Brevet FR2633917A1 — publié le 19900112

Ensemble egénérateur d'oxyvaène à 'chlorate de sodium à haut débit La présente invention concerne d'une manière générale les ensembles de production d'oxygène du genre uti- lisant des bougies de chlorate, et plus particulièrement un générateur d'oxygène à haut débit qui comprend une bougie de chlorate placée dans un récipient de confinement de diamètre relativement petit, générateur qui peut donner un débit d'oxygène très supérieur a ceux que donnent des générateurs connus d'un diametre comparable. Le générateur de cette in- vention est intéressant pour recharger en oxygène des dispo- sitifs ou installations de stockage. Les ensembles ou installations de production d'oxygène dans lesquels on emploie des bougies de chlorates sont bien connus, dont des exemples caractéristiques sont décrits dans les brevets US 2 558 756, 3 536 070 et 4 687 640, ensembles qui comprennent une bougie de chlorate montée dans un récipient de confinement, les deux ayant d'une manière caractéristique une forme cylindrique. Les bougies de chlorate sont généralement des bougies de chlorate de sodium ou d'un autre chlorate ou d'un perchlo- rate pouvant libérer de l'oxygène à chaud, et représentati- vement le chlorate est mélangé avec un élément oxydable tel que du fer ou du carbone, un liant et un peroxyde pour épu- rer le chlore des gaz qui sont libérés au cours de la combustion, mélange formant un ensemble pyrotechnique qui est, d'une manière caractéristique, comprimé en un bloc cylindrique. L'oxygène est libéré par chauffage du chlorate de sodium suivant la réaction: 2NaClO3 ----> 302 + 2NaCl Un mélange représentatif peut comprendre 80% de chlorate de sodium, 10% de poudre de fer, 4% de peroxyde de baryum, la partie restante étant un liant, par exemple des fibres de verre. Les diverses compositions de bougies au chlo- rate sont bien connues, compositions qui peuvent varier pour -2- satisfaire des exigences spéciales. Il est bien connu que le débit d'oxygène d'une bougie de chlorate est fonction de la vitesse de com- bustion qui est inhérente au mélange pyrotechnique, de la surface de combustion et de la température environnante. Dans les conceptions de la technique antérieure la bougie de chlorate cylindrique est enflammée à une extrémité et, une fois enflammée, elle continue de brûler dans un plan perpen- diculaire à son axe, le diamètre du cylindre déterminant la surface de combustion. Un petit générateur qui est conçu pour un haut débit d'oxygène nécessite alors soit un grand diamètre par rapport a sa longueur, soit un mélange pyro- technique brûlant très rapiquement. Or, il y a des limites pratiques à la vitesse de combustion d'une bougie. Un grand apport de chaleur et une moindre efficacité sont les consé- quences de l'addition d'un combustible pour accélérer la combustion. Pour des raisons pratiques on a tendance à li- miter le débit d'oxygène a 20 litres par minute et pour 6 cm2 de surface de combustion, et il y a aussi une limita- tion à l'agrandissement du diamètre car alors la forme se rapproche de celle d'un disque et le récipient de confine- ment d'un tel générateur devient difficile a manipuler ou ne peut tenir la pression à un poids résonnable. On sait également, d'après la technique anté- rieure, que l'on peut donner au bloc cylindrique comprimé du produit pyrotechnique de chlorate de sodium un évidement conique pour y placer un tampon conique d'une matière d'al- lumage lâche, et dans ce cas la combustion est étudiée pour se faire dans une direction pratiquement axiale afin d'avoir un débit d'oxygène relativement faible. La présente invention a pour objetif princi- pal un ensemble générateur d'oxygène à bougie de chlorate qui est conçu pour donner un débit d'oxygène supérieur à celui que donnent les générateurs d'oxygène à bougie de chlorate connus, d'un diamètre comparable. -3- Cet objectif est réalisé par une surface de combustion plus grande sans allongement du diamètre, ce que l'on réalise en formant un bloc cylindrique comprimé d'un produit pyrotechnique à chlorate de sodium avec un profond évidement conique à l'extrémité d'allumage, évide- ment que l'on recouvre ensuite d'une matière brûlant rapi- dement à une épaisseur qui ne dépasse pas 2 mm, et pour al- lumer cette matière rapidement combustible on munit le réci- pient de confinement d'un allumeur qui est une coiffe de percussion ou électrique, placé en position coaxiale avec la bougie de chlorate à l'extrémité du récipient o se trou- ve l'évidement conique. On peut amorcer l'allumeur en le frappant avec une broche ou par un autre moyen semblable, et pour être certain que l'allumage de la matière rapidement combustible se fera au bon endroit on dispose un tube de céramique creux allant de l'allumeur vers le centre de la partie la plus profonde de l'évidement conique pour guider la flamme de l'allumeur vers la matière rapidement combus- tible. Quand cette matière est enflammée en un endroit, la totalité du revêtement brûle rapidement, en quelques secon- des ou moins, et en brûlant la matière d'allumage enflamme la surface de la bougie de chlorate dans l'évidement coni- que, qui brûle ensuite radialement et non axialement comme dans la technique antérieure. Ainsi, non seulement l'évide- ment conique du bloc cylindrique donne une plus grande sur- face de combustion, mais le flux de chaleur dans la zone évidée est intense et beaucoup moins de calories sont per- dues dans le refroidissement de la surface intérieure du récipient, alors que beaucoup plus se conservent au coeur, et cet effet accroit encore la vitesse de combustion et le débit d'oxygène, sans addition d'un combustible. La réalisation que l'on vient de décrire, ainsi que d'autres objets et avantages de cette invention, apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, conjointement avec le dessin annexé qui montre un -4- mode de réalisation préféré de l'invention. Ce dessin est une section transversale d'un générateur chimique d'oxygène avec lequel on met a profit les principes de la présente invention. Le générateur d'oxygène à chlorate de sodium à haut débit, désigné sur la figure par la référence 10, comprend une bougie de chlorate 12 montée dans le récipient de confinement qui est d'un diamètre relativement petit, par exemple de 12 cm, et formé d'une partie cylindrique 14 et de deux extrémités 16 et 18 qui sont soudées à la partie cylin- drique. L'extrémité 16 est l'extrémité de sortie et elle est pourvue de la pièce 20 avec orifice d'évacuation 22. Dans l'extrémité de sortie 16 se trouvent un tamis 24, un tampon filtrant de particules 26 et d'autres matières fil- trantes 28, qui peuvent être de l'hopcalite. Quand les di- verses parties sont assemblées de la manière représentée sur ce dessin, la matière filtrante 28 se trouve isolée entre d'un côté le tamis 24 et le filtre 26, et de l'autre côté une plaque 30 percée d'ouvertures qui est disposée dans la partie cylindrique 14, cette plaque 30 portant elle- même une coiffe 32 montée en disposition coaxiale sur la plaque 30 par un rivet 34 ou un moyen semblable. La têted'allumage 18 placée auprès de l'ex- trémité d'allumage de la bougie de chlorate 12 est pourvue d'un élément tubulaire 36 portant un amorceur (allumeur) 38 qui a la forme d'un capuchon de percussion. Cette tête d'al- lumage 18 est en outre pourvued'une broche d'allumage et d'un mécanisme actionnant la broche pour que celle-ci frappe l'amorceur quand on le souhaite, broche et mécanisme qui ne sont pas représentés sur ce dessin car ils sont bien connus.- L'élément tubulaire 36 comporte une partie 40 de moindre diamètre sur laquelle sont montés une rondelle 42, une coiffe 44, un tampon de fibres de céramique 46, une autre rondelle 48 et un écrou 50 qui maintient la coiffe 44 dans le tampon 46 entre les deux rondelles en position assemblée. -5- La bougie de chlorate 12 à section cylindri- que est montée entre les coiffes 32 et 44 avec son extrémité d'allumage contre le tampon 46 et son autre extrémité contre un tampon 52 placé entre la bougie et la coiffe 32. Conformément à cette invention, la bougie de chlorate 12 comporte un profond évidement conique 54 dont la profondeur est de préférence d'au moins deux fois le plus grand diamètre de l'évidement, et ainsi le diamètre désigné par (d) ne dépassera pas de préférence la moitié de la lon- gueur (1). L'évidement est recouvert d'une mince couche d'une matière 56 brûlant rapidement et pouvant allumer la bougie après qu'elle a été elle-même enflammée. Cette ma- tière 56 à combustion rapide est appliquée en une mince couche sur toute la surface de l'évidement conique, soit une épaisseur d'environ 2 mm ou moins, et pour bien l'en- flammer au centre du fond de l'évidement un tube de cérami- que 58 est placé dans une partie 60 à épaulement de l'élé- ment tubulaire 36. En fonctionnement, quand l'amorceur (allu- meur) 38 est frappé par la broche, l'étincelle produite traverse le tube de céramique 58 et enflamme la partie cen- trale de la matière d'allumage 56 à combustion rapide, qui brûle ensuite rapidement en totalité, par exemple en deux secondes, ce qui enflamme également la surface voisine de la bougie 12. Du fait de la grande surface résultant du pro- fond évidement conique 54, et aussi du fait du haut flux de chaleur qui peut être maintenu dans cet évidement, la bougie donne un débit d'oxygène élevé, même si son diamètre est relativement petit. A mesure que la bougie brûle il se dé- gage des quantités d'oxygène assez importantes par rapport au diamètre de la bougie, oxygène qui traverse le tampon poreux 46 et des ouvertures pratiquées dans la coiffe 44 puis gui passe le long de l'extérieur de la bougie, laquelle est entourée d'une toile 62 en fibres de céramique, et ensuite par des ouvertures de la coiffe 32, traverse le fil- -6- tre d'hopcalite 28, le tampon filtrant de particules 26 et le tamis 24 pour sortir par l'orifice 22. Bien que cela ne soit par représenté sur le dessin, le récipient 14, 16, 18 peut comporter des soupapes de détente destinées à éviter une pression excessive qui résulterait d'une accumulation d'oxygène dans l'appareil si l'orifice 22 se bouchait. La conception de cette invention, qui est illustrée par la description précédente et le dessin annexé, permet d'obtenir un débit d'oxygène relativement élevé avec une bougie de chlorate de diamètre assez faible. On a indiqué les principes de cette invention dans un mode de réalisation préféré mais qui ne limite aucu- nement l'invention par ses détails particuliers, divers au- tres moyens pouvant également être appliqués. -7 - REVENDICATIONS 1. Un générateur d'oxygène à chlorate de sodium à haut débit, qui comprend: un récipient d'isolement (14, 16, 18) d'un diamètre re- lativement petit; un bloc cylindrique comprimé (12) de matières pyrotech- niques de chlorate de sodium monté dans ce récipient, bloc qui comporte un profond évidement conique (54) à son extré- mité d'allumage; une matière (56) à combustion rapide appliquée en une mince couche sur toute la surface de l'évidement conique, matière qui en brûlant enflamme le bloc comprimé; et des moyens d'allumage (38, 58) portés par le récipient pour amorcer l'allumage de la matière à combustion rapide au centre du fond de l'évidement conique; les diverses parties de ce générateur étant conçues et cons- truites de manière qu'après l'inflammation de la matière à combustion rapide, la combustion de cette matière se propage rapidement du centre du fond de l'évidement conique sur toute la surface de cet évidement en enflammant la surface, qui brûle alors en direction essentiellement radiale, ce qui non seulement donne une plus grande surface de combus- tion résultant de l'évidement, mais aussi un flux de chaleur intense dans la partie évidée, en élevant la vitesse de combustion et le débit d'oxygène. 2. Le générateur d'oxygène de la revendica- tion 1 dans lequel l'épaisseur de la couche de matière à combustion rapide (56) ne dépasse pas 2 mm. 3. Le générateur d'oxygène de la revendica- tion 1 dans lequel les moyens d'allumage comprennent un amorceur ou allumeur (38) placé au centre de l'extrémité du récipient qui avoisine l'évidement conique, et un tube de céramique creux (58) qui va de l'amorceur au centre du fond de l'évidement conique pour permettre d'une manière sure l'allumage au centre de la matière à combustion rapide.