Brevet FR2558388A1 — publié le 19850726

La présente invention est relative aux générateurs d'oxygène et se rapporte plus particuliè- rement aux générateurs chimiques d'oxygène destinés à être utilisés dans les avions en combinaison avec des masques respiratoires individuels en cas de dépressu- risation. Les générateurs d'oxygène classiques de ce genre comportent généralement un pain générateur d'o- xygène par exemple à base d'un chlorate de métal alcalin dont l'initiation est assurée par une amorce électrique ou à percussion qui se trouve dans la même enceinte que le pain générateur. Il en résulte que l'oxygène dégagé par le pain générateur contient des quantités non négligea- bles d'impuretés néfastes pour le système respiratoi- res et qu'il est nécessaire d'éliminer. Cependant, la teneur de l'oxygène en impure- tés peut être difficilement maintenue à des valeurs admissibles, surtout au cours de la période de fonc- tionnement de l'amorce. L'invention vise à remédier aux inconvé- nients des générateurs d'oxygène connus en créant un générateur d'oxygène qui soit capable de débiter un gaz dont la teneur en impuretés soit réduite au mini- mum. Elle a donc pour objet un générateur d'oxy- gène comprenant une enveloppe contenant un pain géné- rateur d'oxygène dont le déclenchement est assuré par un initiateur lui-même actionné par des moyens à com- mande manuelle, caractérisé en ce que ledit initiateur est un initiateur thermique séparé par un écran étan- che aux gaz de la matière du pain générateur thermi- que. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'un mode de réali- sation préféré donné à titre d'exemple et faite en ré- férences aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 est une coupe en élévation d'un générateur d'oxygène suivant l'invention. - la Fig.2 est un graphique montrant l'évo- lution en fonction du temps de la teneur en CO de l'oxygène émis par trois exemples de générateurs d'o- xygène suivant l'invention; - la Fig.3 est un graphique analogue à celui de la Fig.2 montrant l'évolution en fonction du temps de la teneur en C02. Le générateur d'oxygène représenté sur la Fig.1 comporte un corps formé d'une enveloppe exté- rieure 1 à une extrémité duquel est fixée par soudure une bague 2 dont une partie de la surface latérale porte un filetage 3 sur lequel est vissé un couvercle 4 en laiton par exemple. La bague 3 présente un rebord rentrant 5 qui forme butée pour l'extrémité de l'en- veloppe extérieure 1. A son extrémité opposée à la bague 2, l'en- veloppe extérieure 3 est pourvue d'un fond 6 avec un orifice axial 7 dans lequel est monté un initiateur thermique 8 d'un pain générateur d'oxygène 9 contenu dans une enveloppe intérieure 10 de forme générale tronconique, disposée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 1. Cette enveloppe intérieure est constituée en un tissu de fibres réfractaires exempt de traces d'hydrocarbures. Le pain générateur d'oxygène est avantageu- sement constitué à base de chlorate d'un métal alca- lin, Dans sa face 11 dirigée vers l'initiateur ther- mique 8, l'enveloppe intérieure 10 comporte un orifice axial 12 dans lequel est engagé un écran thermique 13 étanche au gaz de l'initiateur 8. L'écran thermique est avantageusement réalisé en acier inoxydable. L'extrémité de l'écran 13 qui pénètre dans le pain gé- nérateur d'oxygène 9 est entourée par une chambre axiale 14 creusée dans la matière du pain 9 et desti- née à contenir une composition de transmission 15. La composition de transmission est par exemple la suivan- te: Chlorate de sodium (Clo3Na) 60%, Fer (Fe) 30., Permanganate de potassium (KMnO4) 101. A l'extérieur de l'enceinte intérieure 10, l'écran thermique 13 de l'initiateur 8 est entouré par une coupelle d'étan- chéité 16 en laiton par exemple. La paroi d'extrémité 11 de l'enveloppe intérieure 10 présente un rebord tronconique 18 contre lequel prend appui une garniture 19 en acier inoxydable percée de trous 20 de mise en communication de toutes les parties de l'espace intermédiaire entre l'enveloppe extérieure 1 et l'en- veloppe intérieure 10. La garniture 19 est soudée dans un boitier 21 de forme cylindrique également en acier inoxydable présentant une jupe latérale 22 qui s'étend à l'intérieur de l'espace défini par les enveloppes 1 et 10 sur environ un tiers de la longueur de l'enve- loppe extérieure 1. Le fond 23 du boitier 21 est pourvu d'un orifice axial 24 dans lequel est engagé l'écran thermique 13. Le fond 23 du bottier 21 est appliqué contre une collerette 25 venue de matière avec l'écran thermique et prenant appui contre le fond 6 de l'enveloppe extérieure 1. L'extrémité de la garniture 19 est constituée par une rondelle rapportée 26 appliquée contre le fond 23 du boitier 21 par un écrou 27 coopérant avec une portion filetée 28 de l'écran thermique 13. Cet écran thermique délimite une chambre 29 dans laquelle est disposée une composition sans gaz 30 génératrice de chaleur sous l'action d'une amorce 31 disposée dans un porte-amorce 32 fixé à l'extrémité de l'écran thermique 13 faisant saillie hors du fond 6 de l'enveloppe extérieure 1. La composition 30 a par exemple la formulation suivante: Fe: 50Z, KMnO4: 50Z. Le porte-amorce 32 est lui même fileté extérieurement et un manchon taraudé 33 formant entretoise et vissé sur le porte-amorce 32, a son extrémité appliquée contre la face externe du fond 6 de l'enveloppe extérieure 1. Le manchon 33 est pourvu d'une bride 34 qui coopère avec un rebord 35 prévu sur le fond 6 et entourant l'orifice 7 de ce fond. Ainsi, le manchon 33 assure par l'intermédiaire du porte-amorce 34 l'immobilisation de l'écran thermique 13 par rapport au fond 6 de l'enveloppe extérieure 1. La chambre 29 délimitée par l'écran thermique 13 et fermée par l'amorce 31 constitue une chambre étanche à des alti- tudes de l'ordre de 15000'm. A cet effet, un joint d'étanchéité 32a est placé sur le filetage intérieur du porte-amorce. Dans le porte-amorce 32 est logé un porte-percuteur 37 comportant une tête pourvue d'un percuteur 38 et une tige 39 sollicitée par un ressort hélicoidal 40 entourant la tige 39 et logé entre la tête et le fond d'un capot 41 traversé par la tige 39 et fixé à une paroi 42 faisant partie d'une enceinte de protection thermique du générateur. La tige 39 du porte-percuteur est immobili- sée en position armée par une goupille 43. Dans le fond 5 de l'enveloppe extérieure 1 est en outre montée une valve de surpression 44 du type à clapet à bille 45 appliquée par un ressort 46 contre un siège 47 de forme torique, par exemple en élastomère. A son extrémité opposée à l'initiateur, l'enveloppe intérieure 10 du pain générateur d'oxygè- ne 9 est pourvue une coupelle 48 en acier inoxydable épousant la forme de l'extrémité du pain 9 et présen- tant une jupe 49 qui constitue une chicane pour les gaz émis par le pain. Dans certains cas, la coupelle en acier ino- xydable 48 peut être doublée par un écran de protec- tion thermique en fibre réfractaire (non représenté). En contact avec l'extrémité de l'enveloppe intérieure 10 équipée de la coupelle 48 est disposé un second boitier 50 dans un creux 51 duquel est disposée l'extrémité correspondante du pain générateur d'oxy- gène 9. Dans le boitier 50 sont ménagés les orifices 52 destinés à mettre en communication l'espace ménagé par les enveloppes extérieures 1 et intérieures 10 avec une chambre 53 dans laquelle est disposé un tamis moléculaire 54 destiné au piégeage du CO2 et partiel- lement du CO. L'espace délimité par les enveloppes extérieure 1 et intérieure 10 d'une part et les boi- tiers 21 et 50 d'autre part est rempli de coton de verre ou de fibre réfractaire. L'ensemble constitué par le tamis moléculaire disposé dans le boitier 50 est placé dans un porte-filtre 56 comprenant un rebord 57 par lequel il prend appui contre le rebord rentrant 5 de la bague 3. Le porte-filtre 56 présente dans sa partie centrale un logement 58 dans lequel est logé un filtre 59 constitué par une grille métallique à mailles de 40Amax d'une rondelle d'appui 63. Le logement 58 du porte- filtre présente un orifice central 64 par lequel il est mis en communication avec le tamis moléculaire 54. Dans le couvercle 4 est monté un bouchon 65 fileté intérieurement dans lequel est vissée une valve de sortie 66 pourvue d'un clapet à billes 67 taré par un ressort 68 et appliqué contre un siège torique 69, par exemple en élastomère. Le fonctionnement du générateur d'oxygène qui vient d'êtré décrit découle directement de sa construction. En effet, lorsque l'on retire la goupil- le 43, le percuteur 38 frappe l'amorce 31 qui, assure la mise à feu de la composition 30 en provoquant un dégagement de chaleur suffisant pour assurer l'initia- tion du processus de production d'oxygène par le pain générateur 9. La présence de l'écran thermique 13 qui transmet la chaleur à la chambre 14 contenant la Com- position 15 de transmission tout en empêchant la péné- tration à l'intérieur du générateur de tout gaz prove- nant de l'amorce 31 et de la composition 30 fait en sorte que les impuretés contenues dans le gaz engendré par le pain générateur 9 ne sont dues qu'à la réaction du pain générateur lui-même. On voit donc que contrai- rement à ce qui se passe dans les générateurs d'oxygè- ne classiques, le générateur suivant l'invention per- met de réduire considérablement la pointe du taux d'impuretés telles que le CO2 et le CO en début de fonctionnement. Les gaz engendrés par le pain 9 passent à travers la masse de coton et traversent les orifices 20 et 52 de la garniture 19 et du boitier 50. A l'extrémité du pain 9 proche du boitier 50 les gaz voient leur chemin vers la sortie allongé par la cou- pelle 49 formant chicane ce qui leur permet de refroi- dir et de plus de subir une meilleure filtration. Ensuite, les impuretés et les particules fibreuses éventuelles contenues dans l'oxygène produit par le générateur sont successivement arrêtées par le tamis moléculaire 54, et dans l'axe du générateur, par le filtre métallique 59. Les performances du générateur d'oxygène à écran thermique étanche au gaz suivant l'invention apparaissent aux Fig.2 et 3 qui sont respectivement des graphiques de l'évolution en fonction du temps de la concentration en CO et en CO2 pour trois exemples de générateur d'oxygène suivant l'invention. Ces générateurs sont désignés respectivement par les lettres A.B et C. Pour tous ces générateurs, les pains géné- rateurs d'oxygène 9 sont identiques et ont été obtenus par compression et fusion. L'oxygène était prélevé dans des ballons de 5 dm3 ayant préalablement subi un rinçage à l'argon. Le temps de remplissage de chaque ballon est fonction du débit du générateur expérimenté. L'analyse des taux d'impuretés en CO, CO2, Cl2 et H 20 est effectuée au moyen de tubes "Drager". Le générateur A était réalisé sans utilisa- tion de tamis moléculaire à la sortie. On a constaté à l'issue de l'expérimenta- tion, la fusion de l'écran 13 de l'initiateur thermi- que. Pour le générateur B qui ne comportait pas lui non plus de filtre chimique, on a constaté que 3[i l'écran 13 de l'initiateur thermique n'a pas été détérioré. Pour le générateur C. dans lequel on avait placé un filtre chimique sous la forme du tamis molé- culaire 54, on a également constaté que l'écran ini- tiateur thermique n'était pas détérioré. L'évolution de la teneur en CO et en CO2 de l'oxygène produit par les trois générateurs A,B et C, est représentée sur les Fig.2 et 3, pour le générateur A par des courbes en trait plein, pour le générateur B, par des courbes en trait mixte et pour le généra- teur C, par des courbes en pointillés. Les valeurs de référence autorisées pour les teneurs en diverses impuretés de l'oxygène débité par le générateur sont les suivantes. - Teneur en CO: pendant les cinq premières secondes, inférieure à 30 ppm. puis inférieure à 15 ppm. - Teneur en C02: pendant les trente premiè- res secondes, inférieure à 5000 ppm puis inférieure à 1000 ppm. - Teneur en Cl2: pendant les cinq premières secondes inférieure à 5 ppm puis inférieure à 0,2 ppm. - Teneur en H20: inférieure à 10 mgil. En considérant les courbes des Fig.2 et 3, on constate que les résultats donnés par le générateur suivant l'invention sont nettement meilleurs que les valeurs de références autorisées. En effet, on voit d'après la courbe 8 que la teneur en CO est correcte dés le départ lorsque la paroi de l'initiateur fait parfaitement écran aux gaz d'amorce et d'après la courbe C, que les performances sont encore améliorées par l'adjonction d'un tamis moléculaire. De même. pour les mêmes raisons que précé- demment, la teneur en CO2 est très nettement améliorée par la présence du tamis moléculaire en comparant les courbes des générateurs B et C. Par ailleurs, bien que des courbes de l'évolution de la teneur en Cl2 n'aient pas été représentées, on a constaté que celle-ci était toujours inférieure à 0,2 ppm. Quant à la teneur en H20, elle était infé- rieure à 10 mg/l pour les générateurs A et C et voi- sine de 10 mg/l pour le générateur B. Un fonctionnement correct des valves de sortie permet de contrôler en partie la pression de fonctionnement du générateur. L'association de l'écran étanche au gaz de l'intiateur thermique avec un tamis moléculaire en sortie du générateur assure une amélioration consi- derable de la pureté de l'oxygène obtenu. REVENDICATIONS 1. Générateur d oxygène comprenant une enve- loppe (1,10) contenant un pain générateur d'oxygène (9) dont le déclenchement est assuré par un initia- teur (8) lui-même'actionné par des moyens à commande manuelle (37,43), ladite enveloppe étant pourvue d'une valve (66) de sortie de l'oxygène, caractérisée en ce que ledit initiateur (8) est un initiateur thermique séparé par un écran (13) étanche aux gaz, de la ma- tière du pain générateur thermique (9). 2. Générateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran thermique (13) de l'ini- tiateur (8) est engagé par une de ses extrémités dans une chambre (14) creusée dans la matière du pain géné- rateur d'oxygène, ladite chambre contenant une compo- sition de transmission (15). 3. Générateur suivant l'une des revendica- tions 1 et 2 dont l'enveloppe est constituée d'une enveloppe extérieure (1) et d'une enveloppe intérieu- re (10), caractérisé en ce que l'extrémité de l'écran thermique (13) de l'initiateur, engagée dans le pain générateur d'oxygène (9) traverse une paroi d'extrémi- té (11) de l'enveloppe intérieure (10) et est entourée par une coupelle d'étanchéité (16) fixée à l'extérieur de ladite paroi d'extrémité (11) de l'enveloppe inté- rieure (10). 4. Générateur suivant l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'écran thermique (13) de l'initiateur comporte une chambre étanche (29) contenant une composition sans gaz (30) génératrice de chaleur et communiquant avec une amorce (31) montée dans un porte-amorce (32) fixé à l'extrémité de l'é- cran thermique (13) opposée au pain générateur d'oxy- gène (9>. 5. Générateur suivant l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que l'écran thermique comporte une collerette (25) par laquelle il est fixé entre le. fond (6) de l'enveloppe extérieure (1) et un premier boltier (21) monté dans l'enveloppe extérieu- re (1). 6. Générateur suivant l'une des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce qu'à l'extrémité du pain générateur d'oxygène (9) opposée à l'initiateur (8) est disposé un second bottier (50) pourvu de trous (52) de mise en communication de l'espace entre les enveloppes extérieure (1) et intérieure (10) avec une chambre (53) contenant un tamis moléculaire (54). 7. Générateur suivant la revendication 6. caractérisé en ce qu'entre l'extrémité du pain géné- rateur d'oxygène (9) opposée à l'initiateur (8) et le second boîtier (50) qui lui est associé, est inter- posée une coupelle (48) formant chicane pour les gaz. 8. Générateur suivant l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que ledit écran thermique (13) de l'initiateur (8) est réalisé en acier inoxydable.