Brevet FR2619014A1 — publié le 19890210

Procédé de production d'un débit d'azote liquide ou gazeux à par- tir d'une enceinte isotherme contenant de l'azote-liquide et véhi- cule de lutte contre les incendies mettant en oeuvre ce procédé. On a déjà proposé, par exemple dans FR-A-2.315 290, DE-A-2 518 918 ou DE-A-3 206 827, d'utiliser l'azote liquide comme agent extinc- teur dans la lutte contre les incendies notamment les incendies de forêts. L'azote liquide présente en effet l'avantage d'assurer un refroi- dissement intense des nappes gazeuses au sein desquelles il se va- porise à une température de l'ordre de -195,8'C et de donner nais- sance, avec un coefficient d'augmentation de volume de l'ordre de 650 à la température ambiante, à un gaz qui n'est pas comburant. La dispersion d'azote liquide sur une zone incendiée assure donc à la fois le rôle de refroidissement et d'absorption calorifique re- cherché actuellement par l'aspersion d'eau et le rôle d'étouffe- ment de la combustion par manque d'oxygène que l'on recherche par la technique dite du contre-feux. Les documents antérieurs ci-dessus cités ne proposent toutefois aucun moyen réellement efficace pour mettre en oeuvre l'agent ex- tincteur-constitué par l'azote liquide. FR-A-2 315 290 se borne à indiquer qu'il faut lancer de l'azote solide ou liquide sur le foyer en gardant une distance suffisante pour échapper au dégage- ment brusque de l'azote et DE-A-2 518 918 et 3 206 827 proposent d'incorporer la charge d'azote liquide ou de C02 liquéfié dans des projectiles qui peuvent être des bombes d'avion. Ces modes de dispersion qui sont d'une efficacité quasi-nulle en raison de l'absence de moyens pour disperser la charge sur une zo- ne de surface adaptée à son-importance, n'ont pas, à la connais- sance du demandeur, reçu d'application pratique sauf, dans le cas de la bombe à neige carbonique, comme agent pluvigène. La présente invention est basée sur l'observation que l'on sait actuellement transporter dans des véhicules, notamment terrestres, des masses importantes de gaz liquéfié dans des citernes isother- miques qui sont maintenues à l'air libre pour permettre l'échappe- ment du gaz vaporisé. Du fait que la vaporisation est endothermi- que, ces citernes sont fortement calorifugées pour limiter la va- porisation et la technique du calorifugeage a atteint un haut de- gré d'efficacité de sorte que l'on peut stocker économiquement de grands volumes d'azote liquide lequel, de plus, étant un sous pro- duit de la fabrication de l'oxygène liquide, est relativement peu onéreux. La présente invention a comme premier objet un procédé de produc- tion d'un débit d'azote liquide ou gazeux à partir d'une enceinte isotherme contenant de l'azote liquide caractérisé en ce qu'on gé- nère, à l'intérieur de l'enceinte isotherme, un apport thermique d'environ 7 à 800 J (3,5 kcal) par litre de fluide à débiter. Du fait qu'un apport thermique de 161 J (0,161 kW) assure la vapo- risation d'un centimètre cube d'azote liquide donnant 0,2 litre d'azote gazeux à la température de vaporisation de 195,8'C, il est possible de contrôler le débit en contrôlant l'apport thermique qui sera assuré de préférence par une résistance électrique immer- gée. Ce mode de contrôle du débit qui est formé d'azote gazeux, si la prise de sortie est au-dessus du niveau de l'azote liquide, ou *d'azote liquide, si la prise est au-dessous du niveau est de tou- te évidence très simple et très souple et se prête mieux à la mi- se en oeuvre avec des citernes isothermiques interchangeables se- lon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention que les systèmes classiques avec pompe immergée ou insufflation dans le réservoir d'un gaz sous pression. Le debit d'azote liquide ou gazeux produit est réparti par le vé- hicule de lutte anti-incendie soit sous forme d'un jet dirigé di- rectement sur le foyer, soit, au vent de l'incendie, sous forme d'une nappe non comburante à basse température qui sera poussée par le vent sur la zone incendiée. Le véhicule de lutte contre l'incendie conforme à l'invention qui comporte une citerne isotherme pour le transport d'azote liquide est caractérisé par un échangeur thermique noyé dans cette citer- ne.Cet échangeur thermique est de préférence une résistance élec- trique immergée. Dans le cas de la projection directe sur le foyer on peut envïsa- ger d'assurer, par une conduite débouchant à l'air libre par une lance dirigeable vers le haut dont l'entrée plonge dans le volume d'azote liquide de la citerne dont l'évent est alors obturé, la projection d'azote liquide sous l'effet de la surpression créée à l'intérieur de la citerne par la vaporisation d'azote assurée par l'apport thermique. L'azote liquide est alors vaporisé par em- prunt à la chaleur du foyer de 161 kJ (673 kcal) par litre d'azo- te liquide en donnant un volume d'azote gazeux non comburant de 0,242 m3 à -195 C et très froid avec condensation de la vapeur d'eau et autres gaz ayant une température de liquéfaction supé- rieure à la température de l'azote gazeux contenu dans le produit de la combustion, les 0,242 m3 étant réchauffés jusqu'à la tempé- rature ambiante par emprunt à l'ambiance pour donner 0,646 m3 en prélevant environ 164kJ sur l'ambiance. Par contre, dans le cas de la projection sur une zone non incen- diée ou éteinte située au vent de la zone de feu, les calories am- biantes sont en général insuffisantes pour vaporiser rapidement l'azote liquide pulvérisé sur une bande longeant la trajectoire du véhicule. Il serait possible d'envisager d'accroître l'apport thermique par la résistance immergée en ne dispersant que l'azote gazeux vaporisé à la température de 195'C mais, outre que la puis- sance électrique nécessaire serait importante, il se produirait un bouillonnement de l'azote liquide et un risque d'élévation de la pression interne. Pour un véhicule de lutte contre l'incendie chargé de dix tonnes d'azote liquide (soit 12.400 litres) et se déplaçant à une vites- se de 6 km/h, une action d'extinction efficace devrait, sous ré- serve de vérifications expérimentales, être obtenue avec certitu- de avec une nappe d'azote gazeux à températue ambiante de un mè- tre d'épaisseur et quinze mètres de large engendrée par la vapori- sation d'environ 23 litres d'azote liquide par mètre linéaire et à la vaporisation dans la citerne, par la résistance immergée con- trôlant le débit, de 100 cm3 soit 81 grammes d'azote liquide, soit un apport thermique de 16,1 kJ. La vitesse de déplacement donnée à titre d'exemple correspond à 6 000: 3 600 = 1,61 m/s et l'apport calorifique à assurer pour créer le débit recherché est de 26 kJ par seconde soit 26 kW. Cet apport calorifique devra être assuré pendant 12 400: 23 = 540 secondes, soit en pratique neuf minutes, - le front d'extinction créé ayant environ 870 mètres. Pour que la charge de 10 tonnes d'azote liquide soit-vaporisée de manière à créer avec certitude un front d'extinction gazeux sous forme d'une nappe froide non comburante il faut assurer en 540 se- condes la vaporisation dans la cuve de 56,4 litres d'azote liqui- de, soit un apport thermique de 9080 kJ (38000 kcal) et la vapori- sation des 12 400 litres d'azote liquide, soit un apport thermi- que de 2.10e kJ. Pour assurer ce résultat, le véhicule est muni d'un vaporisteur dans lequel est déversé l'azote liquide débité depuis la citerne isotherme. Ce vaporisteur sera avantageusement constitué par un ou des caissons occupant toute la longueur du véhicule et notamment deux caissons latéraux formant les longerons du véhicule avec des canalisations d'amenée de l'azote liquide et des orifices laté- raux de sortie de l'azote gazeux. De préférence, les parois de ces caissons seront en un matériau à très grande capacité calorifique et haute conductibilité thermique de manière à pouvoir emmagasi- ner, avant l'entrée en action du véhicule, le maximum des calo- ries constituant l'apport thermique de vaporisation et à les res- tituer dans le temps imparti de neuf minutes à 12 400 litres d'a- zote liquide. Selon un mode de réalisation préférentiel, le ou les vaporisa- teurs sont constitués sous forme d'échangeurs thermiques avec les effluents thermiques du moteur de propulsion, c'est-à-dire les gaz d'échappement et/ou l'eau de refroidissement. En cas d'insuffisan- ce, l'apport calorifique complémentaire peut être assuré avec des charges auto-comburantes telles que des cartouches de thermite placées de préférence directement dans le vaporisateur. Un moteur de 200 ch Din de puissance (146 kW) présente une perte thermique dans les gaz déchappement d'environ 150 kW. Avec un récupérateur thermique ayant un rendement de 0. 8, les calories nécessaires à la vaporisation de la charge totale d'azote seront stockées en envi- ron trente fois le temps de dispersion de la charge soit 4 heures minutes. Cette durée pouvant être prohibitive, il est possible selon une autre caractéristique de préchauffer avec des brûleurs la capacité thermique du vaporisateur. Le véhicule conforme à l'invention ayant pour objet de créer une atmosphère froide non comburante est exposé à se trouver placé dans une atmosphère non comburante qui peut être celle qu'il crée ou l'atmophère pauvre en oxygène de l'incendie qu'il vient combat- tre. Il en résulte un double danger d'asphyxie pour ses occupants et d'arrêt pour le moteur. Pour parer ces dangers, le véhicule est protégé par une carapace d'isolation thermique, il est équipé d'une réserve d'oxygène, la cabine est étanche et placée sous atmosphère à teneur en oxygène contr8ôlée, et le moteur est équipé d'un by-pass des gaz d'échappe- ment refroidis par passage sur un échangeur dont le fluide froid est de l'oxygène liquide qui est mélangé avec les gaz d'échappe- ment refroidis pour alimenter le moteur. Le véhicule est de préfé- rence muni en outre d'un moteur électrique susceptible de fonc- tionner en génératrice pour charger des accumulateurs électriques alimentant les résistances électriques immergées de vaporisation de l'azote liquide ou, en cas d'urgence, comme propulseur électri- que du véhicule. Selon un mode de réalisation préférentiel le véhicule conforme à l'invention est un véhicule à plate-forme muni, sur les deux cô8- tés de la plate-forme, de vaporisateurs, la plate-forme étant équipée pour recevoir une ou plusieurs citernes isothermiques amo- vibles avec des moyens de fixation rapide desdites citernes et un raccord électrique entre le véhicule et la ou les résistances électriques immergées de chaque citerne, chaque citerne étant mu- nie d'au moins une canalisation de refoulement de l'azote liquide qui vient déboucher dans l'entrée du vaporisateur. Avec ce mode de réalisation les citernes isothermiques remplies d'azote ou d'oxygène liquide peuvent être approvisionnées et éven- tuellement stockées à proximité du sinistre par des moyens de transport rapide à grande capacité tels que transports routiers ou ferroviaires et être mises en place sur l'engin d'intervention pour la dispersion, ce qui permet de concevoir un engin moins ra- pide et plus léger, notamment un engin sur chenilles qui peut être muni de moyens annexes tels que lame de bull-dozer pour l'abatta- ge des arbres et buisssons s'opposant à son passage, ou fléaux ou rouleaux pour l'extinction du feu par écrasement. On peut également prévoir sur l'engin des moyens d'attelage pour une remorque habitable isolée thermiquement, étanche et alimentée en atmosphère contrôlée pour réaliser un moyen de secours pour l'évacuation des personnes encerclées par l'incendie ou pour l'a- menée du personnel d'intervention. Du fait des très basses températures régnant au droit du point de vaporisation de l'azote liquide, températures largement inférieu- res à -100'C, l'engin conforme à l'invention peut également être utilisé pour précipiter par pulvérisation, en vue d'en faciliter la neutralisation, les nuages de gaz toxiques en contenant des particules mouillables en suspension dans un gaz ou de la vapeur d'eau, lorsque le gaz est liquéfiable à des températures supérieu- res à la température de l'atmosphère artificielle créée. Il est à remarquer que l'azote étant un gaz plus léger que l'oxy- gène et que le mélange oxygène azote qui constitue l'air, il se dilue dans l'atmosphère ambiante dès qu'il est en équilibre de lO température et il n'est pas nocif du fait qu'il y a seulement ré- duction de l'oxyhémoglobine, comme lors d'un séjour en altitude, mais sans formation de carboxyhémoglobine comme dans le cas de l'asphyxie par les fumées. Une insufflation d'oxygène pratiquée dans le quart d'heure ou la demi-heure suivant la perte de con- naissance par inhalation d'azote pur devrait assurer la reversibi- lité de l'état physiologique. Le procédé ne présente donc aucun risque pour le personnel d'intervention qui peut être muni de com- binaisons thermiques étanches pour éviter le froid du vent d'azo- te glacé auquel le personnel n'est cependant pas soumis normale- ment et de respirateurs à oxygène. Il est également possible, sous réserve d'un réchauffage de l'azo- te gazeux au-dessus du point de congélation des substances mous- santes liquides disponibles commercialement, d'utiliser le flux d'azote sous pression pour générer une mousse sèche à base d'azo- te sous forme d'un boudin de mousse destiné à être poussé sur la zone incendiée par le vent attisant et propageant l'incendie. L'invention sera décrite ci-après sous forme d'un exemple de réa- lisation purement illustratif avec référence au dessin ci-annexé dont la figure unique représente une vue en coupe transversale schématique du véhicule. Dans le dessin la référence 1 désigne le bâti du véhicule qui com- porte une plate-forme 2. Le véhicule est du type chenillé, les chenilles étant schématisées en 3 et un pont en 4. t La plate-forme est isolée thermiquement par une couche isolante 5. Sur la plate-forme 2 est posée par une base 6 la cuve citerne ca- lorifugée désignée par la référence générale 7. La base 6 de la cuve est fixée de façon amovible sur la plate-forme 2 par des dis- positifs à vis de blocage 8. La cuve calorifugée 7 comporte une enveloppe externe 9 et une cuve interne 10 mécaniquement résistan- te avec entre elles une isolation cryogénique d'un type quelcon- que usuel (non représenté). La cuve 10 est fermée à sa partie su- périeure par une tampon de remplissage 11 dans lequel est ménagé un évent 12 obturable par un obturateur 13. Une soupape de sécuri- té 14 est tarée pour s'ouvrir sous la pression de sécurité de la cuve 10 lorsque l'obturateur 13 est fermé. Conformément à l'invention une résistance électrique blindée 15 est montée au fond de la cuve 10 et alimentée par un conducteur 16 se terminant par une prise débranchable 17. L'alimentation de la prise est contrôlée en puissance depuis la cabine du véhicule. Deux dispositifs différents de mise en oeuvre du débit d'azote li- quide refoulé par l'azote vaporisé par la puissance dissipée par la résistance 15 ont été illustrés schématiquement. Dans la par- tie de gauche un tube plongeur 18 descend à proximité du fond de la cuve 10 et se termine à sa partie supérieure par une lance 19 contrôlée par une vanne 20. Le tube plongeur 18 et la lance 19 ont une section décroissante pour accroître la vitesse du jet à la sortie et augmenter la portée de la projection d'azote liquide perpendiculairement à la route suivie par le véhicule. Le deuxième système représenté dans la partie de droite de la fi- gure comporte un tube plongeur 21 qui descend au fond de la cuve et qui se prolonge par un tube 22 extérieur à la citerne lequel se termine au dessus d'un entonnoir 23 d'introduction de l'azote li- quide dans le système d'évaporation. On peut raccorder le tube 22' de façon étanche à l'entrée 24 du système d'évaporation lorsque l'azote gazeux doit être projeté sous pression. Dans la partie de droite de la figure le système d'évaporation a été représenté comme comportant une capacité thermique 25 isolée thermiquement par une couche 26, cette capacité pouvant être cons- tituée par une masse de réfractaire. Des canaux 27 prévus dans - cette capacité thermique 28 sont parcourus par les gaz d'échape- ment du moteur ou des gaz de combustion provenant d'une source in- dépendante. Dans la capacité thermique 25 est d'autre part réali- sée une chambre lamellaire 28 alimentée en azote liquide par l'en- tonnoir 23 et qui présente une fente latérale 29 de sortie de l'a- zote vaporisé. Dans la partie du gauche la vaporisation de l'azote liquide se fait par injection dans une enceinte constituée par les canaux 27' et la chambre lamellaire 28, le mélange de l'azote gazeux et des gaz de combustion refroidis étant éjecté par une tuyère latérale 30. 26.19014 Revendications 1. Un procédé de lutte centre l'incendie dans lequel on utilise comme agent d'extinction de l'azote liquide contenu dans une enceinte isotherme, - caractérisé en ce qu'on contrôle le débit d'azote liquide ou gazeux formant l'agent d'extinction en générant, à l'intérieur de l'enceinte isotherme, un ap- port thermique d'environ 7 à 800 J (3,5 kcal) par litre de fluide à débiter. 2. Un procédé de lutte contre l'incendie selon la revendication 1, LO caractérisé en ce que le débit d'azote liquide ou gazeux produit est réparti sous forme d'un jet dirigé directement sur le foyer. 3. Un procédé de lutte contre l'incendie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit d'azote liquide ou gazeux produit L5 est réparti, au vent de l'incendie, sous forme d'une nappe gazeu- se non comburante à basse température. 4. Un véhicule de lutte contre l'incendie mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3 compor- tant une citerne isotherme (7) pour le transport d'azote liquide, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur thermique (15) noyé dans la citerne (10). 5. Un véhicule de lutte contre l'incendie selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une conduite (18) débou- chant à l'air libre par une lance (19) dirigeable vers le haut dont l'entrée plonge dans le volume d'azote liquide de la citerne (10) dont l'évent (12) est alors obturé. 6. Un véhicule de lutte contre l'incendie selon la revendication 4, caractérisé en ce que le véhicule est muni d'un vaporisateur (25) dans lequel est déversé par une tubulure (21-22) plongeant au fond de la citerne (10), l'azote liquide refoulé par l'azote gazeux va- porisé par l'échangeur thermique. 7. Un véhicule de lutte contre l'incendie selon la revendication 6, caractérisé en ce que le vaporisteur est constitué sous forme d'é- changeurs thermiques (27-28) avec les effluents thermiques du mo- teur de propulsion. 8. Un véhicule de lutte contre l'incendie selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous forme d'un véhicule à plate-forme (2) muni, sur les deux côtés de la plate-forme, de va- porisateurs (25-28), la plate-forme étant équipée pour recevoir une ou plusieurs citernes isothermiques (7) amovibles avec des moyens (8) de fixation rapide desdites citernes et un raccord électrique (17) entre le véhicule et la ou les résistances élec- triques (15) immergées de chaque citerne, chaque citerne étant mu- nie d'au moins une canalisation (21-22) de refoulement de l'azote liquide qui vient déboucher dans l'entrée (23) du vaporisateur.