Brevet FR3081039A1 — publié le 20191115

PROCEDE DE DETECTION DE FUITE DANS UNE TETE DE RESERVOIR DE GAZ SOUS PRESSION ET TETE DE RESERVOIR PERMETTANT D'UTILISER UN TEL PROCEDE La présente invention a pour objet un procédé de détection de fuite dans une tête de réservoir de gaz sous pression comportant divers organes intégrés, et une tête de réservoir permettant d'utiliser un tel procédé. Le secteur technique concerné par l'invention est le domaine de la fabrication et de l'utilisation de têtes de réservoirs de gaz sous pression, en particulier d'hydrogène, et des procédés et des dispositifs de détection de fuite de gaz dans de telles têtes, en particulier celles qui intègrent différents composants ou organes de traitement, de distribution et/ou d'arrêt de ce gaz tels que des raccords, des fusibles thermiques, des capteurs, des parties de détendeur, des vannes, et/ou des bouchons obturant des orifices communiquant vers l'extérieur... Ces composants ou organes internes à la tête de réservoir sont alimentés en gaz depuis l'intérieur du réservoir de gaz sur lequel la tête est fixée, et comprennent chacun, par sécurité, au moins deux dispositifs d'étanchéité, l'un dit amont et l'autre dit aval, ce qui est souvent le cas dans les équipements devant recevoir de l'hydrogène à haute pression. Dans ce domaine des têtes de réservoirs de gaz sous pression on peut citer par exemple : - le brevet FR3003627 du même déposant que pour la présente demande de brevet, intitulé « tête de réservoir de gaz sous pression » et auquel on pourra utilement se référer, 2 - ou le brevet EP1943454 de la société Air Liquide, intitulé « ensemble comprenant un réservoir pour fluide sous pression et un dispositif de commande du remplissage et/ou du soutirage » et qui enseigne une tête 5 de remplissage et de distribution comprenant un dispositif de pré-détente intégré (avec au moins une partie située à l'intérieur du volume du réservoir). Dans de telles têtes de réservoir comportant divers composants et organes intégrés, avec double 10 étanchéité, il est difficile si ce n'est impossible de pouvoir contrôler l'étanchéité de tous les organes et composants ainsi intégrés, sauf certes suivant des procédés et dispositifs pouvant être mis en oeuvre hors utilisation, tels que: 15 - en enveloppant l'ensemble du réservoir et de sa tête d'une pellicule permettant alors de détecter s'il y a une fuite telle que par colorimétrie comme enseignée dans la demande de brevet W0200542129 de la Sté ATMI, - ou en coiffant toute la tête du réservoir par 20 une cloche prenant étanchéité sur le réservoir autour de la tête et en détectant le gaz qui pourrait alors s'échapper dans cette cloche comme enseigné dans la demande de brevet FR2034202 de la Sté Primagaz. Les inconvénients sont que de tels procédés et 25 dispositifs sont assez envahissants et surtout ne peuvent donc pas être utilisés pendant l'utilisation de ces réservoirs de gaz en opération, c'est-à-dire avec leur tête connectée à un circuit de distribution du gaz contenu dans le réservoir. 30 Le problème posé et l'objectif de la présente invention sont donc de pouvoir réaliser, sans les inconvénients ci-dessus, un contrôle d'étanchéité par détection de fuite dans une tête de réservoir de gaz sous pression, comportant plusieurs composants et organes 3 intégrés, et cela d'une part sans avoir à contrôler chaque organe séparément comme on pourrait l'envisager mais ce qui serait assez complexe, et d'autre part même en opération et au cours de la distribution de gaz, ce 5 qui est essentiel surtout quand le gaz est de l'hydrogène et que l'utilisateur doit absolument être averti dès qu'il y a une fuite (ce qui peut se produire même après un contrôle avant utilisation) sur un dispositif d'étanchéité d'un de ses composants ou organes intégrés. 10 Une solution au problème posé est une tête de réservoir de stockage de gaz sous pression, apte à être fixée directement et d'une manière amovible sur un tel réservoir et qui comprend d'une manière intégrée, dans le corps même de la tête, au moins deux organes de 15 traitement, de distribution et/ou d'arrêt de ce gaz, un connecteur amont apte à se fixer d'une manière amovible dans un bossage du dit réservoir et à l'intérieur duquel est situé et débouche au moins un conduit d'alimentation de la tête de réservoir et des conduits de sortie avals 20 aptes à relier la tête de réservoir à tout système utilisant le dit gaz à travers les dits organes, et telle que suivant l'invention: - chaque organe comporte au moins deux dispositifs d'étanchéité, l'un dit amont et l'autre dit aval, qui 25 délimitent entre eux un espace intermédiaire, - au moins un conduit dit de piquage relie chacun des dits espaces intermédiaires et un espace commun dans lequel débouche tous les conduits de piquage, - un orifice fait communiquer l'espace commun avec 30 un dispositif de mesure de la présence du gaz. L'objectif de la présente invention est également atteint par un procédé de détection de fuite dans une tête de réservoir de gaz sous pression telle que décrite ci-dessus et tel que: 4 - on relie chacun des dits espaces intermédiaires, délimités entre chaque dispositif d'étanchéité amont et chaque dispositif d'étanchéité aval de tous les organes et composants intégrés dans la dite tête, à un espace 5 commun, - on fait communiquer tous les espaces intermédiaires avec le même dit espace commun qui ne contient initialement pas de traces du dit gaz, - on fait communiquer l'espace commun avec un 10 dispositif de détection de la présence du dit gaz, - on met en opération la distribution du gaz par le dit réservoir à travers la dite tête de réservoir, - si on détecte alors en cours d'opération la présence du dit gaz par le dispositif de détection, on en 15 déduit qu'au moins un des dispositifs d'étanchéité amont d'un des dits organes fuit. Ainsi une telle détection de fuite se faisant avant que le dispositif d'étanchéité aval puisse lui aussi fuir, un tel procédé et un tel dispositif 20 garantissent la sécurité de l'atmosphère entourant la tête de réservoir de stockage, surtout quand le gaz est de l'hydrogène et que cet atmosphère est confiné comme dans un avion, un engin de chantier sous-terrain... De plus, dans un mode particulier de réalisation 25 pour éviter le risque de fuite de l'espace commun lui-même dans l'atmosphère entourant la tête de réservoir, on évacue, par exemple au-dessus d'une pression prédéterminée, le gaz de fuite pouvant s'échapper dans cet espace commun vers toute zone sécurisée, soit hors de 30 l'atmosphère entourant la tête de réservoir de stockage, tel que hors de la carlingue dans le cas d'un avion. Le résultat est un nouveau procédé de détection de fuite dans une tête de réservoir de gaz sous pression comportant divers organes intégrés, et une nouvelle tête 5 de réservoir de gaz permettant d'utiliser un tel procédé, qui répondent au problème posé et à l'objectif exposé précédemment ci-dessus, en particulier dans des utilisations dans des atmosphères confinés et quand le 5 gaz utilisé est de l'hydrogène. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. 10 La description ci-après et les figures jointes représentent un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif: d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention. 15 La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un exemple de mode de réalisation d'une tête-détendeur de réservoir suivant l'invention. La figure 2 est une vue de dessus de la seule et même tête de réservoir que la figure 1. 20 La figure 3 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1. Dans la présente description, on positionne et on qualifie les différents composants par les termes aval et amont pris dans le sens de l'écoulement du gaz depuis 25 donc la chambre 3 du réservoir 1 de stockage vers l'extérieur 10 de la tête 2 de réservoir suivant l'invention. Celle-ci comprend d'une manière intégrée et compacte dans un même corps, sensiblement tubulaire, tel 30 que cylindrique d'axe XX', et réalisé en matériau compatible et étanche aux gaz, tel que l'hydrogène: - au moins deux organes 131,132 de traitement, de distribution et/ou d'arrêt de ce gaz, tels que un 6 bouchon, un raccord, un fusible thermique, un capteur, une partie d'un détendeur, etc_ - un connecteur amont 20 apte à se fixer d'une manière amovible, tel que par vissage 11, et étanche, 5 grâce à au moins un joint 6 circulaire de type torique positionné dans une gorge, dans l'orifice 5 d'un bossage 4 du dit réservoir 1 et à l'intérieur duquel est situé et débouche au moins un conduit d'alimentation 9 de gaz depuis la chambre 3 de stockage du réservoir, et 10 - des conduits de sortie 211,212 avals aptes à relier la tête 2 de réservoir à tout système utilisant le dit gaz une fois qu'il a traversé les dits organes 131,132, depuis le au moins conduit d'alimentation 9 et suivant l'invention : 15 - chaque organe 131,132 comporte au moins deux dispositifs 141,142 d'étanchéité (l'un 141 étant amont et l'autre 142 étant aval) qui délimitent entre eux un espace intermédiaire, - au moins un conduit 12 dit de piquage relie 20 chacun des dits espaces intermédiaires et un espace commun 8 dans lequel débouche tous les conduits de piquage 12, - un orifice 15 fait communiquer l'espace commun 8 avec un dispositif 16 de détection de la présence du gaz, 25 tel qu'un capteur de pression, mais ce peut être tout autre moyen de détection. Le principe de fonctionnement d'une telle tête de réservoir est parfaitement connu de l'homme du métier et nous ne l'expliquerons pas ici, sauf bien sûr en ce qui 30 concerne l'objet de l'invention. De plus suivant la présente invention et dans le cas où l'extérieur 10 entourant la tête 2 de réservoir est un espace confiné comme dans un avion ou un engin de chantier sous-terrain et où il serait dangereux d'y 7 laisser fuiter un gaz comme de l'hydrogène, la tête 2 de réservoir comporte un orifice d'évacuation 15 entre l'espace commun 8, dans lequel débouche tous les conduits de piquage 12, et tout conduit (non représenté sur les 5 figures) reliant la dite tête 2 et toute zone sécurisée extérieure, soit hors de l'atmosphère 10 entourant la tête de réservoir de stockage, tel que hors de la carlingue dans le cas d'un avion. Dans un mode préférentiel de réalisation, cet 10 orifice d'évacuation 15 entre l'espace commun 8 et tout conduit reliant la dite tête 2 et le même que celui, représenté sur la figure 3, faisant communiquer l'espace commun 9 avec le dispositif 16 de détection de la présence du gaz qui est représenté ici comme un 15 obturateur de cet orifice d'évacuation 15. Dans le mode de réalisation des figures jointes, l'espace commun 8, dans lequel débouchent tous les conduits de piquage 12, est une gorge circulaire réalisée sur le dessus de la tête 2 de réservoir et fermée sur sa 20 face supérieure par un capot 7 étanche. Celui-ci est représenté sur les figures 1 et 3 comme une pièce assez épaisse, qui peut être métallique et qui est fixée, par tout moyen tel que quatre vis 18 représentées seulement en vue de dessus sur la figure 2, 25 d'une manière étanche, grâce un joint circulaire 17 entourant la gorge commune 8, sur le dessus de la tête 2 de réservoir. Ce capot 7 comporte au moins l'orifice 15 faisant communiquer l'espace commun 8 avec le dispositif 16 de 30 détection de la présence du gaz qui est lui-même fixé, d'une manière étanche grâce à un joint 19, à la sortie du dit orifice 15 qui est en fait ici un alésage réalisé dans l'épaisseur du capot 7. 8 Ce capot 7 pourrait être aussi plus mince, ou même être un simple couvercle de type plastique moulé avec par exemple un joint à façon qui servirait de canaux de communication et d'espace commun 8 entre les différents 5 orifices 12,15 ; il pourrait ainsi ne pas tenir la pression qui pourrait augmenter en cas de fuite dans l'espace commun 8, une soupape de décharge pouvant lors être prévue pour évacuer le gaz vers l'extérieur 10 ou à travers un conduit d'évacuation vers une zone de sécurité 10 comme indiqué précédemment. Dans un autre mode de réalisation ce capot 7 pourrait être même réalisé dans le corps même de la tête 2 de réservoir et ne constituerait alors en ce cas qu'une seule pièce avec elle sans joint : celle-ci pourrait 15 alors être fabriquée, par exemple, - soit par impression 3D directement avec tous les conduits internes nécessaires, - soit en réalisant l'espace commun 8 et les conduits 12 de piquage par des perçages qui doivent être 20 ensuite rebouchés partiellement une fois communiquant tous entre eux et en ne laissant qu'un seul perçage débouché pour constituer l'orifice 15 faisant communiquer l'espace commun 8 avec le dispositif 16 de détection de la présence du gaz. 25 Ainsi quel que soit le mode de réalisation de la dite tête 2 de réservoir suivant l'invention, quand on met en opération la distribution du gaz par le dit réservoir 1 à travers cette tête 2 de réservoir, - si on détecte alors en cours d'opération la 30 présence du dit gaz par le dispositif de détection 16, on en déduit qu'au moins un des dispositifs 141 d'étanchéité amont d'un des dits organes 13 fuit, 9 - dans un mode particulier de réalisation, on détecte la présence de gaz dans l'espace commun 8 en mesurant la pression dans cet espace, - on évacue 15 ensuite le gaz de fuite s'échappant 5 dans l'espace commun 8, tel que par une soupape de décharge quand on mesure que la pression dans cet espace dépasse un seuil donné, soit vers l'extérieur 10 soit, suivant les utilisations, à travers un conduit d'évacuation REVENDICATIONS1. Procédé de détection de fuite dans une tête (2) de réservoir de gaz sous pression apte à être fixée 5 directement et d'une manière amovible sur un tel réservoir (1) et qui comprend d'une manière intégrée : - au moins deux composants ou organes (131,132) de traitement, de distribution et/ou d'arrêt de ce gaz, - un connecteur amont (20) apte à se fixer d'une 10 manière amovible dans un bossage (4) du dit réservoir (1) et à l'intérieur duquel est situé et débouche au moins un conduit d'alimentation (9) de la tête (2) de réservoir depuis sa chambre (3) de stockage du gaz et, - des conduits de sortie (211,212) avals aptes à 15 relier la tête (2) de réservoir à tout système utilisant le dit gaz à travers les dits organes (131,132), caractérisé en ce que : - chaque organe (131,132) comportant au moins deux dispositifs (141,142) d'étanchéité, l'un dit amont (141) 20 et l'autre dit aval (142), qui délimitent entre eux un espace intermédiaire, on relie chacun des dits espaces intermédiaires à un espace commun (8), - on fait communiquer (12) tous les espaces intermédiaires avec le même dit espace commun (8) qui ne 25 contient initialement pas de traces du dit gaz, - on fait communiquer l'espace commun (8) avec un dispositif (16) de détection de la présence du dit gaz, - on met en opération la distribution du gaz par le dit réservoir (1) à travers la dite tête (2) de 30 réservoir, - si on détecte alors en cours d'opération la présence du dit gaz par le dispositif de détection (16), 11 on en déduit qu'au moins un des dispositifs (141) d'étanchéité amont d'un des dits organes (13) fuit. 2. Procédé de détection de fuite suivant la 5 revendication 1 caractérisé en ce on détecte la présence de gaz dans l'espace commun (8) en mesurant la pression dans cet espace. 3. Procédé de détection de fuite suivant l'une 10 quelconque des revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on évacue (15) le gaz de fuite s'échappant dans l'espace commun (8) vers toute zone sécurisée. 4. Procédé de détection de fuite suivant les 15 revendications 2 et 3 caractérisé en ce qu'on évacue (15) le gaz de fuite s'échappant dans l'espace commun (8) quand on mesure que la pression dans cet espace dépasse un seuil donné. 20 5. Tête (2) de réservoir de stockage de gaz sous pression apte à être fixée directement et d'une manière amovible sur un tel réservoir (1) et qui comprend d'une manière intégrée : - au moins deux organes (131,132) de traitement, de 25 distribution et/ou d'arrêt de ce gaz, - un connecteur amont (20) apte à se fixer d'une manière amovible dans un bossage (4) du dit réservoir (1) et à l'intérieur duquel est situé et débouche au moins un conduit d'alimentation (9) de la tête (2) de réservoir, 30 et - des conduits de sortie (211,212) avals aptes à relier la tête (2) de réservoir à tout système utilisant 12 le dit gaz à travers les dits organes (131,132), caractérisé en ce que : - chaque organe (131,132) comporte au moins deux dispositifs (141,142) d'étanchéité, l'un dit amont (141) 5 et l'autre dit aval (142), qui délimitent entre eux un espace intermédiaire, - au moins un conduit (12) dit de piquage relie chacun des dits espaces intermédiaires et un espace commun (8) dans lequel débouche tous les conduits de 10 piquage (12), - un orifice (15) fait communiquer l'espace commun (8) avec un dispositif (16) de détection de la présence du gaz. 15 6. Tête (2) de réservoir de stockage de gaz selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif (16) de détection de la présence du gaz est un capteur de pression. 20 7. Tête (2) de réservoir de stockage de gaz selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la tête (2) de réservoir comporte un orifice d'évacuation (15) entre l'espace commun (8), dans lequel débouche tous les conduits de piquage (12), et tout 25 conduit reliant la dite tête (2) et toute zone sécurisée extérieure. 8. Tête (2) de réservoir de stockage de gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'orifice 30 d'évacuation (15) entre l'espace commun (8) et tout conduit reliant la dite tête (2) et le même que celui 13 faisant communiquer l'espace commun (9) avec le dispositif (16) de détection de la présence du gaz. 9. Tête (2) de réservoir de stockage de gaz selon 5 l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'espace commun (8), dans lequel débouche tous les conduits de piquage (12), est une gorge circulaire réalisée sur le dessus de la tête (2) de réservoir et fermée sur sa face supérieure par un capot (7) étanche. 10 10. Tête (2) de réservoir de stockage de gaz selon la revendication 9, caractérisé en ce que le capot (7) est une pièce métallique fixée d'une manière étanche sur le dessus de la tête (2) de réservoir et comportant au 15 moins l'orifice (15) faisant communiquer l'espace commun (8) avec le dispositif (16) de détection de la présence du gaz qui est lui-même fixé à la sortie du dit orifice (15).