Brevet FR2207255A1 — publié le 19740614

La présente invention est relative à un gonfleur à assistance thermique et elle concerne plus particulièrement un procédé et des moyens permettant d'augmenter la pression d'un milieu gazeux emmagasiné en engendrant uniquement de la chaleur sans augmenter notablement la masse du fluide gazeux. I1 existe de nombreuses situations qui exigent l'utilisation d'éléments gonflables du type sac ou ballon. On peut citer connue exemples usuels les radeaux et gilets de sauvetage. Un autre exemple qui est devenu très courant dans la dernière décade consiste dans les dispositifs destinés à assurer la flot tabilité des capsules spatiales récupérées en mer, ainsi que. les bateaux en détresse. Un autre exemple d'application est constitué par les ballons de signalisation qui sont gonflés autamsti- quement ou manuellement pour signaler les points de chute des avions après atterrisage forcé ou accident. Une autre utilisation des ballons gonflables consiste dans les dispositifs de sé- curité destinés à réduire le risque de blessure des passagers des véhicules.Normalement, le fonctionnement de ces dispositifs de sécurité consiste à libérer le contenu d'un réservoir - à pression dans un sac gonflable placé devant le passager du véhicule pour ramener à une valeur de sécurité la décélération subie par le passager projeté en avant au cours de l'accident et pour éviter des blessures graves à ce passager. Dans chacune de ces situations, le sac ou ballon peut être préalablement gonflé et emmagasiné dans cet état. Ce mode de mise en oeuvre est certes absolument efficace mais le stockage de radeaux ou gilets de sauvetage, de dispositifs de flottabilité et de ballons'de si gnalisatïon à l'état gonflé est naturellement impraticable.En ce qui concerne les dispositifs de sécurité en cas d'accident, la conservation à l'état gonflé serait probablement'préjudicia- ble aux- passagers à de nombreux points de vue. I1 est donc nécessaire de stocker tous ces éléments du type sac ou ballon à l'état dégonflé et de prévoir des moyens pour les gonfler au moment voulu. Dans le cas des radeaux ou gilets de sauvetage et des dispositifs de flottabilité, le gonflage peut être exécuté manuellement. Dans le cas des ballons de signalisation et des sacs ou ballons gonflables utilisés dans les dispositifs de sécurité des véhicules, le gonflage est habituellement automatique et commandé par divers types d'accé léromètres à gravité, de capteurs à inertie et autres capteurs mécaniques. En tous cas, que le gonflage soit commandé manuellement ou automatiquement, il est habituellement nécessaire qu'il soit exécuté rapidement.Ceci est particulièrement le cas pour les dispositifs de sécurité pour véhicules, où le temps qui s'écoule entre l'instant où l'accident est détecté et celui où le sac doit etre gonflé est de l'ordre de la milliseconde. Pour introduire dans un sac gonflable le volume degaz nécessaire dans chacun des dispositifs décrits plus haut, il est nécessaire de stocker un milieu gazeux approprié à une pression relativement élevée dans un réservoir à pression. En général, le réservoir renferme un d-ispositif explosif qui est mis à feu au moment du gonflage et qui, à ce moment, brise un obturateur ou actionne une soupape qui laisse le gaz sous pression passer du réservoir à l'élément gonflable pour gonfler ce dernier. Ce type de dispositif pose certains problèmes. Tout d'abord, il est difficile de maintenir des pressions très élevées sans perte pendant des périodes prolonges. Fréquemment, il se pose un problème de manipulation en ce sens que, dans certains cas, le réservoir oit être chargé d'un gaz à haute pression au cours de l'assemblage du dispositif, et que ceci peut être dangereux. Finalement, le volume de gaz nécessaire et la rapidité avec laquelle ce gaz doit être mis à disposition pour le gonflage rendent fréquemment inadéquat le procédé consistant à stocker le gaz sous haute pression isolément. Pour résoudre ces problèmes, il a déjà été proposé diverses solutions. Dans le premier cas, il a été proposé d'abais ser la pression du gaz à une valeur restant dans les limites de sécurité et de prévoir un dispositif logé à l'intérieur du réservoir à pression pour augmenter la pression du gaz au moment de l'utilisation. C'est ainsi qu'il a déjà été proposé de placer à l'intérieur du réservoir à pression un récipient approprié pour recevoir une composition capable de dégager un gaz, la masse de yaz dégagée s' ajoutant à celle du gaz emmagasiné dans le réservoir pour accélérer et assister le gonflage du sac ou ballon. Bien que ce procédé résolve les problèmes indiqués plus hauti elle laisse d'autres problemes non résolus. Etant donné que, pratiquement dans tous les cas, l'élément gonflable est utilisé dans un environnement humain, il est nécessaire que le gaz soit non toxique. Cette condition est particulièrement nécessaire dans le cas des dispositifs de protection occupant des véhicules en cas d'accident, puisque, en général, l'élément cui se gonfle devant le passager est poreux ou perforé de manière à laisser le gaz d'échapper progressivement. Bien que, généralement le stockage initial d'un gaz non toxicue tel que l'air, l'argon ou l'azote dans le réservoir à pression ne pose pas de problème, il n'est pas aussi facile d'engendrer instantanément des quantités additionnelles de tels gaz.En effet, pratiquement toutes les compositions génératrices de gaz dont on dispose actuellement sont toxiques ou nocives à un certain degré, ce qui s'est révélé constituer un grave inconvénient, en particulier dans les dispositifs de protection des occupants des véhicules. I1 a été également déjà proposé d'éliminer totalement le stockage de gaz et de stocker au contraire à Ia pression atmosphérique un liquide capable de dégager un gaz. Dans ce cas, on prévoit un dispositif explosif qui, sous l'effet d'un signal de déclenchement approprié, divise tout d'abord le liquide en gouttelettes puis vaporise le liquide générateur de gaz, afin de provoquer le gonflage du sac ou ballon. Toutefois, bien que ce procédé élimine le problème posé par le stockage d'un gaz à une pression relativement élevée, on a constaté qu'il était en général inapte a dégager les volumes de gaz nécessaires avec un débit suffisamment rapide. Suivant l'invention, les problèmes énumérés plus haut sont résolus par un procédé et des moyens capables d'augmenter la pression d'un milieu gazeux stocké sans engendrer de produits de combustion gazeux. L'augmentation de la pression s'effectue en stookant dans un réservoir contenant un gaz une composition solide inflammable et qui engendre uniquement de la chaleur sans engendrer de quantité notable de produits de combustion gazeux. La chaleur dégagée augmente la pression du gaz stockée dans le réservoir sans augmenter la masse de gaz. La composition solide inflammable est de préférence un mélange à peu près homogène d'une poudre oxydante et d'une poudre métallique. Dans ia forme préférée de réalisation ae l'invention, la poudre oxydante est composée de perchlorate de potassium et la poudre métallique est une poudre d'aluminium. L'invention a donc pour buts de fournir - un dispositif gonfleur à assistance thermique - un procédé et des moyens permettant d'augmenter la pression d'un gaz stocké dans un réservoir et de libérer sur ordre le gaz stocké - un dispositif gonfleur qui dégage de la chaleur sans dégager une quantité notable de produits de combustion gazeux pour augmenter la pression d'un gaz stocké dans un réservoir à pression - un dispositif gonfleur à assistance thermique qui élimine à peu près totalement le dégagement de gaz toxique - un procédé et des moyens capables d'augmenter la pression d'un milieu gazeux stocké en accroissant la température du gaz sans provoquer d'accroissement correspondant de la masse de gaz. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Le dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, est une coupe axiale longitudinale d'un dispositif gonfleur à assistance thermique réalisé cofformément à l'invention. Ce dispositif gonfleur désigné dans son ensemble par la référence 10, et dont tous les éléments sont cylindriques sauf indication contraire . I1 comporte un réservoir à pression il destiné à stocker sous pression un gaz non toxique de nature appropriée. Ce gaz peut être l'argon, l'azote ou équivalent. Le réservoir 11 peut comprendre un raccord de sortie 12 percé d'un trou axial 13 qui définit un passage de sortie pour le gaz contenu dans le réservoir. La partie du raccord de sortie 12 qui se trouve à l'extérieur du réservoir 11 est filetée extérieurement, en 14, pour permettre de raccorder le réservoir 11 à un collecteur-approprié, destiné à conduire le gaz stocké à un élément gonflable, par exemple à un sac ou à un ballon.Le col du réservoir 11 est fileté intérieurement, en 15, pour recevoir les filets extérieurs 16 prévus sur la partie interne du raccord de sortie 12. Ce raccord comporte une collerette circonférentielle 17 qui s'appuie sur l'extrémité du réservoir 11 et qui est hermétiquement scellée sur cette extrémité, comme représenté en 18, par -soudage ou brasage. Le dispositif gonfleur 10 comprend un obturateur désigné dans son ensemble par la référence 20, qui sert à fermer le passage de sortie 13 pour empêcher le gaz de échapper du réservoir 11. Une extrémité de l'obturateur 20 peut être engagée dans un contre-alésage 19 ménagé à l'extrémité intérieure du passage de sortie 13 et elle peut être soudée à joint etanche, ddpycet te extrémité. L'obturateur 20 comprend-plusieurs passages radiaux 21 qui sont reliés à un alésage axial (non représenté) prévu dans l'obturateur 20, et qui est adapté pour pouvoir être mis en communication avec le passage de sortie 13 pour l'écoulement du fluide. Le dispositif obturateur 20 peut être de l'un quelconque de divers types connus dans la technique antérieure et les détails de sa construction ne sont pas considérés comme faisant partie de la présente invention. Par exemple, l'obturateur 20 peut comprendre un diaphragme placé entre l'orifice de sortie 13 et l'alésage axial de cet obturateur 20 et qui se brise automatiquement lorsque la pression intérieure du réservoir 11 devient supérieure à une valeur de seuil prédéterminée. En variante, l'obturateur 20 peut être constitué par une soupape explosive telle que celle décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 2 966 163. En tous cas, la fonction de ltobturateur 20 est de fermer ou d'ouvrir sélectivement la communication entre les passages radiaux 21 et le passage de sortie 13. Le dispositif gonfleur 20 comprend en outre un boîtier 30 destiné à contenir une composition inflammable 31 qui est destinée à augmenter la pression du gaz stocké dans le réservoir 11. Le boîtier 30 est un élément de forme générale cylindrique et qui présente à l'une de ses extrémités un collet 32 fileté intérieurement, destiné à être vissé sur les filets extérieurs 22 de l'obturateur 20. Le boitier 30 renferme une entretoise 33 dont une extrémité 34 est en appui contre l'extrémité de l'obturateur 20. Cette entretoise 33 présente un trou transversal diamétral 35 et le boîtier 30 présente d'un côté un trou 37 approximativement coaxial au trou 35 de l'entretoise. Celle-ci présente en outre, dàns son extrémité 39 qui est à l'opposé de l'extrémité 34, un trou axial 38 qui communique avec le trou 35.Les premi & res extrémités de deux conducteurs électriques 36 sont enfilées à travers le trou 37 du boîtier 30 et les trous 35 et 38 de l'entretoise 33 et sont connectées à un détonateur 40. Les conducteurs 36 peuvent être protégés par une gaine 41 comme représenté. Le détonateur 40 est logé dans la partie centrale creuse d'une rondelle de retenue 42 dont une face bute contre un épaulement 43 ménagé à 11 intérieur du boîtier 30 tandis que son autre face bute contre l'extrémité 39 de l'entretoise 33. En serrant le boîtier 30 sur l'obturateur 20, on fixez donc solidement en position l'entretoise 33, la rondelle de retenue 42 et le détonateur 40 a l'intérieur du boîtier 30. Les autres extrémités des conducteurs 36 sont connectées aux premières extrémités de deux bornes 45 qui sont noyées dans un isolateur approprié 46, lequel est solidaire d'un bouchon 47 susceptible d'être monté dans le fond 48 du réservoir 11. A cet effet, ce fond 48 présente un trou 49 fileté intérieurement dans lequel sont vissés des filets extérieurs50 du bouchon 47. Lorsque le bouchon 47 a été mis en place dans le trou 49, on exécute une soudure représentée en 51 pour former un joint étanche. Les autres extrémités des bornes 45 sont adaptées pour pouvoir étre connectées à des conducteurs électriques 52 qui sont normalement reliés à une source appropriée de signaux de commande, destinés à la mise à feu manuelle ou automatique du détonateur 40. Si l'obturateur 20 est une soupape explosive dont la mise à feu exige des signaux électriques appropriés, on peut prévoir un trou analogue au trou 38 dans l'extrémité 34 de l'entretoise 33 et enfiler des conducteurs électriques 36 dans ce trou pour mettre simultanément à feu l'obturateur 20 et le détonateur 40. En variante, le bouchon 47 peut présenter quatre bornes et on peut alors faire passer une paire de conducteurs séparée bon représentée) dans le trou 37 du boîtier 32 pour les connecter à l'obturateur 20. La rondelle de retenue 42 présente un cavité 60 des tinée à recevoir la composition 31. Suivant une forme de réalisation de l'invention, la composition 31 est présentée sous la forme de rondelles, qui sont enfilées et maintenues dans cette position à l'intérieur de la cavité 60 par un ressort 61 interposé entre la composition 31 et le fond 62 du boîtier 30. Suivant l'invention, la composition 31 est d'une nature appropriée pour dégager uniquement de la chaleur, sans dégager de quantité notable de produits de combustion gazeux. La composition 31 a donc pour effet d'élever thermiquement la pression du gaz emmagasiné dans le réservoir 11 sans provoquer d'accroissement notable de la masse de gaz. En augmentant la pression du gaz emmagasiné dans le réservoir 11, la composition 31 augmente considérablement la vitesse à laquelle le gaz est capable de gonfler le sac ou ballon, en augmentant considérablé la capacité de gonflage du gaz. I1 est souhaitable que la composition inflammable 31 n'engendre pas de quantité notable de produit gazeux au cours de la réaction. De cette façon, on peut stocker un gaz non toxique et non nocif dans le réservoir 11 et la mise à feu de la composition 21 n'altère pas la nature du gaz de façon perceptible. On ne doit donc utiliser que des combustibles ou oxydants qui donnent naissance à des produits de combustion solides ou liquides. Bien qu'on puisse utiliser n'importe lequel desrnétaux capables de réagir avec un oxydant en formant un produit de réaction solide ou liquide, il est préférable d'utiliser les métaux possédant un faible poids moléculaire et qui sont en même temps capables de dégager une grande quantité de chaleur par gramme.Le combustible le mieux approprié pour cette application est l'aluminium et l'oxydant le mieux approprié est le perchlorate de potassium en poudre. Un mélange homogène de poudre d'aluminium et de poudre de perchlorate de potassium dégage plus de trois fois la quantité d'énergie qui est développée par la combustion d'un poids équivalent de poudre noire, et ce mélange possède une température de flamme de 4500"C. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 019 687, décrit l'utilisation d'un mélange de poudre d'aluminium et de poudre de perchlorate de potassium en qualité de générateur de chaleur, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce mélange. Le fonctionnement du dispositif gonfleur suivant l'invention est le suivant. L'application d'un signal électrique de mise à feu au détonateur 40 à travers les conducteurs 52, les bornes 45 et les conducteurs 36, provoque la mise à feu de ce détonateur. La chaleur dégagée par le détonateur 40 se propage à travers la partie centrale creuse de la rondelle de retenue 42 et enflamme la composition 31, qui brûle rapidement et à une température élevée. La chaleur dégagée par la composition 31 se propage à travers des tuyères 64 ménagées dans l'extrémité 62 du boitier 30, le ombre et la dimension des tuyères 64 étant calculés en fonction de la capacité du réservoir 11, de la pression du gaz emmagasiné, et des caractéristiques de débit que l'on désire obtenir dans le dispositif.La chialeur dégagée par la composition 31 augmente considérablement la pression du gaz stocké dans le réservoir 11, et ce gaz stéchappe maintenant à travers les passages radiaux 21 de l'obturateur 20 pour s'engager dans le pas sage de sortie 13. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné plus haut, l'obturateur 20 peut comprendre un diaphragme qui se brise automatiquement sous l'effet de l'augmentation de la pression intérieure du réservoir 11, ou encore il peut comporter une soupape explosive qui est mise à feu en même temps que le détonateur 40. On peut donc voir que les problèmes de la technique antérieure sont résolus par la présente invention grâce à un procédé et à des moyens qui ont pour effet d'augmenter la pression d'un gaz emmagasiné dans un réservoir, et de libérer sur ordre le gaz emmagasiné. Le dispositif gonfleur 10 suivant l'invention permet le gonflage instantané d'un élément du type sac ou ballon et il peut être mis en action manuellement ou automatiquement. Le dispositif gonfleur 10 a pour fonction d'augmenter la pression d'un gaz non toxique et non nocif stocké dans le réservoir 11, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de stocker ce gaz sous une pression très élevée. Au contraire, l'augmentation de pression est obtenue en enfermant à l'intérieur du boîtier 30 une composition solide inflammable 31 qui ne dégage que de la chaleur sans engendrer une quantité notable de produits de combustion gazeux. La chaleur augmente la pression du gaz stocké dans le réservoir 11, pour contribuer au gonflage du sac ou ballon. REVEND ICAT IONS 1. Procédé pour augmenter la pression d'un gaz stocké dans un réservoir à pression, suivant lequel on utilise une matière inflammable capable de dégager de la chaleur pour élever la pression dudit gaz sans provoquer d'accroissement notable de la masse de gaz et on dispose ladite matière génératrice de chaleur de manière qu'elle transmette la chaleur dégagée dans le volume intérieur du réservoir à pression. 2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on prévoit des moyens pour mettre à feu sur ordre ladite matière génératrice de chaleur. 3. Procédé pour augmenter la pression d'un gaz stocké dans un réservoir à pression, suivant lequel on dégage uniquement de la chaleur dans le réservoir sans engendrer de quantité notable de produits de combustion gazeux, ladite chaleur provoquant la dilatation du gaz stocké en augmentant de cette façon la pression de ce gaz. 4. Dispositif gonfleur, du type comprenant un réservoir destiné à emmagasiner un gaz sous pression et dont la paroi est percée d'un passage de sortie ; un obturateur destiné a fermer ledit passage de sortie pour empêcher les gaz de s'échapper du réservoir à travers ledit passage ; un récipient place dans le réservoir pour renfermer une composition appropriée pour augmenter la pression du gaz stocké ; et des moyens adaptés pour mettre ladite composition à feu et ouvrir simultanément l'obtura- teur afin de laisser le gaz s'échapper du réservoir à travers le passage de sortie, ce dispositif gonfleur étant caractérisé en ce que ladite composition constitue un moyen de génération de chaleur sans engendrer de quantité notable de produits de combustion gazeux, la chaleur dégagée ayant pour effet de dilater le gaz stocké lorsque le générateur de chaleur est mis à feu. 5. Dispositif gonfleur suivant la revendication 4, dans lequel le générateur de chaleur consiste en un mélange à peu près homogène d'un oxydant en poudre et d'un métal en poudre. 6. Dispositif gonfleur suivant la revendication 5, dans lequel l'oxydant en poudre est constitué par du perchlorate de potassium et le métal en poudre est l'aluminium. 7. Dispositif gonfleur comprenant : un réservoir approprié pour stocker un gaz sous pression et dont la paroi est percée d'un passage de sortie ; un obturateur approprié pour fermer le passage de sortie de façon à empêcher le gaz contenu dans le réservoir de s'échapper de ce réservoir par ledit passage de sortie ; un récipient approprié pour renfermer un générateur de chaleur et dont au moins une extrémité fait saillie à l'intérieur dudit réservoir ; un moyen inflammable disposé dans ledit récipient et capable d'engendrer de la chaleur sans engendrer de quantité notable de produits de combustion gazeux, la chaleur dégagée dilatant ledit gaz stocké dans le réservoir lorsque le générateur de chaleur est mis à feu ; et des moyens pour mettre à feu ledit générateur de chaleur et pour ouvrir ledit obturateur afin de laisser le gaz en cours de dilatation s'échapper du réservoir à travers le passage de sortie. 8. Dispositif gonfleur suivant la revendication 7, dans lequel le générateur de chaleur consiste en un mélange à peu près homogène d'un oxydant en poudre et d'un métal en poudre. 9. Dispositif gonfleur suivant la revendication 8, dans lequel l'oxydant en poudre est le perchlorate de potassium et le métal en poudre est l'aluminium.