Brevet FR3128268A1 — publié le 20230421

La présente invention a pour objet un dispositif de régulation de pression constituant une soupape dite absolue, comprenant un corps creux (1) de forme générale cylindrique d’axe XX’, un élément mobile (4) apte à se déplacer suivant l’axe XX’ dans le dit corps creux (1) et à former dans celui-ci une chambre étanche (3) complètement fermée ne comportant en opération aucune communication avec l’extérieur de son volume propre qui, en position de fermeture de l’élément mobile (4), est constant et indépendant de la température, une entrée (7) de gaz débouchant à l’intérieur du corps creux (1) par un orifice (13) disposé face à la face dite externe (15) de l’élément mobile (4), une sortie (8) de gaz communiquant avec l’intérieur du corps creux (1) par un orifice de décharge (12) qui débouche à l’extérieur de la paroi périphérique (19) de l’élément mobile (4), et un moyen (2) disposé dans celle-ci et appuyant sur la face dite interne (14) de l’élément mobile (4) suivant une force prédéterminée, lequel élément mobile (4) empêchant, en position de fermeture contre un appui avec lequel il assure l’étanchéité, toute communication entre l’entrée (7) et la sortie (8) tant qu’une force agissant sur la face externe (15) de l’élément mobile (4) ne soit suffisante pour s’opposer et vaincre la force du moyen (2) appuyant sur la face interne (14) de l’élément mobile (4) (2) et dégager celui-ci (4) de son appui, ouvrant alors la communication (24) entre l’entrée (7) et la sortie (8). Figure pour l'abrégé : 1 DISPOSITIF DE REGULATION DE PRESSION DIT SOUPAPE ABSOLUE Domaine technique de l’invention La présente invention a pour objet un dispositif servant à protéger un système en cas de surpression. Le secteur technique de l’invention est celui de la fabrication de soupape de sécurité, comprenant un clapet fermant le passage du gaz au niveau du siège de ce clapet, lequel clapet est appuyé sur son siège grâce à un ressort qui exerce sur lui une force déterminée et qui ne permet l’ouverture du clapet qu’à une pression de déclenchement voulue en fonction de la surface de la section du siège. La compression de ce ressort est réalisée par une pièce de réglage : plus la force du ressort est grande plus la pression nécessaire pour l’ouverture du clapet de la soupape (en cas de surpression anormale du gaz dans le système ou volume que l’on veut protéger grâce à cette soupape) est grande ; et une fois ouvert le clapet laisse s’échapper le gaz en surpression dans un circuit d’évacuation de celui-ci vers l’extérieur (tel que souvent vers l’atmosphère).du système ou volume à protéger contre les surpressions anormales. Arrière-plan technique On connaît pour cela différents types de soupapes telles que celles décrites dans la demande de brevet FR 2591706 qui enseigne des « soupapes de sécurité à pilotage intégré pour une enceinte contenant un fluide sous pression » : le piston de ces soupapes détermine, avec la chambre cylindrique de celle-ci, une chambre de pression de fermeture du clapet principal, cette chambre de pression étant reliée à l'enceinte par un conduit ; le piston a une face dirigée vers ladite chambre de pression de fermeture du clapet principal, et la surface de cette face du piston est supérieure à la surface du clapet principal dirigée vers l'enceinte, le clapet principal étant situé du côté de la sortie par rapport au siège de soupape. On pourrait citer bien d’autres demandes de brevet décrivant divers types de soupapes de sécurité mais en général, celle-ci sont dépendantes d’une part de la température ambiante qui influe sur les pression de gaz dans un volume constant et d’autre part de la pression ambiante car soit leur sortie est connectée à un circuit d’évacuation du gaz qui communique à l’extérieur du volume à protéger contre les surpressions et où règne la pression ambiante telle que la pression atmosphérique, soit c’est la chambre où se situe le ressort d’appui sur le clapet qui communique avec l’extérieur, soit c’est les deux : et donc dans tous les cas la force d’appui qui s’exerce sur le clapet pour assurer une ouverture à une (sur)pression que l’on voudrait prédéterminée est impactée par les variations de la pression et/ou de la température ambiantes qui règnent à l’extérieur et/ou autour de la soupape, ce qui ne garantit plus une ouverture de la soupape à la dite (sur)pression prédéterminée et ce qui peut poser de graves problèmes dans le cadre d’installation à bord d’avions par exemple où la pression extérieure est bien sûr variable. Le problème posé est ainsi de réaliser une soupape de sécurité qui s’ouvre toujours à la même valeur prédéterminée de (sur)pression du gaz dans le système ou volume auquel elle est connectée et cela quel que soit les variations de pression et de température à l’extérieur de la soupape et/ou du dit système ou volume à protéger contre ladite surpression. Une solution au problème posé est un dispositif de régulation de pression comprenant d’une manière connue un corps creux de forme générale cylindrique d’axe XX’ disposant d’un fond, d’une entrée de gaz et d’une sortie de celui-ci, un élément mobile apte à se déplacer suivant l’axe XX’ dans le dit corps creux et à former dans celui-ci une chambre étanche, et un moyen, tel qu’un ressort (mais cela pourrait être un gaz mis à une pression donnée ou autre moyen), disposé dans celle-ci et appuyant sur la face dite interne de l’élément mobile suivant une force prédéterminée, lequel élément mobile empêchant, en position de fermeture contre un appui avec lequel il assure l’étanchéité, toute communication entre l’entrée et la sortie tant qu’une force agissant sur la face externe de l’élément mobile ne soit suffisante pour s’opposer et vaincre la force du moyen appuyant sur la face interne de l’élément mobile et dégager celui-ci de son appui, ouvrant alors la communication entre l’entrée et la sortie , et tel que suivant l’invention: - la chambre étanche est complètement fermée et ne comporte en opération aucune communication avec l’extérieur de son volume propre, quand la pression extérieure n’est pas nulle, - l’entrée débouche à l’intérieur du corps creux par un orifice d’entrée disposé face à la face dite externe de l’élément mobile, la pression du gaz entrant par cet orifice d’entrée et appuyant sur cette face externe s’oppose ainsi directement à la force du moyen appuyant sur la face interne de l’élément mobile - la pression dans la chambre étanche, et donc également le volume de celle-ci, en position de fermeture de l’élément mobile, est constante et indépendante de la température, - la sortie communique avec l’intérieur du corps creux par un orifice de décharge qui débouche à l’extérieur de la paroi périphérique de l’élément mobile, Ainsi dans la présente invention, ledit dispositif de régulation de pression s’ouvre toujours dès que la pression à l’intérieur du système ou volume à protéger atteint une valeur prédéterminée et cela indépendamment de la pression et de la température extérieures, et on appellera ce dispositif suivant la présente invention « soupape absolue » car : - d’une part la soupape suivant l’invention a sa chambre, comprenant le moyen appuyant sur la face interne de l’élément mobile, tel qu’un ressort d’appui, complétement isolée de l’extérieur (tel que l’atmosphère), tant en température qu’en pression et volume et sauf dans le cas d’application spatiale où cette chambre pourrait en effet être mise directement au vide spatial, et son volume est constant et calibrée pour que sa faible variation de volume lors de l’ouverture de la soupape n’engendre pas une augmentation significative de la pression d’appui de référence, et - d’autre part la pression extérieure ou ambiante, telle qu’atmosphérique, qui s’exerce sur le clapet ou élément mobile par l’ouverture de sortie de la soupape, n’a pas d’incidence sur l’effort appliqué à la section d’étanchéité car celle-ci s’applique également à l’étanchéité de l’élément mobile (la pression de sortie a ainsi une action quasi identique sur le moyen appuyant sur la face interne de l’élément mobile que sur le siège de fermeture de l’entrée), qualifiant ladite sortie de soupape de « compensée ». Selon d’autres caractéristiques de l’invention et dans le cas où l’application demande une précision importante, comme la pression dans la chambre étanche référentielle peut alors être impactée par la température extérieure, cette chambre étanche, où est disposé le moyen appuyant sur la face interne de l’élément mobile ou clapet, est tirée au moins partiellement au vide, soit à une pression maximum de 0,5 et de préférence 0,1 ou 0,2 bar, et/ou au moins la partie extérieure du corps creux est réalisée en matériau très bon isolant et/ou le corps creux est entouré d’une chambre d’isolation thermique contenant un fluide isolant. Le résultat est que ladite soupape de sécurité suivant l’invention répond bien au problème posé tel qu’exprimé précédemment et permet d’être utilisé entre autres dans le cadre d’installations à bord d’aéronefs par exemple où la pression et la température extérieures sont bien sûr variables. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre et pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées représentant des vues en coupe suivant un plan passant par leur axe XX’ de plusieurs modes de réalisation du dispositif de régulation de pression suivant l’invention, dit « soupape absolue », mais d’autres modes de réalisation sont possibles dans le cadre de la portée de la présente invention. Tous ces modes de réalisation comprenant un corps creux de forme générale cylindrique d’axe XX, toutes les figures sont des vues en coupe dans un plan passant par cet axe XX’: – la est ainsi une vue en coupe d’un premier mode de réalisation d’un dispositif suivant l’invention en position fermée, – la est une vue en coupe d’un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de régulation de pression suivant l’invention comportant d’une part une isolation thermique supplémentaire et d’autre part une membrane d’étanchéité au lieu du joint du premier mode de réalisation, et en position fermée; – la est une vue en coupe d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif de régulation de pression suivant l’invention comportant un soufflet métallique délimitant la chambre étanche référentielle, et en position fermée; – la est une vue en coupe du même mode de réalisation que sur la mais en position ouverte ; – la est une vue en coupe du premier mode de réalisation d’un dispositif suivant l’invention suivant la , en position grande ouverte et comprimé, et permettant de réaliser par sa configuration propre un vide au moins partiel, ; – la est une vue en coupe du même dispositif suivant l’invention que suivant la mais en position fermée après que le vide au moins partiel ait été réalisé. Dispositif de régulation de pression comprenant un corps creux (1) de forme générale cylindrique d’axe XX’ disposant d’un fond (16), d’une entrée (7) de gaz et d’une sortie (8) de celui-ci, un élément mobile (4) apte à se déplacer suivant l’axe XX’ dans le dit corps creux (1) et à former dans celui-ci une chambre étanche (3) et un moyen (2) disposé dans celle-ci et appuyant sur la face dite interne (14) de l’élément mobile (4) suivant une force prédéterminée, lequel élément mobile (4) empêchant, en position de fermeture contre un appui avec lequel il assure l’étanchéité, toute communication entre l’entrée (7) et la sortie (8) tant qu’une force agissant sur la face externe (15) de l’élément mobile (4) ne soit suffisante pour s’opposer et vaincre la force du moyen (2) appuyant sur la face interne (14) de l’élément mobile (4) et dégager celui-ci (4) de son appui, ouvrant alors la communication (24) entre l’entrée (7) et la sortie (8), caractérisé en ce que : - la chambre (3) étanche est complètement fermée et ne comporte en opération aucune communication avec l’extérieur de son volume propre, - l’entrée (7) débouche à l’intérieur du corps creux (1) par un orifice d’entrée (13) disposé face à la face dite externe (15) de l’élément mobile (4), la pression du gaz entrant par cet orifice d’entrée (13) et appuyant sur cette face externe s’oppose ainsi directement à la force du moyen (2) appuyant sur la face interne (14) de l’élément mobile (4), - la pression, ainsi que le volume, de la chambre étanche (3) en position de fermeture de l’élément mobile (4) est constant et indépendant de la température, - la sortie (8) communique avec l’intérieur du corps creux (1) par un orifice de décharge (12) qui débouche à l’extérieur de la paroi périphérique (19) de l’élément mobile (4), - ledit dispositif de régulation de pression constitue une soupape dite absolue. Dispositif de régulation de pression suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre étanche (3) est constituée d’un alésage cylindrique (6) d’axe XX’ fermé à une de ses extrémités par le fond (16) du corps creux (1) et l’élément mobile (4) est un piston cylindrique (4 1 ) apte à coulisser d’une manière étanche dans cet alésage (6) de la chambre (3) dont il ferme l’autre extrémité et la sortie (8) communique avec l’intérieur du corps creux (1) par un orifice de décharge (12) radial qui débouche perpendiculairement à la paroi périphérique (19) du piston (4). Dispositif de régulation de pression suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l’étanchéité entre le piston (4 1 ) et l’alésage (6) de la chambre (3), dans lequel il coulisse, est assuré par au moins un joint torique (5 1 ) disposé dans une gorge périphérique du dit piston (4 1 ) . Dispositif de régulation de pression suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l’étanchéité entre le piston (4 1 ) et l’alésage (6) de la chambre (3), dans lequel il coulisse, est assuré par au moins une membrane (5 2 ) couvrant d’une manière continue au moins toute la périphérie du piston (4 1 ) sur laquelle elle est fixée et reliant la face interne (14) de celui-ci avec la paroi de l’alésage (6) sur laquelle elle est également fixée d’une manière étanche. . Dispositif de régulation de pression suivant l’une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que la face externe (15) du piston (4 1 ) comporte une couronne (18) périphérique de section en forme de pointe (9 1 ), formant une chambre d’entrée (17) du gaz et dont l’extrémité de la pointe (9 1 ) coopère, en position de fermeture, avec l’appui (10) qui est un joint d’étanchéité (10 1 ) entourant l’orifice d’entrée (7),et la surface périphérique externe (18 1 ) de la section de la couronne (18) en pointe (9) est dans la continuité de la surface de la paroi cylindrique périphérique du piston (4 1 ) . Dispositif de régulation de pression suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les parois de la chambre étanche (3) sont constituées par un manchon (20) plissé ondulé déformable, dans le sens d’un allongement ou d’un raccourcissement, et de deux supports en forme de disques pleins fermant chacun une extrémité du manchon (20) et dont l’un est l’élément mobile (4 2 ) et l’autre un élément (16 1 ) du fond (16) du corps creux (1), et comportant une succession d’ondes circulaires coaxiales (21) superposées et s’étendant parallèlement les unes aux autres dans une direction perpendiculaire à l’axe XX’. Dispositif de régulation de pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 4 et 6 caractérisé en ce que la face externe (15) de l’élément mobile (4) comporte un joint d’étanchéité (10 2 ) au moins en forme de couronne et qui coopère, en position de fermeture, avec une couronne (18 2 ) périphérique de section en forme de pointe (9 2 ) formant appui de fermeture de l’élément mobile (4). Dispositif de régulation de pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le moyen (2) disposé dans la chambre étanche (3) et appuyant sur la face dite interne (14) de l’élément mobile (4) suivant une force prédéterminée est un ressort 9 . Dispositif de régulation de pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la chambre (3) est tirée au moins partiellement au vide à 0,5 bar de pression maximum. . Dispositif de régulation de pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que au moins la partie extérieure du corps creux (1) est réalisée en matériau très bon isolant 11 . Dispositif de régulation de pression suivant l’une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le corps creux (1) est entouré d’une chambre d’isolation thermique (22) contenant un fluide isolant