Brevet FR2682374A1 — publié le 19930416

Générateur PYrotechnique de gaz chauds à toxicité réduite. La présente invention se rapporte au domaine de la sécurité automobile. Plus précisément, 11 invention concerne un générateur pyrotechnique de gaz chauds à toxicité réduite, utilisable notamment dans les dispositifs de protection des occupants d'un véhicule automobile par sac gonflable qui sont mis en oeuvre en complément d'une ceinture de sécurité. Il est connu de protéger les occupants d'un véhicule automobile contre les chocs, en cas de collision, au moyen de coussins gonflables. La source de gaz servant à gonfler les coussins est en général une composition pyrotechnique dont la combustion rapide génère en un temps très court, de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes au plus, un grand volume de gaz. Lorsqu'un un dispositif par coussin gon- flable est utilisé seul à bord d'un véhicule automobile, pour être efficace le coussin gonflable doit avoir un volume important, en général voisin de 60 litres, et nécessite donc une quantité importante de gaz pour son gonflage. Ce gaz ne doit pas être chaud pour éviter des brûlures de la personne à protéger et doit être non toxique. Les compositions pyrotechniques utilisées sont donc des compositions à base d'oxydants minéraux ou d'azotures minéraux qui génèrent principalement de l'oxygène ou de l'azote et qui sont mises en oeuvre dans des générateurs de gaz comportant à côté de la chambre de combustion au moins une chambre de filtration et de refroidissement. Le brevet FR 2 213 254 décrit ainsi un générateur pyrotechnique de gaz oxygéné comportant une chambre de refroidissement et une chambre de filtration. La chambre de refroidissement contient un mélange à base de perchlorate alcalin ou alcalino-terreux qui, par décomposition, génère de l'oxygène qui dilue les gaz de combustion et les refroidit en même temps. De tels générateurs sont de structure complexe et ont un prix de revient élevé. Au cours des dernières années, on a cherché à développer des dispositifs de protection par coussin gonflable destinés à être utilisés, non pas seuls comme les dispositifs précédents, mais en complément d'une ceinture de sécurité, de manière à apporter un complément de protection au niveau du visage ou des côtés de l'occupant du véhicule automobile. De tels dispositifs qui sont, par exemple, décrits dans la demande de brevet PCT WO 90/05651 ou dans la demande de brevet FR 89/12629, font appel à des coussins de volume beaucoup plus petit, en général voisin de 30 litres. Il est ainsi possible, avec ces dispositifs, d'utiliser des gaz plus chauds et répondant à des normes de toxicité moins sévères, ce qui permet l'emploi de générateurs de gaz simplifiés présentant un prix de revient très inférieur à celui des générateurs traditionnels mentionnés plus haut. Dans ce type de dispositif on utilise en général comme composition pyrotechnique génératrice de gaz une composition à base de nitrocellulose qui ne produit pas de résidus solides. Dans ces conditions, le générateur de gaz se réduit le plus souvent à une chambre de combustion munie d'un inflammateur et complétée en général par un simple diffuseur ou par un déflecteur, sans nécessiter la présence d'une chambre de filtration et/ou de refroidissement. Ce dispositif offre l'avantage de permettre la mise en place dans les véhicules automobiles d'un système très efficace de protection par ceinture et coussin pour un prix de revient modique, mais présente, vis à vis des constructeurs de véhicules automobiles, l'inconvénient, plus psychologique que réel en raison du faible volume des coussins, de faire appel à des gaz dont la toxicité ne répond pas aux normes établies antérieurement pour des volumes beaucoup plus importants. Le but de la présente invention est précisément de proposer un générateur pyrotechnique de gaz chauds à toxicité réduite dont le prix de revient permet l'utilisation dans les dispositifs complémentaires des ceintures et qui génère des gaz dont la toxicité est compatible avec les normes traditionnelles. L'invention concerne donc un générateur pyrotechnique de gaz chauds comprenant notamment un inflammateur, une chambre de combustion contenant une composition pyrotechnique produisant des gaz à une température au moins égale à 1800 C et des orifices mettant en communication l'intérieur du générateur avec l'extérieur du générateur, caractérisé en ce que les dits gaz chauds sont conduits à venir au contact d'un perchlorate minéral. Selon une variante préférée de mise en oeuvre de l'invention, après contact avec le dit perchlorate minéral, les gaz chauds sont conduits à venir au contact d'au moins un composé choisi dans le groupe constitué par les oxydes de manganèse, de cuivre, de cobalt et d'argent. Dans les conditions qui viennent d'être énoncées, il a été observé que, même avec des temps de passage très courts, de 1 l'ordre de quelques millisecondes, le monoxyde de carbone et éventuellement d'hydrogène contenus dans les gaz chauds produits par la composition pyrotechnique étaient oxydés respectivement en dioxyde de carbone et en eau. Ce faisant, la toxicité des gaz chauds diminue fortement et ces derniers peuvent être directement utilisés dans les dispositifs de protection des occupants d'un véhicule automobile du type de ceux décrits dans les demandes de brevet PCT WO 90/05651 ou FR 89/12629. L invention est maintenant décrite en détail en se référant à la figure 1 qui représente, vu en coupe, un générateur utilisable dans le cadre de l'invention. On a représenté, à la figure 1, un générateur pyrotechnique 1 de gaz chauds constitué par un corps 2 de révolution. Le corps 2 du générateur comporte un pied 3 cylindrique surmonté par un réceptacle 4 coaxial, également cylindrique, mais de diamètre extérieur plus grand que celui du pied 3. Le dit corps 2 est traversé par un alésage axial étagé comprenant une partie inférieure 5, une partie médiane 6 et une partie supérieure 7. Ces trois parties de l'alésage axial sont de diamètres différents, le plus petit diamètre correspondant à la partie inférieure 5 et le plus grand diamètre correspondant à la partie supérieure 7. Le dit corps 2 est fermé à sa partie supérieure par un couvercle 8 de manière à constituer dans la partie supérieure 7 de l'alésage axial une chambre de combustion. Avantageusement comme représenté à la figure 1, le couvercle 8 et le fond de l'alésage 7 portent des nervures 9 et 10. La partie inférieure de la surface extérieure du réceptacle 4 porte un déflecteur circulaire 11 venant entourer la partie supérieure du pied 3 du générateur. Au travers de la paroi supérieure du pied 3 sont percés des orifices 12 débouchant en regard du déflecteur 11 et mettant en communication l'intérieur de la partie médiane 6 de l'alésage axial avec l'extérieur du générateur. La partie inférieure du pied 3 du générateur située sous la base du déflecteur 11 porte un filetage externe 22. La chambre de combustion 7 contient une composition pyrotechnique 13 mise en place avant la pose du couvercle 8 qui est solidarisé au corps 2 par tout moyen approprié, par exemple par soudure. Avantageusement, comme représenté à la figure 1, la composition 13 est sous forme de disques présentant un orifice central et empilés les uns sur les autres. Les disques sont calés par les nervures 9 et 10. Selon une caractéristique essentielle de mise en oeuvre de l'invention, la composition pyrotechnique 13 produit par combustion des gaz dont la température est au moins égale à 1800-C et de préférence voisine de 2000C. Pour cela, on utilise une composition pyrotechnique génératrice de gaz dont la température de flamme est au moins égale à 1800 C. Comme composition pyrotechnique, on préfèrera les poudres composites comme par exemple les poudres constituées par un liant organique tel qu'un polyuréthanne et par une nitramine comme l'hexogène ou l'octogène. Mais on peut aussi utiliser, dans le cadre de la présente invention, les poudres à double base constituées par un mélange de nitrocellulose et de nitroglycérine, ou encore certaines poudres à simple base à la nitrocellulose. Le corps 2 du générateur et son couvercle 8 sont avantageusement constitués soit par un métal léger comme l'aluminium ou les alliages d'aluminium, soit par des matières plastiques susceptibles de résister pendant un temps très court à des températures élevées comme par exemple les matières plastiques chargées de fibres de verre ou de fibres de carbone ou encore les tissus de verre ou de carbone à matrice thermoplastique thermostable. Un inflammateur électrique 14 est disposé dans la partie inférieure 5 et dans la partie médiane 6 de l'alésage axial. Dans ce type de configuration, l'inflammateur 14 est introduit dans le corps du générateur par la chambre de combustion 7 et coincé en force par sa partie large 15 dans la partie médiane 6 de l'alésage axial, sous les orifices 12. Avantageusement, la partie médiane 6 de l'alésage axial peut avoir une section légèrement tronconique. En cas de nécessité, une impulsion électrique déclenchée par un détecteur de collision, non représenté sur la figure, met à feu l'allumeur 14 qui, à son tour, allume la composition pyrotechnique 13 génératrice de gaz chauds. Selon une autre caractéristique essentielle de mise en oeuvre de l'invention, les dits gaz chauds sont conduits à venir au contact d'un perchlorate minéral. On peut utiliser dans le cadre de la présente invention tout perchlorate de métal alcalin ou alcalino-terreux, le perchlorate de potassium étant le perchlorate préféré. il est par contre déconseillé d'utiliser le perchlorate d'ammonium qui permet d'oxyder le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone mais qui génère à son tour des oxydes d'azote qui sont eux-mêmes toxiques. Préférentiellement le dit perchlorate minéral est sous forme de pastilles. La quantité totale de perchlorate minéral représente entre 30% en poids et 75% en poids de la quantité de composition pyrotechnique utilisée. Selon une variante préférée de réalisation de l'invention, après contact avec le dit perchlorate minéral, les gaz chauds sont conduits à venir au contact d'au moins un composé réactif choisi dans le groupe constitué par les oxydes de manganèse, de cuivre, de cobalt et d'argent. I1 a, en effet, été observé par la demanderesse que c'est dans ces conditions que l'on obtient la meilleure efficacité pour abaisser la toxicité des gaz chauds. La quantité totale du dit composé réactif doit représenter entre 100% en poids et 200 S en poids de la quantité de composition pyrotechnique utilisée. Préférentiellement, on utilisera comme composé réactif des mélanges d'oxydes de manganèse, de cuivre, de cobalt et d'argent comme, par exemple, le mélange commercialisé sous la marque "HOPCALITE" (e). Ce composé réactif sera avantageusement utilisé sous la forme de granulés. Dans le cas du générateur représenté à la figure 1, les gaz chauds provenant de la combustion de la composition 13 quittent le corps 2 du générateur 1 par les orifices 12 de section circulaire constante. En regard de ces orifices sont disposées des pastilles 16 de perchlorate minéral dans l'espace compris entre la partie supérieure du pied 3 du générateur et le déflecteur 11. Après avoir passé sur les pastilles de perchlorate les gaz chauds passent sur des granulés 17 d'un composé choisi dans le groupe constitué par les oxydes de manganèse, de cuivre, de cobalt et d'argent. Les granulés 17 sont séparés des pastilles 16 par une grille circulaire 18. De manière à maintenir en place les pastilles 16, la grille 18 et les granulés 17, l'espace compris entre la partie supérieure du pied 3 et le déflecteur 11 est fermé par une plaque annulaire 19 maintenue en place par un écrou 21. Cette plaque 19 porte sur sa périphérie des orifices 20 disposés sous les granulés 17 et étant d'un diamètre inférieur à la plus petite dimension des granulés 17. Ainsi les gaz chauds sortant par les orifices 12 sont conduits à venir au contact des pastilles 16 de perchlorate puis des granulés 17 de composé réactif avant de se répartir sur toute la surface interne du déflecteur 11 et de quitter le générateur par les orifices 20. Dans ces conditions, les gaz chauds ont une teneur réduite en monoxyde de carbone et en hydrogène et peuvent gonfler directement le coussin gonflable d'un dispositif de protection utilisant des gaz chauds et cela en toute conformité avec les normes de toxicité habituellement admises. Grâce au filetage externe porté par la partie inférieure du pied 3 du générateur 1, ce dernier peut très facilement être mis en place dans un tel dispositif. Exemples 1 à 3 Dans un générateur analogue à celui décrit ci-dessus, on a utilisé une composition pyrotechnique génératrice de gaz chauds constituée par 8 g d'une poudre à double base à la nitrocellulose et à la nitroglycérine. Dans le premier essai, le générateur n'était équipé ni de perchlorate, ni de composé réactif. Dans le second essai, le générateur était équipé de 4 g de perchlorate de potassium. Dans le troisième essai, le générateur était équipé de 4 g de perchlorate de potassium et de 8 g d'HOPCALITE comme agent réactif. Pour chaque essai, on a mesuré la teneur en monoxyde de carbone des gaz sortant du générateur. Les résultats ont été les suivants Essai n 1 : 5 % CO Essai n"2 : 2,7 % CO Essai n 3 : 2,3 % CO Les mesures sont réalisées dans un réservoir étanche de 60 litres et après refroidissement des gaz. Ces résultats correspondent aux valeurs calculées suivantes pour un véhicule étanche de 2,7 m3 Essai n l : 1 110 ppm Essai n"2 : 600 ppm Essai n"3 : 510 ppm. Revendications 1.Générateur (1) pyrotechnique de gaz chauds comprenant notamment un inflammateur (14), une chambre de combustion (7) contenant une composition pyrotechnique (13) produisant des gaz à une température au moins égale à 1800 C et des orifices (12) mettant en communication l'intérieur du générateur avec l'extérieur du générateur, caractérisé en ce que les dits gaz chauds sont conduits à venir au contact d'un perchlorate minéral. 2.Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit perchlorate minéral est sous forme de pastilles (16). 3.Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la quantité totale de perchlorate représente entre 30% en poids et 75% en poids de la quantité de composition pyrotechnique (13) utilisée. 4.Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit perchlorate minéral est du perchlorate de potassium. 5.Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, après le contact avec le dit perchlorate minéral, les gaz chauds sont conduits à venir au contact d'au moins un composé réactif choisi dans le groupe constitué par les oxydes de manganèse, de cuivre, de cobalt et d'argent. 6.Générateur selon la revendication 5 caractérisé en ce que la quantité totale du dit composé réactif représente entre 100% en poids et 200% en poids de la quantité de composition pyrotechnique (13) utilisée. 7.Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (13) est choisie dans le groupe constitué par les poudres composites et les poudres à base de nitrocellulose. 8.Générateur (1) pyrotechnique de gaz chauds constitué par un corps (2) de révolution comprenant un pied cylindrique (3) surmonté par un réceptacle cylindrique (4), le dit corps (2) étant traversé par un alésage axial étagé dont la partie supérieure (7) est fermée par un couvercle (8) de manière à constituer une chambre de combustion contenant une composition pyrotechnique (13), un inflammateur (14) étant disposé dans les parties inférieure (5) et médiane (6) de l'alésage axial, la dite partie médiane portant des orifices (12) venant en regard d'un déflecteur (11) porté par la surface extérieure du dit réceptacle (4), caractérisé en ce que des pastilles (16) de perchlorate minéral sont disposées entre les dits orifices (12) et le dit déflecteur (11). 9.Générateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que, entre les pastilles (16) de perchlorate et le déflecteur (11), sont disposés des granulés (17) d'un composé réactif choisi dans le groupe constitué par les oxydes de manganèse, de cuivre, de cobalt et d'argent.