Brevet FR2577657A1 — publié le 19860822

DISPOSITIF DE SECURITE SUSCEPTIBLE DE SE ROMPRE SOUS L'EFFET DE LA PRESSION D'UN FLUIDE. La présente invention concerne un dispositif de sé- curité à libération de pression du type à rupture. De très nombreux appareils ou installations mettant en oeuvre des fluides sous pression nécessitent la pré- sence d'un système de sécurité permettant d'éliminer les risques qu'entrainerait une surpression par suite, par exemple, d'une surchauffe. Ainsi, par exemple, il est connu dans le domaine des appareils permettant la production d'aérosols (ato- miseurs} ainsi que pour les batteries, de réaliser l'en- veloppe (ou boitier) de tellesorte qu'elle comporte des zones susceptibles de se rompre ou des ouvertures qui permettent d'éviter une surpression du fluide à l'inté- rieur de l'enveloppe ou de l'enceinte, par exemple dans le cas d'une surchauffe. Dans d'autres types d'appareils ou installations, on utilise un ou plusieurs disques de rupture afin d'assurer la protection contre une surpres- sion, ce ou ces disques permettant de libérer le fluide sous pression lorsque la pression atteint un niveau su- périeur à un niveau prédéterminé. Dans la suite de la description, le terme "dispositif" es-tutilisé dans un sens large pour désigner tout réservoir, enveloppe, as- semblage ou appareillage qui comporte un élément ou par- tie susceptible de se rompre sous la pression d'un flui- de ou qui renferme une surface à libération de pression susceptible de se rompre, par exemple des disques de rupture, des assemblages à disque de rupture, des ato- 30.miseurs et autres réservoirs ou enceintes contenant des fluides sous pression, des enceintes telles que par exem- ple les enceintes de batteries qui contiennent des ma- tières qui peuvent développer une pression lors d'une surchauffe ou d'autres conditions.... La plupart des solutions envisagées à ce jour, -2- lorsque les zones à libération de pression susceptibles de se rompre sont intégrées à l'enceinte ou enveloppe elle-même, consistent à réaliser des zones de moindre résistance, qui se romoent lorsque l'on atteint un niveau de pression prédéterminé. Par exemple, le DE-A- 2 336 889 décrit un atomiseur à aérosol sous pression dont le réservoir comporte un fond concave comprenant une zone de moindre résistance dont l'épaisseur de la paroi est beaucoup plus mince que celle du restant du fond. Cette zone de moindre résistance comporte soit un renfoncement longitudinal, soit un renfoncement circon- férentiel ou un renfoncement traversant la surface dans des directions différentes. La zone de moindre résistan- ce se rompt lorsque la pression à l'intérieur de l'encein- te atteint un niveau élevé mais ce, à des pressions qui peuvent varier grandement. De plus, de tels réservoirs ou enceintes ne peuvent pas être produits en grande sé- rie. Par ailleurs, afin d'avoir un relachement de pres- sion positif et contrôlé, il' a été proposé une très gran- de variété de disques de rupture et d'ensembles à disque de rupture. Par exemple, 1'US-A-3 834 580 décrit un dis- que de rupture à bombement inverse concave-convexe, ce disque étant monté entre des éléments supports d'entrée et de sortie. Le disque de rupture comporte une partie concave-convexe présentant des rainures, par exemple sous la forme d'une rainure étroite et allongée ou empreinte formée à sa surface qui permet de créer une ligne cor- respondante de moindre résistance. Une ou plusieurs rai- nures peuvent éventuellement être prévues de manière à former différents types de configuration, tels que des cercles, arcs de cercles ou croix. Bien que de tels types de disques de rupture à bom- bement inverse concave-convexe permettent d'obtenir une grande précision et soient largement utilisés, ils sont -3- cependant susceptibles d'être endommagés durant leur fabrication, leur manipulation et/ou mise en place, ce qui peut affecter leur fonctionnement. Par ailleurs, dans les applications nécessitant de faibles pressions, il est nécessaire d'utiliser des matériaux extrêmement fins, ce qui fait que de tels disques sont encore plus suscep- tibles d'être endommagés. La présente invention vise à surmonter les inconvé- nients des solutions antérieures et concerne un disposi- tif de sécurité susceptible de se rompre sous l'effet de la presion, ledit dispositif pouvant être soit intégré à l'appareil à protéger et être constitué par une partie de la paroi même de l'enveloppe ou enceinte dudit appa- reil, soit être rapporté. D'une manière générale, l'invention concerne donc un dispositif de sécurité susceptible de se rompre sous l'effet de la pression, ce dispositif comportant une pa- roi d'épaisseur 'sensiblement uniforme, formant partie in- tégrante ou étant rapportée à l'enveloppe cu enceinte de l'appareil à protéger, ladite paroi comportant une em- preinte qui forme un renfoncement par rapport à la sur- face extérieure de l'enceinte, au moins une rainure ou encoche étant réalisée dans ledit renfoncement de maniè- re à définir une surface d'évacuation détachable par rup- ture, ladite empreinte étant dimensionnée de telle sorte que lorsqu'une pression de fluide prédéterminée s'exerce depuis l'intérieur de ladite enceinte sur la paroi, cette empreinte s'inverse et se déchire le long de la ligne de moindre résistance créée par l'entaille, ce qui permet de détacher une partie de la paroi correspondant à ladite surface d'évacuation et permettant donc de libérer la pression de l'intérieur de l'enceinte, le dispositif se- lon l'invention se caractérisant par le fait que l'em- preinte est sensiblement en forme de tronc. De telles enceintes ou enveloppes comportant un - 4 - tel dispositif de rupture conforme à l'invention peuvent donc être réalisées à partir d'un matériau dont l'épais- seur est généralement plus élevée pour une dimension et pression de rupture donnée que ceux réalisés à ce jour et sont donc moins susceptibles d'être endommagées et peu- vent être produites en masse. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à la description qui suit et des exemples donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui sont illustrés par les schémas an- nexés dans lesquels: - - la figure 1 est une vue en élévation en coupe d'un assemblage comportant un disque de rupture conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 montrant un tel assemblage à disque de rupture après pro- duction d'une telle rupture; - la figure 3 est une vue de côté, partiellement en coupe, de l'enceinte d'une batterie réalisée conformément à l'invention; - la figure 4 est une vue en bout de l'enceinte de batterie illustrée à la figure 3 - la figure 5 est une vue similaire à la figure 3, après rupture - la figure 6 est une vue-de côté, partiellement en coupe, d'un atomiseur réalisé conformément à l'invention - la figure 7 est une vue en bout de l'atomiseur illustré à la figure 6; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 6 après rupture; - la figure 9 est une vue de côté en coupe d'un disque de rupture selon la présente-invention; - la figure 10 est une vue en plan de dessous du disque de rupture de la figure 9 - la figure 11 est une vue de côté en coupe du - disque de rupture des figures 9 et 10 après inversion et rupture; - la figure 12 est une vue de côté en coupe du dis- que de rupture des figures 9, 10 et 11 après ouverture totale; - la figure 13 est une vue en plan de dessous d'une seconde forme de réalisation d'un disque de rupture con- forme à la présente invention; - la figure 14 est une vue de côté en coupe du dis- que de rupture de la figure 13 après inversion, rupture et ouverture complète; - la figure 15 est une vue de côté en coupe d'une troisième forme de réalisation d'un disque de rupture conforme à l'invention; - la figure 16 est une vue de dessous en plan du disque de rupture de la figure 15; - la figure 17 est une vue de côté en coupe du dis- que de rupture des figures 15 et 16 après inversion, rup- ture et ouverture totale dans une direction et, - la figure 18 est une vue de côté en coupe du dis- que de rupture des figures 15 et 16 après rupture et ou- verture totale dans une autre direction. Si l'on se reporte aux figures 1 et 2 annexées, l'assemblage (10) comportant un disque de rupture selon l'invention comporte des éléments supports d'entrée et de sortie (12) et (14) entre lesquels est serré le disque de rupture (16) au moyen d'une pluralité de boulons et écrous (18,20). Le disque de rupture (16) comporte une partie annu- laire (22) reliée à une partie centrale (24) se présen- tant sous la forme d'une empreinte ayant sensiblement la forme d'un tronc. Cette empreinte est de forme tronconi- que et son côté convexe est disposé face à la pression qui apparaît à l'entrée de l'élément support (12). L'em- preinte (24) est constituée par une paroi tronconique (27) -6- et un fond (29), de préférence plat, mais qui peut être légèrement courbé dans l'autre direction. Une fente cour- be (26) est formée dans le fcnd (29) de l'empreinte (24) de préférence sur le côté concave de cette empreinte. Dans la forme de réalisation illustrée aux figures 1 et 2, la fente (26) est courbe et définit une zone circu- laire de rupture détachable (28) (figure 2) dans le dis- que (16) relié au restant du disque par une zone (30) non entaillée formant charnière de retenue. Lorsque la pression à l'intérieur de l'entrée (12) et qui s'exerce donc sur le disque de rupture (16) at- teint un niveau prédéterminé, la paroi tronconique (27) s'inverse d'ellemême-instantanément, ce qui provoque la déchirure du disque le long de la ligne de moindre résis- tance formée par l'encoche (26). Par suite, une portion de disque correspondant à la surface de soufflage (28), se détache de manière illustrée à la figure 2 et le flui- de sous pression peut être évacué. La zone (30) non fen- due forme charnière et retient la partie soufflée (28) reliée au restant du disque. Les figures 3, 4 et 5 illustrent une enceinte de bat- terie (40) réalisée conformément à l'invention. Une tel- le enceinte de batterie comporte, une partie (42) de sa paroi, d'épaisseur sensiblement uniforme, qui présente une zone de rupture à libération de pression et qui est constituée par une empreinte (ou renfoncement) (44) de forme sensiblement tronconique comportant une paroi (46) sensiblement tronconique et un fond (48). Ainsi que cela est clairement vu à la figure 4, une entaille (50) courbe est formée dans le fond (48) dans une zone adjacente à la paroi tronconique (46). L'entaille (50) définit une zone de rupture détachable circulaire (52) reliée au restant de la paroi (42) par une zone (54) non entaillée formant charnière. Lorsque les conditions de surpression se produisent -7- à l'intérieur de l'enceinte, la pression exercée sur le côté convexe de l'empreinte (44) provoque son inverse- ment et, par suite, une rupture de la manière illustrée à la figure 5. La paroi (42) casse ou se déchire le long de la ligne de moindre résistance créée par l'entaille (50) et, par suite, la zone de soufflage (52) est déta- chée et courb.e vers l'extérieur mais est cependant retenue par la zone non entaillée (54) qui forme charnière. Les figures 6,7 et 8 illustrent un atomiseur (60) réalisé conformément à l'invention, l'enceinte ou réser- voir de cet atomiseur comportant une paroi (62) d'épais- seur sensiblement uniforme et qui présente un renfonce- ment (64) de forme tronconique constitué essentiellement d'une paroi (66) tronconique et d'un fond (68). Une en- taille courbe (70) est formée sur le côté concave du fond (68) et définit une zone de rupture détachable cir- culaire (72). Un tel appareil fonctionne de la même manière que précédemment, c'est-àdire que lorsque des conditions de surpression se produisent à l'intérieur de l'enceinte (60), l'empreinte (64) s'inverse et se rompt, ce qui entraîne l'arrachement de la zone de soufflage (72) qui se courbe vers l'extérieur et permet l'évacuation des fluides sous pression au travers de l'ouverture ainsi formée. Une zone non entaillée.(74) forme charnière et retient la partie de la paroi (72) reliée au restant de la paroi (62). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ces seules applications et peut être également appliquée à tout autre ensemble à disque de rupture ou réservoir pou- vant contenir un fluide sous pression. De plus, d'autres types de configurations de forme d'encoches ainsi que le nombre de telles encoches peuvent être envisagés. Par exemple, les encoches peuvent avoir la forme de lignes droites qui se croisent et peuvent être formées sur le sommet ou le sommet des côtés de la partie de forme co- nique ou de l'empreinte (renfoncement) d'un disque de rupture ou réservoir, de telle sorte -que la rupture se produise sous la forme de parties ayant la forme de pétales. Ainsi, à titre d'exemple, les figures 9 et 12 illustrent plus particulièrement le disque de rupture (16) d'un ensemble (10) à disque de rupture. Un tel dis- que de rupture (16) comporte une empreinte (renfonce- ment) (24) en forme de tronc, de préférence tronconique, reliée à une partie annulaire plate (22). Comme indiqué précédemment, la pression de fluide s'exerce dans la direction de la flèche (25) (figure 9) sur le côté con- vexe du disque (16) et une entaille courbe (26) est réalisée dans le fond (-29) de la partie tronconique (24) sur le côté concave du disque (16). L'entaille (26) est de préférence disposée en coïncidence avec l'intersec- tion des côtés (27) de la partie tronconique (24) avec le fond (29). L'encoche courbe (26) forme une ligne de moindre résistance dans le disque (16) et définit une zone de rupture détachable (28) reliée par une zone (30) non entaillée, formant charnière au restant du disque. Les variables déterminant la pression à laquelle la partie tronconique (24) s'inverse et se rompt sont l'é- paisseur "c" du disque, le diamètre "b" du fond (29), le diamètre."e" de l'encoche courbe (26) et la hauteur "d" de la partie tronconique (24). L' angle "a" selon lequel la paroi tronconique (27) est inclinée influence également la pression à laquelle la partie tronconique s'inverse. Ces variables sont déterminées par des essais. D'une manière générale, il a été constaté que l'on obte- nait de bons résultats en ayant un angle "a" compris en- tre 10' et environ 75' pour un rapportdu diamètre "b" à la hauteur "d" compris entre 5 et 20. Le fonctionnement d'une telle partie tronconique -9- (24) est le suivant. Lorsque la pression de fluide exer- cée sur cette partie atteint la pression à laquelle le disque a été déterminé pour se rompre, la paroi (27) de la partie tronconique (24) fonctionne de la manière d'un ressort "Belleville" par le fait que lorsque la force exercée atteint un certain niveau, la paroi (27) s'in- verse instantanément, ce qui provoque le passage du fond (29) au travers des côtés, la matière, dont est formé le disque se déchirant ou se brisant le long de la ligne de moindre résistance créée par l'entaille (26) et ce, de la manière illustrée à la figure 11. Après inversion et amorce de rupture, si le fluide sous pression qui s'écoule à travers le disque ainsi rompu est élevé, la zone de soufflage (28) s'ouvre complètement de la maniè- re illustrée à la figure 12 mais est cependant retenue par la zone non entaillée formant charnière (30). Les figures 13 et 14 illustrent un autre mode de réalisation dans lequel le disque référencé (90) est identique au disque (16) à l'exception cependant du fait qu'il comporte deux entailles courbes (92). Ces deux en- tailles (92) sont disposées de part et d'autre de deux zones (93) non entaillées et définissent deux portions (94) de rupture détachables. En fonctionnement, lorsque la partie tronconique s'inverse et que le disque se rompt, les parties du disque correspondant aux zones (94) sont repliées vers le bas autour d'une charnière centrale définie par les zones (93). Les figures 15 à 18 illustrent une autre forme d'appareil (100) comportant une partie tronconique (102) relive à une partie annulaire plate (104). La portion (102) comporte des parois tronconiques (106) reliées à un fond (108). Une encoche courbe (110) est formée dans le fond (108). Ainsi que cela ressort plus clairement de la figure 16, l'entaille courbe (110) définit une zone de rupture détachable (112) reliée au restant du disque - 10 - par une zone non entaillée (114) formant charnière. De plus, l'appareil (100) comporte une seconde entaille courbe (116) réalisAe sur le côté concave du disque (100) à l'intersection dela oaroi tronconique (106) et de la partie plate annulaire (104). L'entaille (116) circons- crit la partie tronconique (102) à l'exception d'une zone non entaillée (118) qui est espacée circonféren- tiellement de la zone formant charnière (114). Un tel disque (100) est utilisé dans les applications pour les- quelles la pression de fluide peut être exercée des deux côtés dudit disque. Lorsqu'une pression de fluide prédé- terminée s'exerce sur le disque (100) selon la direction indiquée par la flèche (120) à la figure 15, la partie tronconique (102) s'inverse et le disque se rompt et s'ouvre de la manière illustrée à la figure 17 de la même manière que celle décrite précédemment pour le dis- que (16). Lorsqu'une pression de fluide prédéterminée s'exerce sur le disque (100) sur le côté opposé, c'est- à-dire dans la direction indiquée par la flèche (122) à la figure 15, le disque se rompt le long de l'entaille (116) et la totalité de la partie tronconique (102) est déplacée vers le haut et est retenue par la zone formant charnière (118) comme iontré à la figure 18. Bien entendu, le nombre et la configuration des entailles peut être adapté en fonction des besoins. Comme dit précédemment, l'invention n'est pas limi- tée aux exemples de réalisation donnés précédemment mais elle en couvre également toutes les variantes réalisées dans le même esprit. - 11 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif de sécurité susceptible de se rompre sous l'effet de la pression, ce dispositif comportant une paroi (22,42,62,90,100) d'épaisseur sensiblement uni- forme, formant partie intégrante ou étant rapportée à l'enveloppe ou enceinte de l'appareil à protéger, ladite paroi comportant une empreinte (24,44,64,102) qui forme un renfoncement par rapport à la surface extérieure de l'enceinte, au moins une rainure ou encoche (26,50,70, 92,110) étant réalisée dans ledit renfoncement de maniè- re à définir une surface d'évacuation (28,52,72,94,112) détachable par rupture, ladite empreinte étant dimen- sionnée de telle sorte que lorsqu'une pression de fluide prédéterminée s'exerce depuis l'intérieur de ladite enceinte sur la paroi, cette empreinte s'inverse et se déchire le long de la ligne de moindre résistance créée par l'entaille (26,50,70,92,110), ce qui permet de dé- tacher une partie de la paroi correspondant à la surfa- ce d'évacuation (28,52,72,94,112) et permet donc de libérer la pression de l'intérieur de l'enceinte, le dispositif selon l'invention se caractérisant par le fait que l'empreinte (24,44,64,102) est sensiblement en forme de tronc. 2/ Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (42, 62) est formée d'une partie de la paroi même de l'enceinte (40,60) définissant l'enve- loppe. 3/ Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite enceinte de fluide (40) est une encein- te de batterie. 4/ Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enceinte de fluide (60) est un atomiseur. / Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé par un assemblage (10) à disque de rupture et que la paroi est constituée par un disque - 12 - de rupture (16) monté entre des supports d'entrée et de sortie (12) et (14) d'un ensemble sous pression. 6/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'entaille (26,50,70,92,110,116) est courbe et définit une zone circulaire de rupture détachable reliée au restant du disque par une zone (30,54,70,93,114,118) non entaillée formant charnière de retenue. 7/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'empreinte est de forme tronco- nique. 8/ Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'entaille ou encoche (26,50,70,110) est dis-' posée sensiblement en coïncidence avec l'intersection des côtés (27,46,66,106) de la partie tronconique avec le fond (29,48,68,108) de cette partie. 9/ Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite entaille ou encoche (26,50,70,110) est formée sur le côté concave de l'empreinte. 10/ Appareil selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la paroi (100) comporte une par- tie annulaire (104) entourant l'empreinte tronconique (102) et une seconde entaille courbe (116), réalisée sur le côté concave du disque (100), à l'intersection de la paroi tronconique (106) de l'empreinte et de la partie annulaire (104) permettant de définir une section de soufflage détachable circulaire plus grande, reliée au restant de la paroi latérale par une seconde zone non entaillée (78), ladite seconde encoche (116) étant for- mée sur la face opposée de ladite paroi à celle de l'en- taille (110) qui coincide sensiblement avec l'intersec- tion du fond (108) et de la paroi tronconique (106) de l'empreinte. 11/ Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la zone non entaillée (118) est espacée circon- - 13 - férentiellement de la première zone non entaillée for- mant charnière (114).