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CA 02551435 2006-06-22
WO 2005/077812 PCT/FR2004/050677
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Système de connexion d'extrémités de conduites de fluide
La présente invention concerne les systèmes de connexion d'extrémités
de conduites de fluide, en particulier cryogéniques, notamment de combustibles
liquides, typiquement d'hydrogène liquide ou de gaz naturel liquéfié, pour
véhicules automobiles.
Les systèmes de connexion d'extrémités de conduites de fluide,
notamment de fluide cryogénique pour véhicule automobile, sont jusqu'à présent
de configurations complexe et délicate pour assurer les étanchéités requises,
mettant notamment en oeuvre des vannes à boisseaux rotatifs couplés.
La présente invention a pour objet de proposer un système de connexion,
convenant en particulier pour le remplissage de réservoirs d'hydrogène liquide
ou de gaz naturel liquéfié, de structure simple et efficace, assurant
efficacement
les étanchéités froides et chaudes en mettant en oeuvre une seule opération de
translation axiale facilitant la mise en oeuvre manuelle et/ou une
automatisation
aisée.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le système de
2o connexion d'extrémités de conduites de fluide, en particulier de
combustible
liquide pour véhicule automobile, comprend une partie femelle destinée à
recevoir une portion de partie mâle, les parties mâle et femelle comprenant
chacune un clapet de fermeture de conduite de fluide, normalement fermé et
déplaçable en position d'ouverture en configuration connectée du système, les
parties mâle et femelle comportant en outre chacune un clapet d'isolation
normalement fermé et déplaçable en position d'ouverture lors de l'introduction
de
la partie mâle dans la partie femelle.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- la partie femelle comporte un guide tubulaire avec lequel coopère en
coulissement étanche la partie mâle, typiquement via un joint coulissant à
l'extrémité de la partie mâle ;
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- la partie mâle comporte un mandrin central comportant le clapet de
fem~eture de la conduite d'alimentation de fluide et pénétrant à coulissement
dans le guide tubulaire de la partie femelle ;
- la partie mâle comporte, en arrière du joint coulissant au moins, un
premier volet pivotant, formant clapet d'isolation, coopérant avec l'extrémité
du
guide tubulaire lors de l'introduction de la partie mâle dans la partie
femelle ;
- le guide tubulaire de la partie femelle comporte un deuxième volet
pivotant, formant clapet d'isolation, coopérant avec l'extrémité du mandrin
central de la partie mâle lors de l'introduction de cette dernière dans la
partie
1o femelle ;
- la partie mâle est avantageusement configurée en forme de pistolet
actionnable manuellement et la partie femelle est avantageusement aménagée
dans la carrosserie d'un véhicule automobile dont au moins une partie de la
puissance mécanique etlou électrique est fournie par de l'hydrogène liquide ou
l5 du gaz naturel liquéfié.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à
titre
illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins
annexés, sur
lesquels
20 - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un système de
connexion selon l'invention avant interconnexion des parties mâle et femelle ;
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais en coupe
longitudinale ;
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 montrant les parties mâle
25 et femelle en début d'interpénétration ; et
- la figure 4 est une vue analogue aux figures 2 et 3 montrant le système
de connexion de l'invention en configuration connectée.
Sur les figures 1 et 2, on reconnatt les éléments principaux du système de
connexion selon l'invention, à savoir une partie mâle M configurée en forme de
30 pistolet avec une crosse d'actionnement manuelle 50 et une gâchette 51
d'actionnement de valve de remplissage, et une partie femelle F, logée
avantageusement dans un élément 52 d'une carrosserie de véhicule et
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comprenant un capotage cylindrique 1 délimitant un volume intérieur 2 destiné
à
recevoir la partie mâle M.
Comme on le voit mieux sur la figure 2, la partie femelle comprend, monté
en porte-à-faux sur une platine de fond 3 fermant le capotage 2 vers
l'arrière, un
guide tubulaire 4 comportant une pièce d'extrémité annulaire 5 et abritant un
élément tubulaire coaxial 6 définissant intérieurement un conduit de fluide 7
relié,
via une tubulure de sortie 8, à un réservoir de combustible liquide de
véhicule
(non représenté). Le conduit 7 est normalement fermé à son extrémité avant par
un clapet 9 sollicité axialement par un ressort contre un siëge formé par une
pièce annulaire 60 à l'extrémité avant de l'élément tubulaire 6.
Pour sa part, la partie mâle M comprend une pièce tubulaire externe 10
prolongée par une partie tubulaire d'extrémité 11 et renfermant un mandrin
tubulaire 12 définissant une portion aval 13 d'un circuit de remplissage se
raccordant, via une canalisation amont 14, à un circuit de fourniture de
combustible liquide sous pression (non représenté) de la station de
remplissage
dont fait partie le pistolet 50,M. La portion de conduit 13 est normalement
fermée
en aval par un clapet 15 plaqué axialement élastiquement contre un siège formé
par une pièce annulaire 16 à l'extrémité du mandrin 12.
Selon un aspect de l'invention, la pièce annulaire d'extrémité 5 de
l'élément tubulaire 4 de la partie femelle F comporte au moins un, typiquement
deux clapets pivotants en forme de demi-disque 17, ouvrant vers l'intérieur,
en
arrière d'une surFace annulaire axiale de coulissement 18 destinée à recevoir
le
mandrin 12 de la partie mâle M. La partie d'extrémité annulaire 11 de cette
dernière comporte également au moins un volet 19, pivotant vers l'intérieur,
avantageusement deux volets ou demi-disques, en avant d'un joint torique
coulissant 20 en métal ou élastomère de type PTFE destiné à coopérer en
coulissement axial avec la périphérie du guide tubulaire 4 de la partie
femelle F.
L'un des clapets d'isolation 9,15, en l'occurrence le clapet de la partie
mâle 4 de la partie mâle M dans le mode de réalisation représenté, comporte
une tige 21 s'étendant vers l'avant au-delà de la pièce d'extrémité annulaire
16.
La procédure de connexion du système selon l'invention va maintenant
étre décrite en relation avec les figures 3 et 4.
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Comme on le voit sur la figure 3, l'extrémité annulaire 11 de la partie mâle
M est tout d'abord introduite dans la partie femelle F en prenant appui
coulissant
sur le guide tubulaire 4 avec lequel le joint annulaire coulissant 20 forme
immédiatement étanchéité ~c chaude », c'est-à-dire isolant les volumes
intérieurs
de la partie M et du guide tubulaire de l'atmosphère environnante.
Dans la configuration initiale de la figure 3, les volets 17 et 19 demeurent
fermés. En faisant pénétrer plus avant la partie mâle M dans la partie femelle
F,
la pièce d'extrémité annulaire 5 vient porter axialement contre le volet 19 de
la
partie mâle couvrant celui-ci et permettant la pénétration dans le guide
tubulaire 4 du mandrin 12, lequel vient à son tour porter contre le volet 17
de la
partie femelle F pour l'ouvrir.
La pénétration linéaire continue de la partie mâle M dans la partie femelle
F, avec le joint 20 coulissant sur la périphérie du guide tubulaire 4 et le
mandrin
12 coulissant dans la portée 18, amène les faces axiales d'extrémités des
pièces
d'extrémité 16 et 60 en contact l'une avec l'autre, limitant ainsi la
pénétration de
la partie mâle M dans la partie femelle F mais avec l'extrémité libre de la
tige 21
venant porter contre le clapet 9 et provoquer l'ouverture du clapet de
remplissage 15, l'admission du combustible liquide sous pression par
actionnement de la gâchette 51 dans la portion de conduite 10 jusqu'à la face
avant du clapet intérieur 9 provoquant ensuite l'ouverture de ce dernier
permettant le passage du combustible liquide de la conduite de remplissage 13
dans la conduite 8 jusqu'au réservoir récepteur du véhicule.
On voit donc qu'avec le système selon l'invention, par un mouvement de
translation unique, l'étanchéité « chaude » est assurée dès le début de
connexion par le joint torique 20, ensuite les clapets d'isolation 19 et 17,
protégeant normalement, en position de repas, les volumes intérieurs de la
partie mâle M et de la partie femelle F, respectivement, sont ouverts, mettant
ainsi en communication les zones « froides » intérieures des parties mâle et
femelle avant que les clapets 15 et 9 ne viennent autoriser la circulation du
fluide
cryogénique sous pression, les séquences d'ouverture des volets et clapets
étant assurés automatiquement par la simple pénétration progressive de la
partie mâle dans la partie femelle.
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La procédure de déconnexion s'efFectue exactement à l'inverse de celle
décrite ci-dessus pour la procédure de connexion.
L'agencement selon l'invention permet une manipulation aisée et sûre,
aisément robotisable, les étanchéités chaudes puis froides se faisant en une
5 seule opération de translation. Les parties froides demeurent isolées de
l'humidité ambiante grâce aux volets 17 et 19, en évitant ainsi la formation
de
givre sur les parties froides, et peuvent étre purgées par un gaz neutre,
typiquement de l'hélium, admis via un circuit 70 (Figure 2), avec des cycles
de
compressionldétente efFectués avant le passage du fluide cryogénique, par
exemple sous contrôle également de la gâchette 51.
Le système selon l'invention évite toute fuite de liquide cryogénique vers
l'extérieur, permet une mise en froid rapide gràce à des éléments constitutifs
peu
massifs, limitant la perte thermique en ligne, autorise la déconnexion
immédiate,
même lorsque les pièces sont froides et permet une réutilisation également
immédiate, si nécessaire, après déconnexion.
La partie femelle F, qui est la partie embarquée, a une configuration la
plus simple possible, et donc peu onéreuse. En particulier, le joint chaud 20
est
situé sur la pièce mâle M, côté station de remplissage donc, ce qui permet une
maintenance plus sûre de cette pièce. Les différents éléments structurels des
parties mâle et femelle, ainsi que les volets 17 et 19, sont avantageusement
réalisés en acier inoxydable.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, l'extrémité du guide tubulaire 4
de la partie femelle F est avantageusement fermée, en condition de non-
connexion, par un bouchon 30 clipsable ou vissable, en matériau plastique,
pour
éviter la pénétration de poussières dans la portée de coulissement 18 de la
partie femelle F.
Quoique l'invention ait été décrite avec un mode de réalisation particulier,
elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de modifications et de
variantes qui apparaitront à l'homme du métier dans le cadre des
revendications
ci-après.
