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WO 2005/001590
PCT/FR2004/001526
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Bloc robinet-détendeur à commandes de circuits haute et basse pression
coordonnées.
La présente invention concerne un bloc robinet-détendeur permettant de
contrôler ou d'ajuster la pression ou le débit d'un fluide particulièrement
adapté à la
délivrance de gaz de composition précise.
Les détendeurs sont couramment utilisés pour amener un gaz de sa pression
de transport ou stockage à sa pression d'utilisation. La maîtrise de l'impact
des
détendeurs sur la composition chimique des gaz qu'ils délivrent est
importante, car il
est connu que les détendeurs peuvent avoir un impact sur la composition des
gaz qui
les traversent. Cet impact est néfaste lorsque l'on met en oeuvre des gaz ou
des
mélanges de gaz dont la composition doit être connue avec précision, ou dont
la'
pureté doit être rigoureusement préservée, comme pour les gaz de laboratoires
et
d'analyse et les gaz utilisés en électronique. Cela peut également avoir un
impact
pour des gaz pouvant présenter un danger lorsqu'ils sont mélangés avec
d'autres gaz
ou avec l'air ambiant : il est nécessaire de contrôler leur délivrance de
manière à
éviter tout mélange dangereux. C'est le cas, par exemple, des gaz combustibles
comme l'hydrogène ou l'acétylène qui peuvent former des mélanges explosifs
avec
l'air ambiant. La pollution du gaz délivré intervient généralement lors de
l'interruption
de la délivrance du gaz par le détendeur : le circuit amont haute pression du
détendeur est fermé, le circuit aval basse pression cesse d'être alimenté et
l'air
ambiant ou d'autres substances peuvent remonter dans le circuit basse pression
et
dans les accessoires de mesure et de sécurité.
Les détendeurs sont des appareils complexes, comprenant un circuit haute
pression et un circuit basse pression constitués de chambres et de conduits,
d'organes de régulation (clapets, membranes, soufflets ou pistons), de
manomètres,
de moyens de sécurité (soupapes, disques de rupture, ..),... Les techniques
connues
pour maîtriser la pureté du gaz délivré sont par exemple :
- le choix des techniques d'étanchéité, des matériaux utilisés pour le corps
du
détendeur, des joints, des dispositifs de régulation (membranes élastomères ou
soufflets métalliques),
- le contrôle des qualités des surfaces, des procédures de rinçage et de
passivation, des conditions de montage,
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- la réduction des volumes morts,
- le type de nettoyage.
Pour éviter les risques de pollution, on peut également mettre en uvre des
procédures de délivrance des gaz particulières (purges, rinçages par
compression et
détentes, mode opératoire), mais celles-ci sont souvent longues et
fastidieuses et des
erreurs de manipulation sont possibles.
On peut enfin installer un dispositif anti-retour de gaz à la sortie du
détendeur
pour éviter une pollution du circuit basse pression par des entrées
indésirables mais
cette solution introduit une perte de charge dans le circuit de délivrance et
les
solutions d'étanchéité utilisées dans de tels dispositifs ne sont pas une
garantie
contre les microentrées de gaz (107 mbar.1/s).
Un but de la présente invention est de proposer un détendeur permettant la
délivrance d'un gaz sans altération de la composition de ce gaz.
Un autre but de la présente invention est de proposer un détendeur permettant
la délivrance d'un gaz sans altération de la composition de ce gaz même au
moment
de la fermeture ou de l'ouverture du détendeur.
Un autre but de la présente invention est de proposer un détendeur permettant
la délivrance d'un gaz sans altération de la composition de ce gaz et dont
l'utilisation
n'autorise pas d'erreur de manipulation.
Dans ces buts, l'invention consiste à doter le détendeur de moyens d'isolation
coordonnés du circuit haute pression et du circuit basse pression pour qu'à
l'ouverture
de la délivrance du gaz, comme à la fermeture, les deux circuits soient
systématiquement commandés selon la séquence qui garantit la meilleure
immunité à
l'installation.
L'invention concerne donc tout d'abord un robinet-détendeur permettant de
contrôler ou d'ajuster la pression ou le débit d'un fluide comprenant :
- un corps principal au sein- duquel est aménagé au moins un passage interne
de fluide entre au moins un orifice d'entrée de fluide et au moins un orifice
de sortie
de fluide,
- au moins un moyen de contrôle de la pression du fluide agencé sur au moins
une partie dudit passage interne de fluide, le passage interne de fluide entre
ledit
moyen de contrôle de la pression et l'orifice d'entrée de fluide formant un
circuit amont
et le passage interne de fluide entre ledit moyen de contrôle de la pression
et l'orifice
de sortie de fluide formant un circuit aval,
- au moins un premier moyen de contrôle du débit du fluide agencé sur au
moins une partie du circuit aval,
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- au moins un deuxième moyen de contrôle du débit du fluide agencé sur au
moins une partie du circuit amont,
- au moins un moyen de commande de la circulation d'un fluide dans le passage,
et dans lequel le moyen de commande coopère avec les premier et deuxième
moyens de contrôle du débit de fluide de manière à ce que, lorsque l'opérateur
commande la délivrance d'un fluide dans le passage, l'ouverture du circuit
amont par le
deuxième moyen de contrôle a lieu avant l'ouverture du circuit aval par le
premier moyen
de contrôle et, lorsque l'opérateur commande l'arrêt de la délivrance d'un
fluide dans le
passage, la fermeture du circuit aval par le premier moyen de contrôle a lieu
avant la
fermeture du circuit amont par le deuxième moyen de contrôle.
Les moyens de contrôle du débit permettent l'ouverture et la fermeture du
passage interne, soit sur la circuit amont, soit sur le circuit aval. Le
deuxième moyen de
contrôle du débit du fluide agencé sur au moins une partie du circuit amont
est de
préférence un clapet à déplacement axial. Ce type de moyen de contrôle du
débit permet
selon son déplacement de boucher ou de libérer la section du passage interne
du fluide
dans le circuit amont.
De préférence, le premier moyen de contrôle du débit du fluide agencé sur au
moins une partie du circuit aval est un cylindre dans lequel est percé
radialement de part
en part un conduit, ledit cylindre étant placé dans un alésage du corps du
bloc robinet-
détendeur. Le cylindre permet selon son orientation axiale :
- soit de mettre en communication le circuit aval et l'orifice de sortie de
fluide
lorsqu'une extrémité du conduit coopère avec le circuit aval et l'autre
extrémité du conduit
coopère avec l'orifice de sortie du bloc robinet-détendeur,
- soit de fermer la communication du circuit aval vers l'orifice de sortie du
bloc robinet-
détendeur.
Selon le mode préféré de l'invention, une des bases du cylindre est le clapet
à
déplacement axial du deuxième moyen de contrôle du fluide agencé sur au moins
une
partie du circuit amont. Dans ce mode préféré, le premier et le deuxième
moyens de
contrôle de débit de fluide sont réunis au sein du cylindre :
- le premier moyen correspondant à la partie du cylindre percé radialement de
part en
part d'un conduit,
- le deuxième moyen correspondant à la base du cylindre.
Le moyen de commande de la circulation d'un fluide dans le passage interne du
corps principal peut être une vis coopérant avec le cylindre et le clapet, de
manière à ce
que sa rotation permette simultanément la translation axiale du clapet et la
rotation axiale
du cylindre.
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La surface du cylindre peut être recouverte d'une matière assurant
l'étanchéité
entre le boisseau/cylindre et le corps principal du bloc robinet-détendeur.
La base du cylindre peut être évidée sur sa couronne périphérique et un joint
d'étanchéité peut être placé dans cette couronne.
Le moyen de contrôle de la pression peut comprendre au moins un clapet et/ou
au moins un ressort ou le moyen de contrôle de la pression peut comprendre une
vis de
détente ou une came agissant sur au moins un clapet.
Le bloc peut comprendre un levier mobile et actionnable par l'opérateur entre
au
moins une ouverture du débit de fluide et au moins une position de fermeture
du débit de
fluide, ledit levier agissant sur le moyen de commande.
L'invention concerne également un récipient de fluide sous pression, en
particulier
une bouteille de gaz, équipée d'un bloc robinet-détendeur tel que défini
précédemment.
L'invention concerne également un procédé de délivrance d'un fluide dans un
bloc
robinet-détendeur, ledit bloc robinet-détendeur comprenant un circuit amont et
un circuit
aval dans lequel la pression est inférieure à la pression dans le circuit
amont, pour lequel,
lorsque l'opérateur commande la délivrance du fluide, l'ouverture du circuit
amont a lieu
avant l'ouverture du circuit aval.
L'invention concerne enfin un procédé d'arrêt de la délivrance d'un fluide
dans un
bloc robinet-détendeur, ledit bloc robinet-détendeur comprenant un circuit
amont et un
circuit aval dans lequel la pression est inférieure à la pression dans le
circuit amont, pour
lequel, lorsque l'opérateur commande l'arrêt de la délivrance du fluide, la
fermeture du
circuit aval a lieu avant la fermeture du circuit amont.
Pratiquement, la solution de l'invention est de proposer un robinet détendeur
dont
le fonctionnement est expliqué ci-après en relation avec les figures annexées,
pour
lesquelles:
- la figure 1 est une vue en coupe du bloc robinet détendeur selon
l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe partielle du bloc robinet détendeur selon
l'invention.
Le robinet-détendeur comprend un corps principal 1 au sein duquel est aménagé
au moins un passage interne 2. Ce passage 2 présent un orifice d'entrée 3, qui
coopère
généralement avec le côté du récipient sur lequel le bloc robinet-détendeur
est fixé, et un
orifice de sortie 4, qui coopère généralement avec un moyen de distribution de
gaz. Le
robinet-détendeur comprend un moyen de contrôle de la
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pression 5 du fluide circulant dans le passage interne 2. Dans le circuit
amont 2a situé
entre ce moyen de contrôle de la pression 5 et l'orifice d'entrée 3, le fluide
présente
une pression élevée. Dans le circuit aval 2b situé entre ce moyen de contrôle
de la
pression 5 et l'orifice de sortie 4, le fluide présente une pression plus
faible qu'en
5 amont, le moyen de contrôle de la pression 5 permettant un abaissement de
la
pression du fluide provenant de l'orifice 3. Le moyen de contrôle de la
pression est ici
un clapet de détente 5 mis en mouvement par une vis 6. En arrière du clapet de
détente se trouve la chambre haute pression 17 du détendeur, qui débouche sur
la
chambre basse pression 18 du détendeur. Le clapet 5 repose sur une garniture
19 de
manière à ce que l'ensemble du clapet 5 et de la garniture 19 assure
l'étanchéité
entre la chambre haute pression 17 et la chambre basse pression 18 du
détendeur.
L'extrémité avale du clapet 5 repose sur une membrane 20, elle-même poussée
par
un plateau 21 sous l'effet d'un ressort 22 comprimé par la vis 6. Lorsque la
pression
du gaz dans la chambre basse pression 18 est en-dessous de la valeur de
consigne,
l'ensemble du ressort 22 et du plateau 21 repousse le clapet 5 : ce dernier
s'écarte
alors de la garniture 19 et laisse passer le gaz de la chambre haute pression
17 vers
la chambre basse pression 18 ; ainsi la pression remonte dans la chambre 18.
Dès
que la pression dans la chambre basse pression 18 atteint la valeur de
consigne, la
membrane 20 repousse le poussoir 21 et la clapet 5 revient au contact de la
garniture
19 de manière à fermer le passage du gaz. La vis 6 est ajustée de manière à
fixer la
valeur de consigne et donc la pression souhaitée pour le gaz délivré, le
contrôle
pouvant être réalisé à la lecture de la pression sur le manomètre 15 du
circuit aval 2b.
Un filtre 7 peut être placé au contact du clapet de détente 5. Le cylindre 8
cumule les
fonctions de contrôle du débit du fluide circulant dans le circuit amont 2a et
dans le
circuit aval 2b. Il est en effet percé radialement de part en part d'un
conduit 9 de
manière à ce que lorsque l'une des extrémités de ce conduit 9 est en
communication
avec le circuit amont 2b alors l'autre extrémité de ce conduit est en
communication
avec l'orifice de sortie 4. De plus, ce cylindre 8 peut subir une translation
le long de
son axe de manière à ce que son extrémité 10 située du côté du circuit amont
2a
puisse fermer ou non ce circuit amont. Le moyen de commande du boisseau est
une
vis 11 qui permet :
- par sa rotation de positionner le conduit 9 de manière à assurer ou non la
communication de l'orifice 4 et du circuit 2b,
- par sa translation de fermer ou ouvrir le circuit amont 2a.
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Le pas de vis doit être fixé de manière à ce que, lorsque l'opérateur commence
à
commander la délivrance du fluide dans le passage 2, il dévisse la vis 11 de
manière à ce
que:
- dans un premier temps, la translation de la vis déplace axialement le
cylindre 8
suffisamment pour permettre à la base 10 du cylindre 8 de se déplacer et de
permettre le
passage du fluide dans le circuit 2a vers le clapet de détente 5, sans que
simultanément la rotation de la vis fasse tourner le cylindre d'un angle
suffisant pour
permettre la communication de l'orifice 4 avec le circuit 2b,
- dans un deuxième temps, la translation de la vis continue à déplacer
axialement
le cylindre 8 pour continuer de permettre le passage du fluide dans le circuit
2a vers le
clapet de détente 5, et simultanément la rotation de la vis permet de faire
tourner le
cylindre d'un angle suffisant pour permettre la communication de l'orifice 4
avec le circuit
2b.
Par conséquent, dans un premier temps, le gaz à délivrer circule dans le
circuit
amont 2a et dans le circuit aval 2b jusqu'au niveau du cylindre 8, puis dans
un deuxième
temps, le gaz peut circuler dans le conduit 9 du cylindre 8 et être délivré à
l'extérieur du
robinet-détendeur.
De même, lorsque l'opérateur commence à commander la fermeture de la
délivrance du fluide dans le passage 2, il visse la vis 11 de manière à ce
que:
- dans un premier temps, la rotation de la vis fasse tourner le cylindre d'un
angle
suffisant pour ne plus permettre la communication de l'orifice 4 avec le
circuit 2b, sans
que simultanément, la translation de la vis déplace suffisamment axialement la
base 10
du cylindre 8 pour bloquer le passage du fluide dans le circuit 2a vers le
clapet de détente
5,
- dans un deuxième temps, la rotation de la vis continue de faire tourner le
cylindre sans permettre la communication de l'orifice 4 avec le circuit 2b, et
simultanément la translation de la vis 11 continue à déplacer axialement la
base 10 du
cylindre 8 jusqu'à permettre l'obturation du passage du fluide dans le circuit
2a vers le
clapet de détente 5.
Une garniture 12 est placée dans le circuit aval 2a de manière à coopérer avec
la
base 10 du cylindre 8 lorsque cette base 10 ferme le circuit amont 2a. Un
joint
d'étanchéité 13 est placé dans la couronne périphérique évidée dans la base 10
du
cylindre 8.
La vis 11 coopère avec le cylindre 8 à l'aide d'un joint torique 14 qui permet
d'intégrer la vis au robinet-détendeur ; toutefois, il est possible également
de visser
directement la vis dans le bloc 1 du robinet détendeur. Une bague d'étanchéité
15 est
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placée autour du cylindre 8 entre le corps 1 du bloc et le joint torique 14.
Deux
manomètres 15 permettent de contrôler la pression au sein des circuits amont
et aval
2a, 2b. Une soupape de sécurité (ou de décharge) 16 est prévue au cas où la
pression au sein du passage interne 2 atteindrait un seuil trop élevé. Elle
peut être
constituée par exemple d'une bille plaquée contre un siège par un ressort. La
bille
porte sur le siège selon un cercle de contact. La bille est soumise aux
actions du
ressort qui tend à la plaquer contre le siège et du gaz qui tend à la
décoller. Lorsque
la pression s'exerçant sur la section du cercle de contact produit un effort
supérieur à
la force du ressort, le gaz s'échappe. En variante, on peut utiliser une
membrane
métallique qui se déchire sous l'effet de la pression.
Le dispositif présente l'avantage de proposer une double fermeture : on ferme
à
la fois le circuit amont et le circuit aval. Par mise en oeuvre d'un
dispositif tel que
précédemment décrit, la vanne amont du dispositif est ouverte avant la vanne
avale
ce qui permet de mettre sous pression les circuits haute et basse pression du
détendeur avant que ce dernier ne débite le gaz vers le circuit d'utilisation.
A la
fermeture, le circuit aval est isolé en premier pour interdire toute entrée de
pollution,
puis le circuit amont est fermé pour interrompre l'alimentation et prévenir le
risque de
montée en pression du circuit basse pression en cas de fuite du clapet de
détente.
Cette mise en oeuvre permet un équilibrage des circuits du bloc robinet-
détendeur et
évite toute pollution desdits circuits.
Grâce à la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, l'air ambiant ou le
gaz
présent dans le circuit de distribution en aval du détendeur ne remonte pas
dans les
circuits du bloc robinet-détendeur.
L'invention présente l'avantage de permettre la fermeture des circuits haute
et
basse pression du bloc robinet-détendeur en une seule manipulation.
Grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire de purger les circuits du
détendeur à
l'aide du gaz présent dans la bouteille entre deux utilisations ; ce gaz n'est
pas
gaspillé.
L'invention permet d'éviter les microentrées de gaz ambiant dans le robinet-
détendeur.
L'invention concerne enfin un procédé de prédiction de l'évolution de la
composition d'un gaz ou d'un mélange gazeux contenu dans un récipient, dans
lequel
on répète les étapes suivantes :
1 - on établit les caractéristiques techniques du récipient,
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2 - on remplit le récipient dudit gaz ou mélange gazeux et on établit une
prédiction de l'évolution de la composition du gaz ou mélange gazeux à partir
des
caractéristiques techniques du récipient,
3 - on utilise une partie du gaz ou mélange gazeux contenu dans le récipient,
4 - on analyse le gaz ou mélange gazeux contenu dans le récipient qui n'a pas
été utilisé,
5 - on compare l'analyse du gaz ou mélange gazeux contenu dans le récipient
qui n'a pas été utilisé à la prédiction de l'évolution de la composition
établie en étape
2,
6 ¨ la comparaison de l'étape 4 est utilisée pour établir une nouvelle
prédiction
de l'évolution de la composition du gaz ou mélange gazeux pour l'étape 2.
Au cours de l'étape 1, les caractéristiques techniques du récipient
comprennent
la nature du récipient, la nature et le procédé de traitement de sa surface
interne.
La prédiction de l'évolution de la composition du gaz ou mélange gazeux
utilisé
au cours de l'étape 2 est établie initialement par introduction du gaz ou
mélange
gazeux dans le récipient, puis analyse de la composition délivrée par le
récipient et
mesure de l'écart par rapport à la composition initiale en fonction du temps.
Toutes
les données relatives à un récipient sont stockées dans une base de données
sur la
base de laquelle la prédiction de l'évolution de la composition du gaz ou
mélange
gazeux peut être affinée à chaque nouvelle utilisation du récipient. Au cours
de l'étape
4, en cas d'écart important entre l'analyse du gaz ou mélange gazeux contenu
dans le
récipient qui n'a pas été utilisé et de la prédiction de l'évolution de la
composition
établie en étape 2, l'utilisation du récipient peut être arrêtée et
l'utilisateur qui l'a utilisé
pour la dernière fois peut être informé de la dérive de la composition du gaz
ou'
mélange gazeux par rapport à la prédiction de l'étape 2.
De manière avantageuse, au cours de l'étape 3, l'opérateur utilise le gaz ou
mélange gazeux contenu dans le récipient en prenant en compte la prédiction de
l'évolution de la composition établie au cours de l'étape 2. Cette procédure
de
prédiction de l'évolution de la composition d'un mélange gazeux contenu dans
un
récipient est particulièrement intéressante pour les mélanges gazeux utilisés
pour le
calibrage d'analyseur ou pour les mélanges gazeux dont l'utilisation nécessite
de
connaître leur composition exacte, ce qui est le cas par exemple des
applications
d'inertage des emballages de produits sensibles, de la fabrication des
composants
électroniques, du remplissage des tubes fluorescents, de l'alimentation des
cavités de
lasers à gaz, de la vérification du fonctionnement de capteurs ou détecteurs
(niveau
d'alarme d'explosimètres par exemple).
