bouteille pour permettre son remplissage. La station de remplissage est alimentée à partir d'un réservoir, généralement de liquide cryogénique, à travers un système d'alimentation qui comprend entre autres des moyens, d'une part, pour vaporiser le liquide cryogénique et, d'autre part, des moyens pour mettre le gaz obtenu sous pression. La station de remplissage comporte le plus souvent un ensemble disposé en hauteur, au-dessus des bouteilles à remplir avec les divers composants mis sous pression lors d'une opération de remplissage. L'assemblage de tous les éléments constituant la station est compliqué et demande le plus souvent d'avoir une nacelle ou un échafaudage. En outre, lorsque des tests doivent être réalisés avant la livraison de la station, il convient de disposer autour des éléments destinés à être mis sous pression de la station de remplissage des moyens de protection qui sont encombrants et lourds. Cette protection est donc difficile à mettre en place. La présente invention a alors pour but de fournir un dispositif de remplissage plus simple à monter et/ou à tester. Avantageusement, l'invention permettra de limiter les coûts de fabrication d'une station de remplissage de bouteilles avec du fluide sous haute 3064044 2 pression. À cet effet, la présente invention propose tout d'abord un module pour dispositif de remplissage sous haute pression caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une vanne d'isolation, 5 - au moins une nourrice avec au moins une entrée et au moins une sortie, - au moins une conduite pour relier l'entrée d'une nourrice avec une vanne d'isolation, - un tuyau flexible en aval de chaque sortie de nourrice, et 10 - un cadre métallique sur lequel sont montées l'au moins une vanne d'isolation et l'au moins une nourrice. Il est ici proposé de manière originale de rassembler sur un cadre tous les éléments qui seront mis sous pression lors d'une opération de remplissage de bouteilles. Ce cadre peut alors être testé indépendamment de toute la 15 structure mise en place pour supporter les composants au-dessus des bouteilles à remplir et pour former une protection autour de certains éléments. Une forme de réalisation simple prévoit que le cadre présente deux traverses et deux montants, et que les nourrices sont montées sur une traverse. 20 Selon une autre forme de réalisation, le cadre du module présente deux équerres et deux traverses ; chaque équerre présente, d'une part, une première branche formant un montant reliant les deux traverses et, d'autre part, une seconde branche s'étendant perpendiculairement à une traverse, les deux secondes branches et ladite traverse formant un plan et étant disposées du 25 même côté de cette traverse, et au moins une seconde branche d'une équerre porte une vanne d'isolation. De manière avantageuse, plusieurs nourrices peuvent être montées les unes à côté des autres et reliées de manière fluidique en série. La présente invention concerne également un dispositif de remplissage 30 sous haute pression, caractérisé en ce qu'il comporte une structure porteuse et un module tel que décrit ci-dessus. Avantageusement, le module est monté de manière réversible, plus particulièrement par vissage, sur ladite structure porteuse. 3064044 3 Dans un tel dispositif de remplissage, la structure porteuse peut comporter une structure mécanosoudée de forme globalement parallélépipédique et montée sur pieds ; la structure mécanosoudée de forme globalement parallélépipédique comportant avantageusement douze poutres 5 métalliques correspondant aux arêtes du parallélépipède, et le cadre du module étant fixé sur des poutres du parallélépipède. Un tel dispositif de remplissage peut être tel qu'au moins certaines nourrices soient raccordées chacune à au moins un tuyau de distribution muni à son extrémité libre d'un raccord destiné à coopérer avec une vanne d'une 10 bouteille. Chaque tuyau de distribution est alors avantageusement suspendu à une poutre s'étendant parallèlement au cadre par l'intermédiaire d'un système de rappel élastique. La présente invention concerne enfin un procédé de fabrication d'une station de remplissage de bouteilles ou similaires avec un fluide sous haute 15 pression, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes dans l'ordre indiqué : - assemblage sur un cadre d'au moins une vanne d'isolation et d'au moins une nourrice comportant chacune au moins une entrée et au moins une sortie et raccordement de conduites souples et/ou rigides à l'au moins une 20 vanne d'isolation et à l'au moins une nourrice, afin de réaliser un module dit module haute pression, - test du module haute pression, - assemblage du module haute pression sur une structure porteuse, - raccordement du module haute pression à un système d'alimentation 25 de fluide sous pression, et - mise en service de la station de remplissage. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, il est avantageusement prévu que l'étape d'assemblage sur un cadre des vanne(s) d'isolation, nourrice(s) et de raccordement de conduites est réalisée dans une zone à propreté contrôlée. 30 Pour la réalisation de cette étape d'assemblage, il pourra être prévu également, dans la zone à propreté contrôlée, au moins une étape de dégraissage des vanne(s) et/ou nourrice(s). Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux 3064044 4 de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : La figure 1 est une vue en perspective d'une station de remplissage de bouteilles avec un fluide sous pression, 5 La figure 2 est une vue similaire à celle de la figure lavec suppression toutefois de quelques moyens de protection, La figure 3 est une vue de face d'un module haute pression, La figure 4 est une vue en perspective du module de la figure 3, et La figure 5 illustre une étape de montage du module de pression des 10 figures 3 et 4 sur une structure porteuse. La figure 1 montre une station de remplissage pour le remplissage de bouteilles 2 disposées dans un casier 4. Un dispositif de remplissage 6 monté sur pieds 8 se trouve au-dessus du casier 4 de bouteilles 2 à remplir. Cette figure (ni la figure 2) ne montre pas de réservoir dans lequel du fluide est 15 prélevé pour remplir les bouteilles 2, ni les moyens de vaporisation et de mise sous pression du fluide, en général sous forme liquide, extrait de ce réservoir. Ces moyens sont connus de l'homme du métier dans le domaine par exemple de la cryogénie. En effet, le fluide pour remplir les bouteilles 2 peut être un gaz pur comme de l'oxygène, de l'azote, ... ou bien un mélange de plusieurs gaz 20 comme par exemple de l'air ou tout autre mélange de gaz ou bien un composé naturel comme du gaz naturel, ... . Les pressions mises en oeuvre pour le remplissage des bouteilles 2 vont de plusieurs dizaines de bars à plusieurs centaines de bars, à titre d'exemple non limitatif, entre 100 et 400 bar. Le dispositif de remplissage comporte une structure porteuse 10, un 25 module haute pression 12 et des tuyaux de distribution 14. La structure porteuse 10 comporte un squelette composé de poutres métalliques assemblées en elles (construction mécanosoudée) de manière à former un parallélépipède. On a ainsi douze poutres assemblées. On supposera par la suite que ces poutres sont orientées soit horizontalement soit 30 verticalement. En outre, de façon naturelle, on considérera que le casier 4 avec les bouteilles 2 se trouve en dessous de la structure porteuse 10. On définit ainsi un sens haut/bas. La structure porteuse 10 est fixée sur les pieds 8 qui sont formés par 3064044 5 des poutres verticales ancrées dans un sol, plus particulièrement sur ou dans une fondation, par exemple une fondation en béton armé. On supposera ici que les pieds 8 sont à l'arrière de la structure porteuse 10 pour définir par la suite une orientation avant et arrière. 5 Cette structure porteuse 10 comporte un contour supérieur formé de quatre poutres horizontales. L'une de ces poutres est fixée sur les deux pieds 8 à une hauteur qui peut être de l'ordre de 3 à 4 mètres au-dessus du sol. Ce contour supérieur porte ici trois poutres 16, s'étendant transversalement, c'est-à-dire parallèlement à la poutre horizontale du contour fixée sur les deux pieds 10 8. À chacune de ces poutres 16 correspond une rangée de bouteilles 2. Le nombre de poutres 16 est adapté en fonction du nombre de bouteilles à remplir et de la forme des casiers contenant ces bouteilles. Il n'est pas exclu d'avoir une poutre 16 pour deux rangées de bouteilles ou au contraire deux poutres 16 pour une rangée de bouteilles. 15 La structure porteuse 10 comporte aussi un contour inférieur, formé lui aussi de quatre poutres horizontales, deux poutres transversales dont une fixée sur les deux pieds 8 et une poutre transversale avant, ces poutres transversales étant reliées par deux poutres longitudinales. Les dimensions du contour inférieur correspondent sensiblement à celles du contour extérieur. 20 Toutefois, les poutres utilisées peuvent être de section moindre car comme il ressort de la présente description, elles sont moins contraintes que celles du contour supérieur. Le contour inférieur s'étend par exemple à environ 2 mètres au-dessus du sol (cette hauteur dépend de la taille des bouteilles 2 à remplir). Les deux contours sont reliés entre eux par les quatre poutres 25 verticales, deux poutres arrière fixées chacune sur un pied 8 et deux poutres avant. Comme on peut le voir sur la figure 1, des plaques de protection 18 viennent fermer les faces verticales de la structure porteuse 10. Chaque face verticale est de préférence munie d'une ou de deux plaques de protection. 30 Comme il ressort de la figure 2 qui correspond à la figure 1 sans les plaques de protection 18, des renforts 20 sont prévus pour ces plaques de protection 18 sous la forme de profilés reliant soit à l'horizontale, soit à la verticale, deux bords opposés d'une face verticale. 3064044 6 Comme on peut le voir sur la figure 2 mais encore mieux sur la figure 5, un châssis intérieur 21 mobile est monté à l'intérieur du châssis « extérieur » formé par le contour supérieur, le contour inférieur et les poutres verticales. Ce châssis intérieur 21 présente des dimensions justes un peu 5 inférieures à celles du châssis extérieur et est également muni de plaques de protection 18' non illustrées sur la figure 2 mais visibles sur la figure 5. Lors d'un remplissage de bouteilles 2, ce châssis intérieur 21 descend et vient entourer les bouteilles 2 afin d'assurer une protection des personnes se trouvant alentour (figure 5). 10 Les figures 3 et 4 illustrent le module haute pression 12 qui est monté sur la structure porteuse 10. Ce module haute pression 12 comporte un cadre 22, des vannes d'isolation 24 et des blocs connecteurs appelés par la suite nourrices 26 (correspondant au terme anglais : manifold). Le cadre 22 est formé de deux équerres 28 similaires et de deux 15 traverses qui sont par exemple soudées sur les équerres 28. Chaque équerre 28 est par exemple réalisée à partir d'un profilé métallique et présente une première branche et une seconde branche. La première branche s'étend, en position montée dans la structure porteuse 10, verticalement et est de ce fait appelée par la suite montant 30. La seconde 20 branche est plus courte que la première et sera appelée par la suite retour 32. Ce retour 32 s'étend, toujours dans la position montée dans la structure porteuse 10, dans un plan horizontal. Une première traverse, dite traverse inférieure 34, relie les extrémités libres de montants 30. L'autre traverse, ou traverse supérieure 36, relie les 25 deux autres extrémités des montants 30 et se trouve ainsi dans le plan défini par les retours 32. La traverse inférieure 34 porte les nourrices 26. Chaque nourrice 26 est formée par un bloc, le plus souvent (mais pas exclusivement) réalisé en laiton, à l'intérieur duquel est ménagé une chambre. Cette dernière est 30 alimentée par une entrée et présente au moins une sortie. Chaque entrée et sortie se présentent par exemple sous la forme d'un alésage taraudé destiné à recevoir un raccord hydraulique. Dans la forme de réalisation préférée illustrée ici, quatre nourrices 26 3064044 7 similaires sont montées en série entre deux collecteurs 38. Chaque nourrice 26 se présente sous la forme d'un parallélépipède allongé présentant une entrée/sortie sur chacune de ses faces frontales et trois sorties 40 sur sa face longitudinale supérieure (la face longitudinale inférieure étant en contact avec 5 la traverse inférieure 34). Chaque entrée/sortie frontale est ainsi raccordée soit à une entrée/sortie d'une nourrice 26 voisine soit à une sortie d'un collecteur 38. Chaque collecteur 38 est quant à lui une pièce se présentant sous la forme d'un bloc en laiton (ou autre) à l'intérieur duquel est réalisé une chambre alimentée en fluide par une entrée et présentant une sortie. La forme d'un 10 collecteur 38 est ici sensiblement cubique. L'entrée de fluide est réalisée sur une face du cube et la sortie sur une face adjacente. Ici aussi chaque entrée et chaque sortie se présente sous la forme d'un alésage taraudé destiné à recevoir un raccord hydraulique. On remarque sur les figures 3 et 4 la présence de deux autres 15 nourrices 26'. Ces nourrices 26' sont du même type que les nourrices 26 mais ne comportent qu'une seule sortie. Alors que les nourrices 26 sont prévues pour réaliser le remplissage de trois bouteilles 2, chaque nourrice 26' est prévue pour alimenter un ensemble de bouteilles. La nourrice 26' est alors connectée à un dispositif appelé cadre et qui peut, d'une part, se connecter 20 automatiquement à des bouteilles et, d'autre part, les alimenter en fluide sous pression. Un tel système n'est pas illustré. Il ne fait pas partie de l'invention et est connu de l'homme du métier. Inutile donc de le décrire plus ici. Sur sa partie haute, le module haute pression 12 porte les vannes d'isolation 24 qui sont montées sur les retours 32. Ces vannes sont des 25 éléments de sécurité et forment l'interface entre la source de fluide sous pression et le dispositif de remplissage. Le module haute pression 12 illustré comporte ici trois vannes d'isolation 24, une pour chaque nourrice 26' et une autre pour toutes les nourrices 26 (qui sont en série). Ainsi, une vanne d'isolation 24 est reliée par 30 une conduite 42 à une nourrice 26', une autre conduite 42 relie une autre vanne d'isolation à l'autre nourrice 26' et la troisième vanne d'isolation 24 est reliée au deux collecteurs 38. Le module haute pression 12 tel que décrit ici est une unité 3064044 8 indépendante qui regroupe tous les composants d'un dispositif de remplissage. Ces composants sont montés sur le cadre 22 qui vient se fixer, avantageusement de manière réversible et de préférence à l'aide de vis (boulons). La figure 5 illustre le montage du module haute pression 12 sur la 5 structure porteuse 10. Les retours 32 des équerres du cadre 22 viennent reposer sur la poutre arrière du contour supérieur et sont fixés (vissés) sur celle-ci. La traverse supérieure 36 repose quant à elle par exemple sur les deux poutres latérales du contour supérieur et est également vissée sur celles-ci. 10 Une fois le module haute pression 12 fixé sur la structure porteuse 10, des tuyaux de distribution 14 pour relier les nourrices 26 aux bouteilles peuvent être mis en place. Une nourrice 26, qui dans la forme de réalisation illustrée comporte trois sorties 40, alimentera par exemple trois bouteilles 2 de trois rangées (de quatre bouteilles) distinctes. Ainsi les quatre nourrices 26 15 alimentent toutes les bouteilles 2 illustrées. Chaque tuyau de distribution 14 est suspendu à l'une des poutres 16 par l'intermédiaire d'un système de rappel élastique 44. Grâce à la structure décrite ci-dessus, il est possible de réaliser dans un atelier le module haute pression 12 et dans un autre atelier, ou bien 20 directement sur site, c'est-à-dire à proximité du réservoir de fluide utilisé pour remplir les bouteilles, la structure porteuse 10 montée sur pieds 8. Il est donc proposé ici de fabriquer le module haute pression 12 dans un atelier spécialisé pour la tuyauterie haute pression et/ou la cryogénie. Les éléments assemblés, notamment les vannes d'isolation 24 et les nourrices 26 25 et 26' sont de préférence nettoyées et notamment dégraissées avant d'être assemblés. En effet, si de l'oxygène devait venir en contact avec de la graisse ou d'autres matières formant un carburant pour une combustion, une combustion pourrait intervenir. Ce nettoyage est alors réalisé dans une zone de l'atelier à propreté contrôlée, idéalement une salle isolée appelée « salle 30 blanche ». Les divers composants sont alors assemblés et montés sur le cadre 22. Le module haute pression 12 peut alors être testé dans l'atelier spécialisé ou dans un atelier de test. Le module haute pression 12 vient prendre place 3064044 9 dans une enceinte de protection de taille adaptée à celle du module. Une fois les tests positifs, le module haute pression 12 est prêt à l'emploi. Pendant la fabrication du module haute pression 12, ou en décalé dans le temps, la structure porteuse peut être réalisée dans un atelier de mécanique 5 ou bien directement sur site, après approvisionnement des diverses pièces (profilé, poutres, etc.). Il suffit alors de venir fixer par simple vissage de préférence le module haute pression 12 sur la structure porteuse 10. Aucun test n'est plus nécessaire à ce stade puisque le module haute pression a déjà été testé 10 positivement. Avec une structure de l'art antérieur, les composants qui lors d'un remplissage de bouteilles sont sous haute pression sont tout d'abord montés sur une structure en hauteur (en général à environ 3 m au-dessus du sol). Ensuite le test sous pression du dispositif de remplissage doit être réalisé. Ici, 15 l'enceinte de protection mise en place pour les tests doit être adaptée à la taille de toute la structure. Le test le plus souvent ne peut être réalisé sur site ou bien sinon il faut prévoir d'apporter sur site une enceinte de protection de taille adaptée, ce qui peut être difficile en termes de manutention. Avec la structure illustrée sur le dessin, le module haute pression 12 20 est géré indépendamment de la structure mécanique prévue pour supporter les moyens de remplissage au-dessus des bouteilles à remplir. L'assemblage mécanique du module haute pression 12 et son câblage se font alors sur table et sans contrainte d'accessibilité liée à la structure porteuse et à sa position. Par la suite, le test en pression est fait sur un ensemble -le module haute 25 pression 12- d'encombrement limité. Aucun test n'est requis sur la structure purement mécanique qui va recevoir le module haute pression. L'assemblage final sur site entre le module haute pression 12 et la structure mécanique (structure porteuse 10 montée sur les pieds 8) se limite à positionner le module haute pression sur la structure porteuse et à venir le 30 sécuriser de préférence par des vis, ou boulons. Ce procédé de montage permet un gain de place dans l'atelier de montage des composants et de limiter l'espace de stockage. Pour l'expédition, la partie structure mécanique et la partie haute 3064044 10 pression peuvent être gérées indépendamment, ce qui est avantageux. La partie mécanique pourra alors être réalisée à proximité du site de remplissage et ne devra plus être réalisée dans un atelier spécialisé qui peut être (très) éloigné du site de remplissage. 5 Le caractère modulaire du dispositif de remplissage de bouteilles permet aussi d'envisager une maintenance facilitée de la station de remplissage. Une évolution de la station de remplissage peut aussi être envisagée. En effet, une même structure mécanique peut recevoir des modules haute pression avec des caractéristiques différentes. Une station de 10 remplissage prévue pour le remplissage d'un nombre donné de bouteilles pourra être adaptée par la suite à moindre coût. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif et aux variantes de réalisation évoquées. Elle concerne également toutes les 15 variantes à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci- après. 20 REVENDICATIONS1. Module (12) pour dispositif de remplissage sous haute pression caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une vanne d'isolation (24), - au moins une nourrice (26, 26') avec au moins une entrée et au moins une sortie, - une conduite (42) pour relier l'entrée d'une nourrice (26, 26') avec une vanne d'isolation (24), - un tuyau flexible (14) en aval de chaque sortie de nourrice (26), et - un cadre (22) métallique sur lequel sont montées l'au moins une vanne d'isolation (24) et l'au moins une nourrice (26, 26'). 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre (22) présente deux traverses (34, 36) et deux montants (30), et en ce que les nourrices (26) sont montées sur une traverse (34). 3. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre (22) présente deux équerres (28) et deux traverses (34, 36), en ce que chaque équerre (28) présente, d'une part, une première branche formant un montant (30) reliant les deux traverses (34, 36) et, d'autre part, une seconde branche (32) s'étendant perpendiculairement à une traverse (36), les deux secondes branches (32) et ladite traverse (36) formant un plan et étant disposées du même côté de cette traverse (36), et en ce que au moins une seconde branche (32) d'une équerre porte une vanne d'isolation (24). 4. Dispositif de remplissage sous haute pression, caractérisé en ce qu'il comporte une structure porteuse et un module (12) selon l'une des revendications 1 à 3. 5. Dispositif de remplissage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le module (12) est monté de manière réversible, plus particulièrement par vissage, sur la structure porteuse (10). 6. Dispositif de remplissage selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la structure porteuse (10) présente une structure mécanosoudée de forme globalement parallélépipédique et montée sur pieds (8), en ce que la structure mécanosoudée de forme globalement 3064044 12 parallélépipédique comporte douze poutres métalliques correspondant aux arêtes du parallélépipède, et en ce que le cadre (22) du module (12) est fixé sur des poutres du parallélépipède. 7. Dispositif de remplissage selon l'une des revendications 4 à 6, 5 caractérisé en ce que des nourrices (26) sont raccordées à un tuyau de distribution (14) muni à son extrémité libre d'un raccord destiné à coopérer avec une vanne d'une bouteille et en ce que chaque tuyau de distribution (14) est suspendu à une poutre (16) s'étendant parallèlement au cadre (22) par l'intermédiaire d'un système de rappel élastique (46). 10 8. Procédé de fabrication d'une station de remplissage de bouteilles (2) ou similaires avec un fluide sous haute pression, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes dans l'ordre indiqué : - assemblage sur un cadre (22) d'au moins une vanne d'isolation (24) et d'au moins une nourrice (26, 26') comportant chacune au moins une entrée 15 et au moins une sortie et raccordement de conduites souples et/ou rigides à l'au moins une vanne d'isolation (24) et à l'au moins une nourrice (26, 26'), afin de réaliser un module dit module haute pression (12), - test du module haute pression (12), - assemblage du module haute pression (12) sur une structure 20 porteuse (10), - raccordement du module haute pression (12) à un système d'alimentation de fluide sous pression, et - mise en service de la station de remplissage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape 25 d'assemblage sur un cadre des vanne(s) d'isolation, nourrice(s) et de raccordement de conduites est réalisée dans une zone à propreté contrôlée. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape d'assemblage est précédée d'une étape de nettoyage, notamment dégraissage, des vanne(s) et/ou nourrice(s). 30