WO2014154954A1 - Tête de réservoir de gaz sous pression - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a pressurized gas storage tank head, in particular for removable cartridges for nomadic use.
- the technical sector concerned by the invention is the field of the manufacture and use of pressurized gas tank heads and expansion devices for this gas, in particular those in which the delivery of gas expanded to a predetermined pressure is independent of the gas pressure supplied to the inlet, from the gas tank on which the head and the expansion device are connected.
- a particular application of the invention which can however be used in any gas distribution system from a removable storage tank, is the field of storage of hydrogen, in particular for supplying a fuel cell, and more specifically since removable hydrogen refills based on metal hydrides for nomadic and / or mobile applications, and such as we take an example in the description below.
- a "fuel cell system or hydrogen fuel cell” comprises:
- Hydrogen can be stored in tanks or containers of different ways, such as in gaseous form, in liquid form, or 'sub form called “solid", that is adsorbed in the adsorbent porous materials such as metal sponges referred to as metal hydrides.
- These hydrogen storage tanks in solid form are often designed to be refilled after use and, because of their high capacity to contain hydrogen in a small volume, at room temperature and without the envelope need to withstand high pressures, they can be lightweight and small, such as that of a pocket lighter, for individual use that lend themselves well to feeding a small fuel cell.
- the problem is therefore to be able to achieve, without the above disadvantages, a device combining, in a small volume, a tank head of any high pressure gas, all the safety devices against malfunction, a gas regulator providing this low pressure and all connections from the reservoir to the supply of gas at a low pressure, it must be provided to a virtually constant value regardless of the high storage pressure, particularly in the case of storage solid hydrogen, can vary from several bar depending on the ambient temperature.
- a solution to the problem posed is a so-called high-pressure gas storage tank head, capable of being fixed directly and removably on such a tank and which, according to the invention, comprises in an integrated way in the same body:
- an inverted gas expansion valve as described below, comprising at least one inlet pipe for the high pressure gas directly from the reservoir, at least one outlet pipe for this so-called low pressure gas from an expansion chamber; downstream, a movable control piece on which presses on the one hand the low pressure and on the other side a spring element, and which is able to close the inlet of the gas at high pressure and to provide a given low pressure whatever the variation of this high pressure, an upstream connector adapted to be fixed in a removable manner in or on the neck of said reservoir and ⁇ within which is located and opens the conduit of arrival of the holder
- a downstream connector adapted to connect the tank head to any system, such as a circuit or an apparatus, using said low pressure gas, and inside and located and opens the outlet pipe of the holder and
- a lateral filling device communicating with the gas supply duct and capable of enabling the tank to be loaded with high pressure gas when it is connected to the tank head.
- these two connectors are able to connect the regulator in one line to the tank and the other directly to the apparatus using the said gas at low pressure, and thus constitute an integrated assembly and Compact, can be small volume such as that of a flashlight.
- the body of the gas storage tank head comprises and incorporates at least one overpressure protection device for the high pressure coming from the tank, an overpressure protection device downstream of the integrated pressure reducer. and a safety lock device capable of preventing the expander from opening and supplying low pressure gas into the outlet duct and which is unlocked upon connection of the head to the duct or appliance using said gas at low pressure.
- the result is a new gas tank head, which can be called head-regulator, which answers the problem posed above: among others, it can be connected online directly from one side to the source high pressure gas and the other to the low pressure user device, and incorporates the • expansion valve, the filling function through the same passage in the neck of the tank as the regulator supply, and all desired and necessary safety devices, the assembly then forming an integrated and compact device without an intermediate connection, which is transportable and nomadic, and furthermore, as described in the description of the figures below, the adjustment of the pressure bass is simple and it is provided constant even in case of decrease of the high pressure.
- Figure 1 is an axial sectional view of an exemplary embodiment of a tank pressure regulator according to the invention.
- Figure 2 is an axial sectional view of the same tank pressure-reducing head as Figure 1 but in a perpendicular plane.
- An inverted gas expansion valve as explained below, comprising at least one inlet pipe 1 of the high pressure gas directly from the tank 8, at least one outlet pipe 2 of the so-called low pressure gas since a downstream expansion chamber 5, a movable regulating part 3 on which presses on the one hand the low pressure and on the other side a spring element 4, and which is able to close the inlet of the gas 1 at high pressure and to provide a given low pressure whatever the variation of this high pressure,
- An upstream connector 6 adapted to be fixed in a removable manner in the neck 26 of said tank 8 and inside which is located and opens the arrival conduit 1 to the holder - one downstream connector 7 adapted to connect the reservoir head to any system, such as a circuit or device • using said gas to the low pressure and within which is located and opens the outlet duct ⁇ 2 holder and
- a lateral filling device 22 communicating with the inlet pipe 1 of the gas and provided with a safety non-return valve, is able to allow, from the outside by a filling orifice 28, the loading of the tank 8 , when connected to the tank head, in high pressure gas.
- the effective contact surface may be very small on the gas side at the high pressure, so that the latter, relying on a small surface, generates, on the movable control part 3, a force that is negligible compared to that exerted by the spring element 4 which bears in the same direction while the contact surface on the gas side at low pressure is important, as described in patent applications EP362166, FR2879721 and FR2050407.
- the high-pressure gas does not act directly on the mobile control element 3 but on the perpendicular of the rod 19 of this mobile element 3 which, when it is in the open position allows the gas to supply the chamber 5 with the low pressure: thus in this position, the effective contact surface on the gas side at the high pressure, perpendicular to the mobile control part, and which is the only one having an influence , even becomes extremely weak if not null.
- An O-ring 14 is disposed on the side of the upstream connector 6 and downstream of the inlet duct 1, to seal the regulator head with the tank 8 whose neck 26 is screwed onto this connector 6.
- a device sealing is also necessary on the side of the downstream connector 7, which is not shown here finalized because depending on the interface compatible with the circuit or the device on which it is assembled by connecting parts that come to screw or clipper on this connector 7: it can also comprise, in safety, at least one closure system 29, such as a nonreturn valve, of the duct 2 when the tank head is in storage position not connected to the circuit and / or the apparatus for using the low-pressure gas, which system opens during the connection such as by the support of a finger 31
- the hollow body of the reservoir header expander consists au de- least two parts, "said upstream 10 side of the high pressure and downstream 11 side of the low pressure, fixed to the other and one 10 at least one is hollow to receive the movable regulating part 3 which comprises:
- a piston-type head 20 delimiting, in the hollow portion 10, the expansion chamber 5 of variable and sealed volume, the sealing of which is ensured by, on the one hand, a seal 15 such as the O-ring shown between the rim; inner peripheral of the upstream hollow portion 10 and the bottom of the downstream portion 11 and secondly by an O-ring 13 located peripherally in the thickness of the head 20 between the expansion chamber 5 and the compartment 21 where is located l spring element 4, and
- the downstream part 11 of the body of the pressure-reducing head which is also in the representation of the accompanying figures the connector 7, comprises and incorporates a safety blocking device 18 able to prevent the expansion valve from opening, such as by pressing , for example by screwing the outside into a bore where the outlet duct 2 can open, with a finger in the axis of the downstream connector part 7,11 against the piston head 3 to crush at maximum the spring 4; which finger 18 then closes 1 / orifice of the channel 9 opening into the expansion chamber 5 at the same time as the channel 9 is closed at its other end against the abutment seal 12:
- This closure prevents the valve from supplying gas to • low pressure and the locking means, such as by unscrewing the pin 18 shown in the figures, is turned manually for safety when connecting the regulator head to the system, such as a circuit or apparatus using said low pressure gas.
- a protection device 24, against the overpressures of the low pressure downstream of the expander, is arranged and integrated laterally in the body of the pressure-reducing head to be on one side accessible from the outside for its adjustment and the other be connected to the expansion chamber 5 by a conduit 29: it opens on one side therein and the other in a small chamber containing a membrane 31 now closed, by a spring device 24, another duct communicating to the compartment 21 of the spring 4: in case of overpressure in the expansion chamber 5, the device 24 forming a safety valve is pushed by this overpressure and the membrane 28 opens the duct to the compartment 21 which allows the escape of the gas overpressure by a discharge conduit 25 which communicates outwardly through the wall of the body 30 of the expander head.
- a protective device 27, also of spring-type type, against the overpressures of the high pressure coming from the tank 8 and upstream of the expander, is arranged and integrated laterally, as shown in FIG. 2, into the body 30 of the head-regulator to be on one side accessible from the outside for its setting and the other to be connected by a conduit to the . magazine 1 gas at high pressure.
- the arrival 1 of the gas at the high pressure opens when the low pressure in the expansion chamber 5 ⁇ decreases and the thrust of the spring 4 moves the movable control member 3: the distal end of the rod 19 of the movable control piece 3 then rises from the closure and stop seal 12, opening the arrival 1 of the gas to an internal channel 9 of the rod 19, opening at its two ends, and providing communication between the expansion chamber 5 at the low pressure and the arrival 1 of the gas.
- this communication can be provided by a conduit external to the rod 19.
- the inlet pipe 1 of the high-pressure gas is located and opens, at one of its ends, inside the upstream connector 6, in fact directly into the tank 8, and at its other end, in the closed position of the inlet 1 of high pressure gas as shown in the figures, laterally against the distal end of the rod 19 of the movable control member 3 which provides said closure.
- the regulator head according to the invention preferably comprises a device 17 for adjusting the thrust of the spring element 4 which is coaxial with the movement of the movable control member 3 along the axis XX 'of the holder, and whose position , modifiable along this axis, determines the maximum compressive force of the spring element 4 in the closed position of the inlet 1 of high pressure gas and therefore the value of the low pressure in the expansion chamber 5, which exerts the antagonistic force to that of this spring.
- this adjustment device 17 is a 17 ⁇ cap screwed into the axis of the upstream connector 6 inside the bore drilled in the upstream portion 10 of the regulator, • next to the inlet pipe 1 and in which the rod 19 of the piston 3: this cap keeps the abutment seal 12 at the desired height, obtained by screwing or unscrewing the plug 17 X so that the maximum compression of the spring 4, in the closed position of the inlet 1 of high pressure gas, corresponds to the force to obtain the low pressure wanted in room 5.
- a porous filter 23 preferably comes, especially for removable hydrogen-based hydrogen-hydride-reloadable reservoirs which can generate hydride dust, to close the inlet opening of the inlet conduit 1, so that the bore of the cap 17 x .
- the upstream hollow portion of the body 8 of the regulator head comprises and integrates all the filling means 22,28, relaxation 3,4,5,9,12 of safety in the event of high overpressure 27 and low 24 pressures, of upstream connection 6 to the storage tank 8 and arrival 1 of the gas at high pressure, while the downstream portion 11 comprises and integrates all the downstream connection means 7, low pressure gas output 2 and blocking safety 18 of the expander and closing 29,31 of the outlet 2 gas ;
- the head-regulator could consist of more than two parts while remaining compact and integrated and other provisions of these various means, some of which could be arranged on another part than that where they are represented, are of course possible.
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Abstract
Tête de réservoir de stockage de gaz sous pression dite haute apte à être fixée directement et d'une manière amovible sur un tel réservoir (8) comprenant d'une manière intégrée dans le même corps, un détendeur inversé de gaz comportant au moins un conduit d'arrivée (1) du gaz à pression haute directement depuis le réservoir, au moins un conduit de sortie (2) de ce gaz à pression dite basse depuis une chambre de détente aval (5), une pièce mobile de régulation (3) sur laquelle appuie d'un côté la pression basse et de l'autre côté un élément ressort (4), un connecteur amont (6) apte à se fixer d'une manière amovible dans ou sur le col (10) du dit réservoir (8), un connecteur aval (7) apte à relier la tête de réservoir à tout appareil utilisant le dit gaz à la pression basse, et un dispositif de remplissage latéral (22) apte à permettre le chargement du réservoir (8).
Description
TETE DE RESERVOIR DE GAZ SOUS PRESSION
La présente invention a pour objet une tête de réservoir de stockage de gaz sous pression, en particulier pour des cartouches amovibles permettant une utilisation nomade.
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 et de dispositifs de détente de ce gaz, en particulier ceux dans lesquels la délivrance du gaz détendu à une pression déterminée est indépendante de la pression du gaz fourni à l'entrée, depuis le réservoir de gaz sur lequel la tête et le dispositif de détente sont connectés.
Afin de réaliser la détente d'un gaz, depuis un premier niveau de pression dite haute jusqu'à un deuxième niveau de pression dite basse, inférieure à la pression haute, il est en effet connu d'utiliser des dispositifs de détente, plus simplement appelés détendeurs.
Une application particulière de l'invention, qui est cependant utilisable dans tout système de distribution de gaz à partir d'un réservoir de stockage amovible, est le domaine du stockage de l'hydrogène, notamment destiné à alimenter une pile à combustible, et plus spécifiquement depuis des recharges d'hydrogène amovibles à base d'hydrures métalliques pour les applications nomades et/ou mobiles, et tel que nous en prenons exemple dans la description ci-après.
De façon classique, un « système de pile à combustible ou pile à hydrogène» comprend :
la pile à combustible elle-même, qui produit de l'énergie électrique à partir de la réaction chimique entre l'oxygène et l'hydrogène et en rejetant de l'eau. - le système de stockage d'hydrogène
- et un ensemble d'équipements annexes nécessaires au bon fonctionnement de cet ensemble, tel que toute la •connectique et les organes de contrôle de pression ou de débit, et de sécurité entre la pile et le stockage.
L'hydrogène peut être stocké dans des réservoirs ou conteneurs de différentes façons, telles que sous forme gazeuse, sous forme liquide, ou ' sous forme dite « solide », c'est à dire adsorbé dans des matériaux poreux adsorbant tels que des éponges métalliques dénommés hydrures métalliques. Ces réservoirs de stockage de l'hydrogène sous forme solide sont souvent conçus pour pouvoir être remplis à nouveau après utilisation et, du fait de leur grande capacité à contenir de l'hydrogène dans un faible volume, à température ambiante et sans que l'enveloppe ait besoin de résister à de fortes pressions, ils peuvent être légers et de petite taille, telle que celle d'un briquet de poche, pour une utilisation individuelle qui se prêtent bien à l'alimentation d'une petite pile à combustible.
Même si un tel stockage se fait donc à une relative basse pression par rapport au stockage en phase liquide ou gazeuse, qui nécessite plusieurs centaines de bar, alors qu'en phase solide la pression n'est que d'une ou quelques dizaines de bar, il est cependant nécessaire de détendre l'hydrogène en sortie du réservoir pour pouvoir l'utiliser, comme pour une pile à combustible qui fonctionne entre 0,3 et 1 bar, en général 0,5 bar environ, et pour laquelle la pression d' alimentation doit rester constante.
De plus dans une utilisation nomade individuelle de petit volume, l'ensemble du « système, de pile à combustible » doit être compact et sécurisant : or si les piles en elles-mêmes et les réservoirs de stockage peuvent répondre à présent à ces objectifs, les
dispositifs actuels de tête de réservoir, de connexions , de sécurité et de détente de gaz sont constitués d'éléments séparés et connectés les uns aux autres, ce qui, outre leur encombrement relativement important, peut être générateur de risques de fuite et donc de problèmes de sécurité.
Le problème posé est donc de pouvoir réaliser, sans les inconvénients ci-dessus, un dispositif réunissant, dans un faible volume, une tête de réservoir de tout gaz à pression haute, tous les organes de sécurité contre tout disfonctionnement, un détendeur de gaz fournissant cette pression basse et toutes les connections depuis le réservoir jusqu'à la fourniture du gaz à une pression basse, celle-ci devant être fournie à une valeur quasi constante quelle que soit la pression haute de stockage qui, en particulier dans le cas de stockage d'hydrogène solide, peut varier de plusieurs bar en fonction de la température ambiante.
Une solution au problème posé est une tête de réservoir de stockage de gaz sous pression dite haute, apte à être fixée directement et d'une manière amovible sur un tel réservoir et qui, suivant l'invention, comprend d'une manière intégrée dans le même corps:
- un détendeur inversé de gaz, tel que décrit ci- après, comportant au moins un conduit d'arrivée du gaz à pression haute directement depuis le réservoir, au moins un conduit de sortie de ce gaz à pression dite basse depuis une chambre de détente aval, une pièce mobile de régulation sur laquelle appuie d'un côté la pression basse et de l'autre côté un élément ressort, et qui est apte à fermer l'arrivée du gaz à pression haute et à fournir une pression basse donnée quelle que soit la variation de cette pression haute,
un connecteur amont apte à se fixer d'une manière amovible dans ou sur le col du dit réservoir et à ■l'intérieur duquel est située et débouche le conduit d' arrivée du détenteur
- un connecteur aval apte à relier la tête de réservoir à tout système, tel qu'un circuit ou un appareil, utilisant le dit gaz à la pression basse, et à l'intérieur duquel et situé et débouche le conduit de sortie du détenteur et
un dispositif de remplissage latéral communiquant avec le conduit d' arrivée du gaz et apte à permettre le chargement du réservoir, quand celui-ci est connecté à la tête de réservoir, en gaz à pression haute.
De préférence ces deux connecteurs, disposées coaxialement , sont aptes à relier en ligne le détendeur d'un côté au réservoir et de l'autre directement à l'appareil utilisant le dit gaz à la pression basse, et à constituer ainsi un ensemble intégré et Compact, pouvant être de petit volume tel que celui d'une lampe de poche.
De plus le corps de la tête de réservoir de stockage de gaz suivant l'invention comporte et intègre au moins un dispositif de protection contre les surpressions de la pression haute en provenance du réservoir, un dispositif de protection contre les surpressions en aval du détendeur intégré et un dispositif de blocage de sécurité apte à empêcher le détendeur de s'ouvrir et de fournir du gaz à pression basse dans le conduit de sortie et qui est débloqué lors de la connexion de la tête au conduit ou à l'appareil utilisant le dit gaz à la pression basse.
Le résultat est une nouvelle tête de réservoir de gaz, que l'on peut appeler tête-détendeur, qui répond au problème posé ci-dessus : entre autres, elle est connectable en ligne directement d'un côté sur la source
de gaz à pression haute et de l'autre à l'appareil utilisateur de la pression basse, et intègre le •détendeur, la fonction de remplissage à travers le même passage dans le col du réservoir que l'alimentation du détendeur, et tous les organes de sécurité souhaités et nécessaires, l'ensemble formant alors un dispositif intégré et compact sans raccord intermédiaire, qui est transportable et nomade, et dont de plus, comme cela est décrit dans la description des figures ci-après, le réglage de la pression basse est simple et celle-ci est fournie constante même en cas de diminution de la pression haute.
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.
La description ci-après et les dessins joints 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.
En particulier bien que l'invention est présentée, suivant un exemple de réalisation, qui est certes bien adapté mais n'est pas spécifique à l'application au domaine du stockage de l'hydrogène, notamment destiné à alimenter une pile à combustible, , et plus spécifiquement depuis des recharges d'hydrogène amovibles à base d'hydrures métalliques pour les applications nomades et/ou mobiles, il est évident qu'elle n'y est nullement limitée mais au contraire susceptible d'autres applications et adaptation avec des modifications et des variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art et qu'elle comprend tous les éléments techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le
cadre de l'invention, telles que le stockage de l'hydrogène pour le fonctionnement ou la calibration de •chromatographe ou spectromètre)
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 en coupe axiale de la même tête-détendeur de réservoir que la figure 1 mais suivant un plan perpendiculaire.
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 de la pression haute depuis donc le réservoir de stockage vers la pression basse d'utilisation en sortie de la tête de réservoir suivant l'invention.
Celle-ci comprend d'une manière intégrée et compacte dans un même corps creux 30, sensiblement tubulaire, tel que cylindrique d'axe XX', et réalisé en matériau compatible et étanche aux gaz, tel que l'hydrogène:
j
- un détendeur inversé de gaz, tel qu'explicité ci-après, comportant au moins un conduit d'arrivée 1 du gaz à pression haute directement depuis le réservoir 8, au moins un conduit de sortie 2 de ce gaz à pression dite basse depuis une chambre de détente aval 5, une pièce mobile de régulation 3 sur laquelle appuie d'un côté la pression basse et de l'autre côté un élément ressort 4, et qui est apte à fermer l'arrivée du gaz 1 à pression haute et à fournir une pression basse donnée quelle que soit la variation de cette pression haute ,
- un connecteur amont 6 apte à se fixer d'une manière amovible dans le col 26 du dit réservoir 8 et à l'intérieur duquel est situé et débouche le conduit d'arrivée 1 au détenteur
- un connecteur aval 7 apte à relier la tête de réservoir à tout système, tel qu'un circuit ou un •appareil utilisant le dit gaz à la pression basse, et à l'intérieur duquel est situé et débouche le conduit de sortie^ 2 du détenteur et
un dispositif de remplissage latéral 22 communiquant avec le conduit d'arrivée 1 du gaz et doté d'un clapet anti-retour de sécurité, est apte à permettre, , depuis l'extérieur par un orifice de remplissage 28, le chargement du réservoir 8, quand celui-ci est connecté à la tête de réservoir, en gaz à pression haute.
Le principe de fonctionnement d'un détendeur classique est parfaitement connu de l'homme du métier et nous ne l'expliquerons pas ici ; par contre comme la présente invention utilise un détendeur inversé, on rappelle que dans un tel détendeur, l'élément ressort 4 exerce sur là pièce mobile de régulation 3 une force qui est en sens inverse de celle du cas classique, à savoir du même côté que la force transmise par le gaz à la pression haute, la surface en contact avec le gaz, respectivement à la pression haute, étant alors inférieure à la surface en contact avec le gaz, respectivement à la pression basse. Les dites surfaces dites en contact sont définis comme étant les surfaces efficaces transmettant la pression considérée à la pièce mobile de régulation 3 dans le sens de son déplacement.
Dans un détendeur inversé, la surface de contact efficace peut-être très faible du côté du gaz à la pression haute, de telle façon que celle-ci, s' appuyant sur une petite surface, génère, sur la pièce mobile de régulation 3, une force qui est négligeable par rapport à celle exercée par l'élément ressort 4 qui appuie dans le même sens alors que la surface de contact du côté du gaz
à la pression basse est importante, comme décrit dans les demandes de brevet EP362166, FR2879721 et FR2050407.
De plus dans la présente invention, en position fermée, le gaz à pression haute n'agit pas directement sur l'élément mobile de régulation 3 mais sur la perpendiculaire de la tige 19 de cet élément mobile 3 qui, quand il est en position ouverte, permet au gaz d'alimenter la chambre 5 à la pression basse : ainsi dans cette position, la surface de contact efficace du côté du gaz à la pression haute, perpendiculaire à la pièce mobile de régulation, et qui est la seule ayant une influence, devient même extrêmement faible si ce n'est nulle .
Un joint torique 14 est disposé du côté du connecteur amont 6 et en aval du conduit d'arrivée 1, pour assurer l'étanchéité de la tête-détendeur avec le réservoir 8 dont le col 26 vient se visser sur ce connecteur 6. Un dispositif d' étanchéité est également nécessaire du côté du connecteur aval 7, qui n'est du reste pas représenté finalisé ici car dépendant de l'interface compatible avec le circuit ou l'appareil sur lequel il est assemblé par des pièces raccordement qui viennent se visser ou clipper sur ce connecteur 7: celui- ci peut également comporter, en sécurité, au moins un système de fermeture 29, tel qu'un clapet anti retour, du conduit 2 quand la tête de réservoir est en position de stockage non connectée au circuit et/ou à l'appareil d'utilisation du gaz à pression basse, lequel système s'ouvrant lors de la connexion tel que par l'appui d'un doigt 31
Le corps creux de la tête-détendeur de réservoir est constitué au- moins de- deux parties," dites amont 10 du côté de la pression haute et aval 11 du côté de la pression basse, fixées l'une à l'autre et dont l'une 10
au moins est creuse pour recevoir la pièce mobile de régulation 3 qui comporte :
- une tête 20, de type piston, délimitant, dans la partie creuse 10, la chambre de détente 5 de volume variable et étanche, dont l'étanchéité est assurée par d'une part un joint 15 tel que celui torique représenté entre le bord périphérique intérieur de la partie creuse amont 10 et le fond de la partie aval 11 et d'autre part par un joint torique 13 situé périphériquement dans l'épaisseur de la tête 20 entre la chambre de détente 5 et le compartiment 21 où est situé l'élément ressort 4, et
- une tige 19 de section inférieure à celle de la tête dont elle est solidaire, et qui coulisse d'une manière étanche, grâce à un joint torique 16, dans le fond de la partie amont 10, l'extrémité distale de cette tige 19 venant s'appuyer, en position de fermeture de l'arrivée 1 de gaz à pression haute, contre un joint 12 étanche de fermeture et formant aussi butée, et l'élément ressort 4 entourant la tige 19 s' appuyant d'un côté contre la tête 20 du piston 3 et de l'autre côté contre le fond de la partie creuse amont 10 à travers laquelle coulisse la tige 19.
La partie aval 11 du corps de la tête-détendeur, et qui constitue aussi dans la représentation des figures jointes le connecteur 7, comporte et intègre un dispositif de blocage de sécurité 18 apte à empêcher le détendeur de s'ouvrir, tel que par appui, par exemple par vissage de l'extérieur dans un alésage où peut déboucher le conduit de sortie 2, d'un doigt dans l'axe de la partie-connecteur aval 7,11 contre la tête 20 de piston 3 jusqu'à écraser au maximum le ressort 4 ; lequel doigt 18 ferme alors 1/ orifice du canal 9 débouchant dans la chambre de détente 5 en même temps que le canal 9 est
fermé à son autre extrémité contre le joint butée 12: cette fermeture empêche le détendeur de fournir du gaz à •pression basse et le dispositif de blocage, tel que par dévissage du doigt 18 représenté sur les figures, est débloqué, manuellement pour plus de sécurité, lors de la connexion de la tête-détendeur au système, tel qu'un circuit ou l'appareil utilisant le dit gaz à la pression basse .
Un dispositif 24 de protection, contre les surpressions de la basse pression en aval du détendeur, est disposé et intégré latéralement dans le corps de la tête-détendeur pour être d'un côté accessible de l'extérieur pour son réglage et de l'autre être relié à la chambre de détente 5 par un conduit 29 : celui-ci débouche d'un côté dans celle-ci et de l'autre dans une petite chambre contenant une membrane 31 maintenant fermé, par un dispositif à ressort 24, un autre conduit communiquant vers le compartiment 21 du ressort 4: en cas de surpression dans la chambre 5 de détente, le dispositif 24 formant soupape de sécurité est repoussé par cette surpression et la membrane 28 ouvre le conduit vers le compartiment 21 qui permet l'échappement du gaz en surpression par un conduit d'évacuation 25 qui communique vers l'extérieur à travers la paroi du corps 30 de la tête-détendeur.
Un dispositif 27 de protection, de type également à ressort, contre les surpressions de la pression haute en provenance du réservoir 8 et en amont du détendeur, est disposé et intégré latéralement, tel que représenté sur la figure 2, dans le corps 30 de la tête-détendeur pour être d'un côté accessible de l'extérieur pour son réglage et de l'autre être relié par un conduit à celui .d'arrivée 1 du gaz à la pression haute.
L'arrivée 1 du gaz à la pression haute s'ouvre quand la pression basse dans la chambre de détente 5 ■diminue et que la poussée du ressort 4 déplace la pièce mobile de régulation 3 : l'extrémité distale de la tige 19 de la pièce mobile de régulation 3 se soulève alors du joint de fermeture et de butée 12, ouvrant l'arrivée 1 du gaz vers un canal interne 9 de la tige 19, débouchant à ses deux extrémités, et assurant la communication entre la chambre de détente 5 à la pression basse et l'arrivée 1 du gaz.
Dans d'autres modes de réalisation, cette communication peut être assurée par un conduit externe à la 'tige 19.
Dans les modes de réalisation des figures jointes, le conduit 1 d'arrivée du gaz à pression haute est située et débouche, à une de ses extrémités, à l'intérieur du connecteur amont 6, soit en fait directement dans le réservoir 8, et, à son autre extrémité, en position de fermeture de l'arrivée 1 de gaz à pression haute comme représenté sur les figures, latéralement contre l'extrémité distale de la tige 19 de la pièce mobile de régulation 3 qui assure la dite fermeture.
La tête-détendeur suivant l'invention comporte de préférence un dispositif de réglage 17 de la poussée de l'élément ressort 4 qui est coaxial au mouvement de la pièce mobile de régulation 3 suivant l'axe XX' du détenteur, et dont la position, modifiable suivant cet axe, détermine la force maximum de compression de l'élément ressort 4 en position de fermeture de l'arrivée 1 de gaz à pression haute et donc la valeur de la pression basse dans la chambre de détente 5, qui exerce la force antagoniste à celle de ce ressort.
Suivant le mode de réalisation des figure 1 et 2, ce dispositif de réglage 17 est un bouchon 17χ vissé dans
l'axe du connecteur amont 6 à l'intérieur de l'alésage percé dans la partie amont 10 du détendeur, à côté du •conduit d'arrivée 1 et dans lequel coulisse la tige 19 du piston 3 : ce bouchon maintient le joint butée 12 à la hauteur voulue, obtenue par vissage ou dévissage du bouchon 17X pour que la compression maximum du ressort 4, en position de fermeture de l'arrivée 1 de gaz à pression haute, corresponde à la force permettant d'obtenir la pression basse voulue dans la chambre 5.
Un filtre poreux 23 vient de préférence, surtout pour les réservoirs-recharges d'hydrogène amovibles à base d'hydrures métalliques qui peuvent générer de la poussière d'hydrures, obturer l'orifice d'entrée du conduit d'arrivée 1, ainsi alors que l'alésage du bouchon 17x.
Ainsi suivant la présente invention et l'exemple de réalisation décrit et représenté qui permet une intégration poussée et une réduction du nombre des usinages par une économie de trous de passage, la partie amont 10 creuse du corps 8 de la tête-détendeur comporte et intègre l'ensemble des moyens de remplissage 22,28, de détente 3,4,5,9,12 de sécurité en cas de surpression haute 27 et basse 24 pressions, de connexion amont 6 au réservoir de stockage 8 et d'arrivée 1 du gaz à pression haute, alors que la partie aval 11 comporte et intègre l'ensemble des moyens de connexion aval 7, de sortie 2 de gaz à pression basse et de sécurité de blocage 18 du détendeur et de fermeture 29,31 de la sortie 2 de gaz ; la tête-détendeur pourrait être constituée de plus de deux parties tout en restant compacte et intégrée et d'autre dispositions de ces divers moyens, dont certains pourraient être agencés sur une autre partie que celle où ils sont représentés, sont bien sûr possibles.
Claims
1. Tête de réservoir de stockage de gaz sous pression dite haute apte à être fixée directement et d'une manière amovible sur un tel réservoir (8) caractérisé en ce qu'elle comprend d'une manière intégrée dans le même corps :
- un détendeur inversé de gaz comportant au moins un conduit d'arrivée (1) du gaz à pression haute directement depuis le réservoir, au moins un conduit .de sortie (2) de ce gaz à pression dite basse depuis une chambre de détente aval (5) , une pièce mobile de régulation (3) sur laquelle appuie d'un côté la pression basse et de l'autre côté un élément ressort (4), et qui est apte à fermer l'arrivée du gaz (1) à pression haute et à fournir une pression basse donnée quelle que soit la variation de cette pression haute ,
- un connecteur amont (6) apte à se fixer d'une manière amovible dans le col (10) du dit réservoir (8) et à l'intérieur duquel est situé et débouche le conduit d'arrivée (1) du détenteur
- un connecteur aval (7) apte à relier la tête de réservoir à tout système utilisant le dit gaz à la pression basse, et à l'intérieur duquel est situé et débouche le conduit de sortie (2) du détenteur et
un dispositif de remplissage latéral (22) communiquant avec le conduit d'arrivée (1) du gaz et apte à permettre le chargement du réservoir (8), quand celui- ci est connecté à la tête de réservoir, en gaz à pression haute .
2. Tête de réservoir de stockage de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces deux
connecteurs (6,7), disposées coaxialement , sont aptes à relier en ligne le détendeur d'un côté au réservoir (8) ■et de l'autre directement à l'appareil utilisant le dit gaz à la pression basse, et à constituer ainsi un ensemble intégré et compact.
3. Tête de réservoir de stockage de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le corps de la tête comporte et intègre un dispositif de protection contre les surpressions de la pression haute en provenance du réservoir (8) et en amont du détendeur intégré.
4. Tête de réservoir de stockage de gaz selon l'une quelconque des revendications 1- à 3, caractérisé en ce que le corps de la tête comporte et intègre un dispositif de blocage de sécurité (18) apte à empêcher le détendeur de s'ouvrir et de fournir du gaz à pression basse dans le conduit de sortie (2) et qui est débloqué lors de la connexion de la tête au système utilisant le dit gaz à la pression basse.
5. Tête de réservoir de stockage de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps de la tête comporte et intègre un dispositif (24) de protection contre les surpressions en aval du détendeur intégré.
6. Tête de réservoir de stockage de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que son corps est constitué au moins de deux parties, dites amont (10) du côté de la pression haute et aval (11) du côté de la pression basse, fixées l'une à l'autre et dont l'une au moins est creuse pour recevoir la pièce mobile de régulation (3) qui comporte :
- une tête (20) délimitant, dans la partie creuse (10), la chambre de détente (5) de volume variable et
•étanche, et
- une tige (19) de section inférieure à celle de la tête dont elle est solidaire, et qui coulisse d'une manière étanche dans le fond de la partie amont (10), l'extrémité distale de cette tige (19) venant s'appuyer, en position de fermeture de l'arrivée (1) de gaz à pression haute, contre un joint (12) étanche de fermeture et de butée, et l'élément ressort (4) entourant la tige
(19) s' appuyant d'un côté contre la tête (20) du piston (3) et de l'autre côté contre le fond de la partie creuse amont (10) à travers laquelle coulisse la tige
(19) .
7. Tête de réservoir de stockage de gaz selon la revendication 6, caractérisé, en ce que le conduit (1) d'arrivée du gaz à pression haute est située et débouche, à une de ses extrémités, à l'intérieur du connecteur amont 1 (6) et, à son autre extrémité, en position de fermeture de l'arrivée (1) de gaz à pression haute, latéralement contre l'extrémité distale de la tige (19) de la pièce mobile de régulation (3) qui assure la dite fermeture
8. Tête de réservoir de stockage de gaz selon l'une quelconque des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que la tige (19) de la pièce mobile de régulation (3) comporte un canal interne (9) débouchant à ses deux extrémités et qui assure la communication entre l'arrivée (1) du gaz à la pression haute et la chambre de détente (5) à la pression basse.
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| FR3003627B1 (fr) | 2016-09-09 |
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