Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02434561 2003-07-08
1
Dispositif d'obturation utilisable dans un dispositif de robinet pour
bouteille de ç~az sous pression
La présente invention concerne un dispositif d'obturation utilisable
notamment dans un dispositif de robinet pour bouteille de gaz sous pression.
s La présente invention concerne plus particulièrement un clapet d'obturation
pour un dispositif de robinet à détendeur intégré pour bouteille d'oxygène
comprimé destiné notamment dans le cas d'oxygénothérapie en milieu
médical.
II est connu dans l'art antérieur des dispositifs de robinet pour
to bouteille de gaz sous pression. Ces robinets comportent en général un
volant ou bouton de commande actionné en rotation par l'utilisateur pour
commander un clapet d'obturation de l'arrivée de gaz. Le clapet est en
général solidaire du volant de commande par l'intermédiaire d'un axe vanne.
Le clapet est donc très souvent actionné en rotation en méme temps que le
is volant jusqu°à venir obturer l'arrivée de gaz. Les clapets
comportent en
général sur leur extrémité d'obturation une garniture venant
s°appliquer sur le
siège d'arrivée du gaz. Lorsque l'utilisateur visse le volant de manière
excessive pour bien fermer la vanne, le siége du conduit d'arrivée a
tendance à s'enfoncer dans la garniture. Lorsque l'utilisateur souhaite
2o ensuite ouvrir la vanne, II peut s'avérer difficile de tourver le volant de
commande, du fait de I°enfoncement de ce dernier dans la garniture du
clapet et donc des multiples frottements existants entre ie clapet et le siège
du conduit.
L'invention a pour but de proposer un dispositif d'obturation utilisable
2s dans un dispositif de robinet de gaz qui pallie les incorwénients de l'art
antérieur.
Ce but est atteint par un dispositif d°obturation d'arrivée de gaz
utilisable dans un dispositif de robinet pour bouteille de gaz sous pression,
caractérisé en ce qu'il a une liberté de translation entre une position
extréme
3o d'obturation de l'arrivée de gaz et, pour l'ouverture de l'arrivée du gaz,
une
CA 02434561 2003-07-08
2
position extrême de butée ou une position intermédiaire déterminée par la
position d'un élément réglable en translation par action d'un volant.
Selon une autre particularité, la position intermédiaire est déterminée
par l'élément formant une butée dite intermédiaire commandée en
s déplacement par action du volant.
Selon une autre particularité, le volant comprend des moyens de
commande du déplacement de la butée intermédiaire, constitués d'un axe
vanne solidaire du volant.
~ans l'art antérieur, du fait de I°enfoncement du siège dans la
lo garniture, le décollement du clapet du siège peut s'avérer également
difficile.
Selon une autre particularité, le dispositif comprend donc un clapet
monté sur un ressort et des moyens de compression du ressort lorsque
l'extrémité libre, dite deuxième extrémité, de l'axe vanne vient appuyer sur
l'extrémité opposée à l'extrémité d'obturation du clapet.
ls Selon une autre particularité, une extrémité, dite première extrémité,
de l'axe vanne est fixée sur le volant, la deuxième extrémité de l'axe vanne,
formant la butée intermédiaire, étant solidaire en rotation de la première
extrémité et libre en translation par rapport à celle-ci, 1a deuxième
extrémité
de l'axe vanne étant vissée dans un corps de dispositif de robinet, une
2o rotation du volant commandant le mouvement hélicoïdal de la deuxième
extrémité de I°axe vanne dans le corps du robinet.
Selon une autre particularité, les deux extrëmités comportent des
crénelages complémentaires !es solidarisant en rotation.
Selon une autre particularitë, ia première extrémité est reliée à la
Zs deuxième extrémité par un ressort autorisant la translation de cette
dernière
par rapport à la première extrémité.
Selon une autre particularités le volant est actionné en rotation dans
les deux sens entrasnant dans son mouvement l'axe vanne, le volant dans
son mouvement de rotation dans le sens de l'ouverture, commandant dans
~a une première partie de la rotation, l'ouverture de la vanne pour libérer le
gaz
de la bouteille et dans une deuxïème partie de la rotation, le réglage du
débit
du gaz libéré vers une sortie du robinet.
CA 02434561 2003-07-08
3
Selon une autre particularité, au moins deux orifices de calibrage
différent sont percés à travers la pièce constituant une preimière extrémité
de
I°axe vanne, un troisième orifice étant percé dans le corps du
robinet, ce
dernier joignant la sortie de gaz, la deuxième partie de rotation du volant de
s commande mettant en vis-à-vis l'un des deux orifices et le troisième orifice
pour déterminer le débit de passage du gaz vers fa sortie.
Selon une autre particularité, en position d'ouverture ou de fermeture
de la vanne du robinet, il comporte des moyens de maintien, qui lors de
l'actionnement du votant, maintiennent ie votant en saillie constante par
io rapport au corps du robinet.
Selon une autre particularité, les moyens de maintien de la saillie du
volant par rapport au corps du robinet comportent des moyens de butée au
mouvement du volant vers l'intérieur ou vers Pextérieur du corps du robinet.
Selon une autre particularité, le dispositif de robinet comporte un
Is dispositif de détente des gaz placé en aval de la vanne de sortie du gaz de
la bouteille.
Selon une autre particularité, le dispositif de robinet comporte, entre
le dispositif de détente et la vanne de sortie du gaz de la bouteille, un
système à pression résiduelle au-dessous de laquelle un clapet ne laisse
2o plus passer le gaz vers le dispositif de détente.
Selon une autre particularité, le dispositif de robinet comprend un
manomètre joint par un conduit situé en amont de la vanne de sortie du gaz
pour mesurer la pression dans la bouteille de gaz.
D'autres particularités et avantages de la prèsente invention
2s apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite
en
référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente une vue de côté et en section partielle d'un
dispositif de robinet selon l'invention,
- la figure 2 représente une vue de côté et en section partielle d'un
3o dispositif de robinet selon l'invention, selon un plan perpendiculaire à
celui
de la figure ~ ,
CA 02434561 2003-07-08
- 1a figure 3 représente une vue de dessus et en section partielle du
dispositif de robinet selon l'invention, selon A-A, sur les figures 1 et 2,
- la figure 4 représente une vue de face d'un volant de commande du
robinet selon l'invention,
s - les figures 5a et 5b reprësentent respectivement en vue de dessus
et en coupe suivant A-A de la figure 5a, une partie de !'axe vanne utilisé
dans le dispositif selon l'invention,
- la figure 6 représente une vue en coupe longitudinale d'un clapet
de fermeture de l'arrivée des gaz,
lo - les figures 7a et ~b représentent en coupe longitudinale, suivant
deux plans perpendiculaires, un presse étoupe utilisé dans le dispositif selon
l'invention,
- les figures 8a et 8b représentent respectivement en vue de dessus
et en coupe longitudinale un écrou presse ëtoupe utilisé dans le dispositif de
Is robinet selon l'invention.
L'invention va à présent être décrite en liaison avec fes figures 1 à
8b.
Le dispositif (1, fig.1 et fig.2) de robinet utilisant le dispositif
d°obturation selon l'invention, est constitué d'un corps (2) dont la
partie
Zo inférieure (3) est conique ou sensiblement cylindrique et filetée pour âtre
montée de façon connue sur un orifice de sortie d'une bouteille de gaz. Le
dispositif (1 ) comporte sur sa partie supérieure un volant (4) ou bouton de
commande de l'ouverture et de la fermeture de la vanne des gaz. Ce
dispositif (1 ) comporte également un dispositif (6) de détente du gaz délivré
Zs ainsi qu'une sortie (5) du gaz détendu du dispositif (1 ). A titre
d'exemple, le
dispositif (6) de détente raméne le gaz qui est par exemple à une pression
de 200 bar dans la bouteille, à une pression de l'ordre de 3,5 bar. lJn
orifice
(7) de remplissage est également prévu sur le corps (2) du dispositif (1 )
pour
permettre le remplissage de la bouteille de gaz.
3o Selon l'invention, le volant (4) ou bouton de commande, lors de son
actionnement, par une rotation, commande, par l'intermédiaire d'un axe
vanne (10) la translation d'un clapet (11, fig.5) mobile chargé de réaliser
CA 02434561 2003-07-08
s
l'ouverture ou la fermeture de l'arrivée (30) du gaz provenant de la
bouteille.
L'axe vanne (10) est constitué de deux parties (100, 101 ) reliées par des
moyens élastiques tels que par exemple un ressort (102). Une première
partie (100) de l'axe vanne (10) est solidaire du volant (4) de commande.
s Cette première partie (100) de l'axe vanne (10) est solidaire en rotation du
volant (4) en étant serrée par une de ses extrémités sur celui-ci, par exemple
par une vis (40) dont I°extrémité vient se loger dans cette première
partie
(100). Cette première partie de l'axe vanne (10) est, sous l'action du volant
(4), libre en rotation autour de son axe, confondu avec l'axe longitudinal (L)
lo du dispositif (1 ) selon I°invention. Cette première partie (100)
est constituée
d'un corps cylindrique comportant un épaulement (103) radial venant en
appui, sous l'action du ressort (102), contre un joint (203) s'appuyant
également contre fe corps (2) du dispositif (1 ). A l'extrémité opposée à
l'extrémité de fixation de cette première partie (100) sur le volant (4) est
is formé, suivant l'axe (L) du dispositif {1 ), un trou {104) borgne. Au fond
de ce
trou (104) borgne est formé un évïdement au fond duquel est fixé une
extrémité du ressort (102), son autre extrémité étant solidaire de la deuxième
partie (101 ) de I°axe vanne (10). Cette deuxième partie (101, fig. 5a
et 5b)
comporte sur son extrémité, dite supérieure, un évidement au fond duquel
2o est fixé I°extrémité du ressort (102). Cette deuxième partie (101 )
comprend
un corps cylindrique dont les extrémités (105, 106) sont de diamètres
différents. Le diamètre de l'extrémité supérieure (105) est inférieur à celui
de
l'extrémité inférieure (106) de cette deuxième partie (101 ). Ces deux
extrémités sont séparées par une gorge (107). lJn crénelage (108, fig.5a) est
2s formé, suivant I°axe (L) du dispositif, sur la surface extérieure de
i°extrémité
supérieure (105) de cette deuxième partie (101 ). L'extrémité supérieure
(105) crénelée est destinée à être logée dans ie trou (104) borgne de la
première partie (100), le trou (104) borgne étant pourvu sur sa surface
interne d'un crénelage complémentaire, ces crénelages solidarisant en
3o rotation la première (100) et la deuxième (101 ) partie de l'axe vanne
(10).
L'extrémité inférieure (100) de la deuxième partie (101 ) est filetée
(109) sur sa surface externe et est vissée sur la portion (202) filetée d'un
CA 02434561 2003-07-08
écrou (200, fig.8a et 8b) presse étoupe solidaire du corps (2) du dispositif
(1 ). Cet écrou {200) comporte également une portion (201 ) filetée sur sa
surface extérieure venant se visser dans le corps {2) du dispositif (1).
L'écrou
vissé dans ie corps (2) du dispositif vient serrer une pièce (300, fig.7a et
7b)
s presse étoupe contre le corps du dispositif (1 ). L'écrou (200) a donc la
double fonction de recevoir l'extrémité inférieure (106) filetée de la
deuxième
partie (101 ) de l'axe vanne (10) et, en étair~t vissé suer le corps (2) du
dispositif, de serrer la pièce (300) presse étoupe. Cette pièce (300) est
constituée d°un corps (301 ) cylindrique creux, de diamètre inférieur
au
zo diamètre interne de l'écrou (200), et comporte, à une certaine distance de
son extrémité supérieure et depuis cette extréimité, deux épaulements (302,
303) successifs, de diamètre croissant. L'écrou (200) a son extrémité
inférieure vissée dans le corps {2) du dispositif qui vient ~:n appui contre
le
deuxième épaulement (303) pour appuyer la surface opposée à
~s l'épaulement (303) contre le corps (2) du dispositif (1). L'extrémité
supérieure
de cette pièce débouche dans l'écrou (200). L°extrémité inférieure du
corps
(301 ) de cette pièce 1300) vient se loger dans un trou (20) formé dans le
corps (2) du dispositif {1 ). Au fond de ce trou (20) est formé un siège sur
lequel débouche le conduit d'arrivée (30) du gaz de la bouteille de gaz. Un
2o conduit (21, fig.1 ) débouchant dans ce trou (20) et menant à un dispositif
de
pression résiduelle est formé dans le corps (2) du disposïtif (1 ). Une gorge
(306, fig.7a et fig.7b) annulaire 'est formée autour de I°axe du
dispositif (1 )
sur ia surface opposée au deuxième épaulement (303). Uans cette gorge
(306) est disposé un joint (304, fig.1 et fig.2) torique chargé de faire
2s l'étanchéité entre la pièce (300) et le corps (2) du dispositif (1 ). Une
autre
gorge (307) annulaire est formée autour de l'axe (L) du dispositif (1 ) sur la
surface ïnterne de la pièce {300). Un jôint (305) torique est également
disposé dans cette gorge pour faire l'étanchéité entre le clapet (11 ) et la
pièce (300). Les joints {304, 305) permettent d'évïter la propagation du gaz
3o haute pression dans le dispositif (1 ) et le mélange du gaz haute pression
avec le gaz détendu. Le clapet (11, fig.6) est constitué d'une tige
cylindrique,
dont l'axe est confondu avec l'axe (L) du dispositif (1 ), comportant â son
CA 02434561 2003-07-08
7
extrémité inférieure une portion (110) de diamétre plus important formant un
épaulement (116). La tige est introduite coaxialement dans la pièce (300) de
sorte que son épaulement (116) puisse venir en butée contre la face
inférieure de la pièce (300). La face inférieure de la tige du clapet (11 )
est
s percée d'un trou borgne dans lequel est logée une garniture (112)
cylindrique
en matériau ti~ermoplastique ou en élastomère, sertie dans le clapet (11 ). En
position de fermeture de ia vanne, cette garniture vient s'appuyer contre le
siège formé au fond du trou (20). Une gorge (111 ) annulaire est formée
autour de l'axe (L) du dispositif (1 ) à proximité de l'extrémité supérieure
de la
io tige du clapet (11 ). Dans cette gorge (111 ) est placé un circlip (113).
Un
ressort (114) entoure le corps (301 ) de la pièce (300) et vient en appui par
son extrémité inférieure contre le premier épaulement (302) formé sur la
pièce (300). Une rondelle (115) de diamètres équivalent à la section du
ressort est placée entre l'extrémité supérieure du ressort (114) et le circlip
is (113). Le débattement maximum en translation du clapet ('I 11 ) par rapport
à
la pièce (300) est trés faible, pouvant aller de la position d'appui de la
face
inférieure de la garniture (112) du clapet (11 ) sur le siège pour obturer le
conduit d'arrivée (30) du gaz à une position ouverte dans laquelle
!'épaulement (116) du clapet vient en butée contre la face inférieure de la
2o piéce (300).
En position de fermeture de la vanne, la garniture du clapet est en
appui sur le siège du conduit d'arrivée (30) de gaz. Le clapet est alors en
position basse. Dans cette position, l'extrémité supérieure du clapet (11 )
est
en simple contact avec la face inférieure de la deuxième partie (101 ) de
l'axe
2s vanne (10) et suivant le vissage de I°extrémité inférieure (106) de
la
deuxième partie (101 ), le ressort (114) entourant la pièce (300) est plus ou
moins comprimé.
Lors de la rotation du votant (4) de commande dans le sens de
l'ouverture de la vanne, la rotation de l'axe vanne (10) solidaire du volant
(4)
3o provoque le dévissage, donc la remontée dans I°écrou (200), de
l'extrémité
inférieure (106) de la deuxiéme partie (101 ) de l'axe vanne (10). L'extrémité
supérieure du clapet (11 ) étant, dans fa position de fermeture de 1a vanne,
CA 02434561 2003-07-08
ô
simplement en contact avec la face inférieure de la deuxième partie (101 ) de
l'axe vanne (10), l'action de la pression du gaz présent dans la bouteille ou
l'action du ressort {114) permet ia remontée du clapet qui coulisse suivant
l'axe (L} du dispositif dans la pièce (300). Ce coulissement s'effectue
jusqu'à
s ce que l'épaulement (116) formé sur le clapet (11) vienne en butée contre la
face inférieure de 1a pièce {300) etJou jusqu'à ce que l'extrémité supérieure
du clapet (11 ) vienne en butée contre l'extrémité inférieure (106) de la
deuxième partie (101 ) de l'axe vanne (10). Le conduit d'arrivée (30) de gaz
n'est plus obturé et fe gaz peut sortir de la bouteille.
lo four fermer la vanne, l'utilisateur tourne le volant dans l'autre sens
pour venir visser l'extrémité inférieure (106) de la deuxième partie {101 ) de
l'axe vanne pour la faire descendre et ainsi venir appuyer sur l'extrémité
supérieure du clapet pour pousser le clapet (11 ). La garniture (112) du
clapet
vient alors obturer le conduit d'arrivée (30) de la bouteille. Le vissage
pourra
is avoir lieu par exemple jusqu'à ce que la rondelle (115) vienne en appui
contre la face supérieure de la pièce (300). Lors de la fermeture de la vanne,
plus l'utilisateur vient appuyer sur le clapet, plus le ressort (114) est
comprimé et plus le siège du conduit (30) d'arrivée de gaz s'enfonce dans la
garniture (112) du clapet. Lorsque l'utilisateur souhaite ouvrir la vanne,
alors
2o que le siège est bien enfoncé dans la garniture (112) du clapet (11 ), le
décollement de la garniture (112) sous la pression unique du gaz à haute
pression peut s'avérer difficile. Le ressort (114) permet donc de favoriser ce
décollement en se détendant lorsque la translation du clapet (11 ) est
permise, c'est-à-dire lorsque l'extrémité inférieure de la première partie
(101 )
2s de l'axe vanne (10) est remontée d'une certaine distance en étant dévissée
de l'écrou (200).
Selon l'invention, le volant lors de sa rotation dans le sens de
l'ouverture ou de la fermeture fait saillie constante par rapport au corps {2)
du dispositif (1 ). Ceci est permis grâce au ressort (102) reliant les deux
3o parties (100, 101 ) de l'axe vanne (10). En effet, dans le cas par exemple
du
dévissage de l'extrémité inférieure de la deuxième partie dans l'écrou (200),
ia première partie (100) ëtant bloquée en translation vers l'extérieur et vers
CA 02434561 2003-07-08
9
i'intérieur du dispositif (1 ), ia remontée de la deuxième partie (101 ) est
autorisée par la compression du ressors (102). Dans le cas du vissage de
l'extrémité inférieure de la deuxième partie dans I°écrou (200), la
descente
de la deuxième partie (101 ) est permise par !'extension du ressort (102)
s reliant les deux parties (100, 101 ).
Selon I°invention, une première partie de rofation du volant (4)
de
commande permet de libérer le gaz haute pression de la bouteille de gaz.
Une fois libérée, ce gaz passe par le conduit (21 ) formé dans le corps (2) du
dispositif et débouchant par exemple dans un dïspositif (8) de pression
lo résiduelle. De manière connue, un tel dispositif permet de ne jamais vider
complètement la bouteille. En effet, dans le cas de bouteille d°oxygène
à
usage médical, il est nécessaire d°éviter la contamination de
i'intérieur des
bouteilles. Pour cela, la bouteille de gaz est conservée sous pression en y
maintenant toujours une certaine quantité de gaz. Pour I°utilisateur la
ts bouteille sera vide alors qu'elle ne l'est pas réellement. En fait, une
certaine
quantité de gaz sous pression sera toujours dans la bouteille. Pour cela le
dispositif (8) intégré au dispositif (1 ) de I°invention comprend un
clapet (80,
fig.3) monté sur un ressort. Lorsque ie gaz arrive du conduit (21 ), la
pression
du gaz pousse le clapet (11 ) pour passer. Lorsqu°il ne reste que très
peu de
2o gaz dans la bouteille, la pression du gaz n°est plus suffisante pour
pousser le
clapet (80) du dispositif (8). Le gaz ne passe plus et reste donc dans la
bouteille. Le ressort aura par exempte une constante de raideur définissant
la pression, par exemple de 3 ou 4 bar, en dessous de laquelle le clapet (80)
ne se déplace plus en translation. Ce dispositif (8) permet de .ne pas
2s contaminer la bouteille et celle-ci peut alors être remplie par
I°orifice (7) de
remplissage sans être nettoyée.
Une fois que le gaz haute pression est passé à travers le dispositif à
pression résiduelle, un conduit (22, fig.3) formé dans le corps (2) du
dispositif (1 ) débouche dans le dispositif (6) de détente de gaz. Le gaz est
3a alors détendu.
Une fois détendu, par exemple à 3 ou 4 bar, le gaz détendu rejoint
par un conduit (23, fig.2) un logement (24) formé dans le corps (2) du
CA 02434561 2003-07-08
I~
dispositif (1 ). ~e là, une deuxième partie de rotation du volant (4) de
commande permet de laisser sortir le gaz par la sortie (5) du dispositif.
Selon l'invention, cette deuxiéme partie de rotation permet de régler
le débit de sortie du gaz détendu. Ce débit sera par exemple affiché sur une
s fenétre (41, fig.2 et fig.4) spécifique du volant (4~) de commande.
Plusieurs orifices (109, 109') de calibres différents sont par exemple
percés suivant un arc de cercle, parallèlement à I°axe (L) du
dispositif (1 ), à
travers la première partie (100) de l'axe vanne {10) par exemple au niveau
de l'épaulement radial (103) de cette pièce. Ces orifices sont de calibres
io différents, c°est-à-dire qu'ils sont de diamètre égaux mais
comportent chacun
une section supérieure ouverte différente. Un conduit (25, fig.1 ) est formé
suivant 1°axe (L) du dispositif (1 ) dans le corps (2) du dispositif,
ce conduit
(25} débouchant sur la sortie (5) du gaz. Ce conduit (25) est de diamètre au
moins égal à la plus grande des sections supérieures des orifices (109,
ls 109°). En vis-à-vis de ce conduit (25), le joint d°étanchéité
(fig.1 ), disposé
entre !a première partie (100} de l'axe vanne (10} et le corp s (2) du
dispositif,
est également percé d°un orifice correspondant. Comme déjà décrit plus
haut, la premiére partie de la rotation du volant {4) permet d'ouvrir la vanne
et de libérer le gaz haute pression qui est alors détendu. La deuxiéme partie
2o de la rotation met en vis-à-vis un des orifices (109, 109') formés à
travers la
première parue (100) de I°axe vanne et le conduït {25) formé dans le
corps
du dispositif (1 ). Le gaz détendu présent dans le logement (24) formé dans
le corps du dispositif (1 ) peut alors passer dans l'orifice (109, 109') placé
en
vis-à-vis puis dans ie conduit de sortie (5). Le volant comprendra par
2s exemple des taquets d'arrêt placés correspondant chacun à la position en
vis-à-vis d°un orifice (109, 109') par rapport au conduit (25), à
chaque taquet
correspondant également I°inscription dans la fenêtre (41, figure 4)
visible sur
le votant (41 ), du débit réglé par l'orifice (109., 109') placé en vis-à-vis
du
conduit (25).
3o Selon i°invention, le conduit d'arrivée (30) de gaz dans la
bouteille
comprend un conduit (31 ) paralléle menant à un manomètre (9) pour
mesurer la pression du gaz contenu dans la bouteille.
CA 02434561 2003-07-08
11
Sur la figure 4, on peut voir, en vue de dessus, le dispositif (1 ) de
robinet selon l'invention. Le dispositif est ici adapté sur une bouteille (12)
d'oxygène dessinée en pointillés. Sur cette figure, on peut voir le manomètre
(9) servant à mesurer la pression, le raccord (7) de remplissage de la
s bouteille, le raccord (5) de sortie du gaz, le dispositif (6) de détente et
un
raccord (13) rapide pour raccorder divers accessoires, placé juste au-
dessous du raccord {5) de sortie du gaz. On peut voir également une fenêtre
(42, fig.2) dans laquelle est indiqué si la vanne est ouverte ou non, et la
fenêtre (41 ) d'affichage du débit.
lo Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la
présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses
autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de
l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de
réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent âtre
zs modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes,
et
l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.
