Brevet FR2766554A1 — publié le 19990129

La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour réservoir destiné à contenir un fluide inflammable, notamment un fluide sous pression. Certains produits, comme par exemple des gaz de pétrole liquéfiés, sont stockés sous pression dans des réservoirs. Lorsque le réservoir est soumis à des variations de température, des contraintes apparaissent au niveau du réservoir. Pour éviter des contraintes trop importantes qui risquent d'amener la déformation et parfois même la destruction du réservoir, mettant alors en danger des personnes et des biens se trouvant à proximité, il est connu de munir le réservoir d'une soupape. Les soupapes connues sont agencées de manière à mettre en communication l'intérieur du réservoir avec l'atmosphère lorsque la pression engendrée par les variations de température dépasse une valeur prédéterminée. Cette pratique est courante dans l'industrie et donne satisfaction sur la plan de la protection du réservoir. Toutefois, cette solution pose des problèmes de sécurité lorsque le réservoir est situé dans un espace confiné, comme par exemple une maison d'habitation, des locaux recevant du public, des parkings souterrains, des stockages de réservoirs, etc... et lorsque le réservoir contient un produit inflammable. En effet, la mise en communication de l'intérieur du réservoir avec l'atmosphère s'accompagne de l'éjection dans l'air d'une quantité parfois très importante de gaz combustibles qui peuvent soit s'enflammer, induisant et propageant alors des incendies, soit créer des mélanges explosifs. Ainsi, les législations d'un certain nombre de pays interdisent purement et simplement le stockage de réservoirs, même munis de soupape, lorsque ces réservoirs doivent être stockés dans des locaux confinés. La présente invention a alors pour but de fournir un dispositif de sécurité pour réservoir destiné à contenir un fluide inflammable, notamment un fluide sous pression, qui garantit, au moins localement que les produits éjectés du réservoir ne forment pas un mélange explosif et/ou inflammable. À cet effet, le dispositif de sécurité pour réservoir destiné à contenir un fluide inflammable, notamment un fluide sous pression, qu'elle propose comporte un orifice et des moyens de fermeture de cet orifice, une ouverture de ce dernier étant provoquée lorsque des conditions de température et/ou de pression ont réalisées dans le réservoir. Selon l'invention, en aval de l'orifice, au niveau du rejet de gaz dans l'atmosphère correspondant au fluide qui s'est échappé par l'orifice, des moyens sont prévus pour mélanger de l'air ambiant au gaz rejeté. En effet, il est connu qu'un gaz inflammable ne peut s'enflammer ou exploser que s'il est mélangé dans certaines proportions avec un comburant, par exemple l'oxygène de l'air. La proportion de gaz dans le mélange, pour que celui-ci soit inflammable, doit être compris entre deux limites appelées limite inférieure d'inflammabilité, pour laquelle le mélange est pauvre en gaz combustible, et limite supérieure d'inflammabilité, pour laquelle le mélange est riche en gaz combustible. Le dispositif selon l'invention mélange de l'air ambiant au fluide s'échappant par la soupape montée sur le réservoir de telle sorte que la limite inférieure d'inflammabilité ne soit pas atteinte et que donc le mélange sortant soit très pauvre et donc ininflammable. Les limites inférieures et supérieures d'inflammabilité varient avec le fluide utilisé. Le dimensionnement des éléments dans le dispositif selon l'invention est donc réalisé en fonction de ce fluide. Pour du butane, la limite inférieure d'inflammabilité est de 1,9% alors qu'elle est de 2,2% avec le propane. En restant en dessous de ces valeurs, le mélange sortant d'un réservoir muni d'un dispositif selon l'invention ne pourra donc pas s'enflammer. Avantageusement l'orifice est un siège de soupape réalisé dans un corps de soupape, et une soupape placée à l'intérieur du corps permet l'ouverture et la fermeture de l'orifice. Mais il est aussi envisageable d'avoir d'autres dispositifs à la place de la soupape, comme par exemple un disque de rupture ou bien un élément fusible. Dans une première forme de réalisation d'un dispositif à soupape selon l'invention, destinée notamment à des réservoirs contenant un fluide sous forme gazeuse, les moyens de mélange sont prévus sur le corps de soupape. Dans une seconde forme de réalisation du dispositif selon l'invention, plus particulièrement adaptée à un réservoir contenant un fluide sous forme liquide, un évaporateur est disposé entre l'orifice et les moyens de mélange. Ainsi, le liquide s'échappant par l'orifice s'évapore et se mélange donc sous forme gazeuse à l'air ambiant grâce aux moyens de mélange. Dans un exemple de réalisation, les moyens de mélange comportent plusieurs injecteurs, chacun des injecteurs présentant un diamètre inférieur sensiblement au diamètre de l'orifice. Le gaz sous pression est alors accéléré par son passage au travers des injecteurs et il entraîne avec lui, à la sortie des injecteurs une quantité d'air importante. La vitesse étant élevée et le diamètre des injecteurs relativement faible, le flux sera turbulent et favorisera le mélange air/gaz. Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de mélange comportent au moins une un injecteur associé à un venturi. Ce dernier permet, comme dans un carburateur, de mélanger une quantité d'air importante grâce au flux sortant de l'injecteur. La forme du venturi est connue pour permettre de réaliser un bon mélange air/gaz. Les proportions de gaz dans le mélange sont fonction du diamètre de l'injecteur et des dimensions du venturi. Une autre forme de réalisation prévoit que les moyens de mélange comportent plusieurs injecteurs placés chacun à la base d'une surface sensiblement conique. Le mélange air/gaz est alors effectué par effet de paroi. Dans une autre forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention, les moyens de mélange comportent un injecteur annulaire permettant d'effectuer un mélange par effet Coanda. On retrouve ici un principe proche de celui du venturi, l'injecteur n'est toutefois pas placé au centre d'un venturi mais est placé sur le pourtour d'un transvector. Dans cette dernière forme de réalisation, il est possible de remplacer l'injecteur annulaire par plusieurs injecteurs en forme de segment partiellement annulaire permettant chacun d'effectuer le mélange par effet Coanda. Dans le cas où dans le dispositif selon l'invention les moyens de mélange comportent plusieurs injecteurs, la section totale des injecteurs est de préférence sensiblement égale à la section dégagée par l'orifice. Dans la mesure où le dispositif selon l'invention comporte un évaporateur, ce dernier comporte avantageusement un réservoir au fond duquel vient plonger un tuyau provenant de l'orifice et du haut duquel repart un tuyau vers les moyens de mélange. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemples non limitatifs plusieurs formes de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Les figures 1, 3, 5, 7, 9 montrent en coupe longitudinale cinq modes de réalisation d'une soupape selon l'invention, les figures 2, 4, 6, 8 et 10 montrent à chaque fois en vue de face la soupape selon l'invention représentée dans la figure précédente en coupe, et la figure 11 est une vue schématique d'un réservoir contenant un liquide inflammable sous pression et muni d'une soupape selon l'invention. Les modes de réalisation représentés au dessin sur les figures 1 à 10 sont destinés à équiper un réservoir contenant un gaz sous pression. Chacun de ces dispositifs comporte un corps de soupape 2, une soupape 4 venant reposer sur un siège de soupape 6, ainsi qu'un ressort 8 venant précontraindre la soupape 4 sur son siège 6. Un tuyau 10 relie le réservoir non représenté au corps de soupape 2. Les soupapes représentées au dessin sont des soupapes classiques, connues de l'homme du métier. Lorsque la pression dans le réservoir est inférieure à une valeur prédéterminée, le ressort 10 maintient la soupape sur son siège 6. Lorsque la pression à l'intérieur du réservoir atteint une valeur supérieure à la valeur prédéterminée, la force exercée sur la soupape par le gaz contenu dans le réservoir devient plus importante que la force exercée par le ressort 8 sur cette soupape 4. La soupape 4 se soulève donc de son siège 6. Chaque corps de soupape 2 est équipé du côté opposé au siège de soupape 6 de moyens permettant de mélanger la gaz s'échappant par la soupape 4 à l'air environnant. Ces divers moyens de mélange sont représentés en vue de face sur les figures 2, 4, 6, 8 et 10. Sur les figures 1 et 2, le corps de soupape 2 présente du côté opposé au siège de soupape 6 quatre injecteurs 12. La section de chacun de ces injecteurs est sensiblement inférieure à la section de passage du gaz au niveau du siège 6 lorsque la soupape 4 est soulevée. Le gaz passant par la soupape 4 étant sous pression, le passage par des injecteurs de section sensiblement inférieur permet d'augmenter la vitesse d'éjection des gaz hors du corps de soupape. Les gaz éjectés entraînent avec eux une importante quantité d'air ambiant. La diamètre de chaque injecteur est calculé de telle sorte que le mélange gaz/air réalisé présente une valeur inférieure à la limite inférieure d'inflammabilité du gaz. Comme le montre la figure 1, les injecteurs 12 réalisés dans le corps de soupape 2 sont avantageusement divergents. Ceci permet une meilleure dissipation du gaz dans l'air ambiant et permet de ne pas provoquer de stabilisation d'un front de flamme par effet aérodynamique. Les figures 3 et 4 montrent un second mode de réalislation, dans lequel la face du corps de soupape 2 opposée au siège de soupape 6 est également munie d'injecteurs 12. Ici, à chaque injecteur 12, est associé un venturi 14. Ce dernier permet d'augmenter la quantité d'air ambiant entraîné par l'éjection de gaz hors du corps de soupape. Là aussi, le diamètre de l'injecteur et le venturi sont dimensionnés de telle sorte que le mélange air/gaz réalisé présente une valeur inférieur à la limite inférieure d'inflammabilité du gaz. Le mode de réalisation représenté aux figures 5 et 6 est comparable au mode de réalisation des figures 3 et 4 précédentes, mais ici au lieu d'avoir plusieurs injecteurs 12, un seul injecteur est ménagé au centre de la face du corps de soupape 2 opposée au siège de soupape 6. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 7 et 8, plusieurs injecteurs 12 sont placés à la base d'une surface conique 16, de telle sorte que lorsque du gaz sous pression s'échappe par les injecteurs 12, un mélange air/gaz est effectué par "effet de paroi". Le diamètre des injecteurs 12, la répartition de ceux-ci autour de la surface conique 16, ainsi que la conicité de cette surface sont choisis de telle sorte que, en fonction du gaz éjecté, le mélange présente une valeur inférieure à la valeur de la limite inférieure d'inflammabilité du gaz. Dans le mode de réalisation des figures 9 et 10, le mélange air/gaz est réalisé par effet Coanda. Les injecteurs de section circulaire des modes de réalisation décrits précédemment sont remplacés par des injecteurs 18, chacun de ces injecteurs 18 présentant une forme de segment partiellement annulaire. Le gaz sous pression libéré par la soupape 4 sort du corps de soupape 2 par ces injecteurs 18. Le flux du gaz sous pression est représenté par des flèches 20. Ces injecteurs annulaires 18 sont réalisés à l'intérieur d'un corps sensiblement tubulaire cylindrique circulaire monté sur le corps de soupape 2 du côté opposé au siège de soupape 6. Ce corps cylindrique tubulaire circulaire est aussi appelé transvector. Sur les figures 9 et 10, il porte la référence 22. Un flux d'air primaire représenté par une flèche 24 est introduit à la base du transvector 22. La largeur des injecteurs annulaires est telle que le gaz sous pression sort de ceux-ci avec une vitesse relativement importante. Quand le gaz sous pression quitte un injecteur 18, il entre en collision avec l'air environnant provenant du flux d'air primaire. Grâce à sa grande vitesse, le flux de gaz sous pression accélère ainsi les masses d'air primaire qui heurtent à leur tour d'autres masses d'air libre. On a alors un transfert d'énergie, un peu comme le choc d'une boule de billard déplaçant d'autres boules. Une faible quantité de particules de gaz sous pression animées d'une vitesse élevée communiquent leur mouvement à des particules immobiles ou quasi immobiles si bien qu'une grande quantité de particules se mettent en mouvement à vitesse plus modérée. Le flux de gaz sous pression 20 entraîne donc ici l'air primaire 24 ainsi que de l'air ambiant, le mouvement de ce dernier étant représenté par des flèches 26. En sortie du transvector 22, on obtient alors un mélange d'air et de gaz. Le dimensionnement du transvector est réalisé de telle sorte que la quantité de gaz dans ce mélange soit assez faible pour empêcher l'inflammabilité du mélange. Le mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention représenté à la figure 11 est destiné à un réservoir 28 contenant un liquide inflammable sous pression. Un dispositif comportant une soupape, tel que par exemple représenté sur les figures 1 à 10, avec un corps de soupape, une soupape, un siège de soupape et un ressort, est monté sur ce réservoir 28. I1 est représenté au dessin et porte la référence 30. En aval de ce dispositif 30, se trouve un évaporateur 32. Cet évaporateur comporte une enceinte au fond de laquelle se trouve du liquide au-dessus duquel se trouve du liquide évaporé sous forme gazeuse. Un tuyau 34 relie le corps de soupape du dispositif 30 au fond de l'évaporateur 32. Ce tuyau 34 amène le liquide qui s'est échappé du réservoir 28 par le dispositif 30 au fond de l'évaporateur 32. Un second tuyau 36 part de la partie supérieure de l'évaporateur 32 pour alimenter un dispositif permettant de réaliser un mélange gaz air. Sur la figure 11, ce dernier dispositif de mélange comporte un injecteur 12 réalisé à l'extrémité du tuyau 36 et un venturi 14. Bien entendu, il est possible de remplacer l'injecteur 12 et le venturi 14 par un autre dispositif de mélange tel que ceux par exemple décrits ci-dessus en référence aux figures 1 à 10. L'évaporateur 32 permet la vaporisation de la phase liquide du liquide passant par le dispositif 30 comportant une soupape, ou bien il permet la ségrégation d cette phase liquide. Cet évaporateur 32 alimente ensuite en phase gazeuse un dispositif permettant de réaliser un mélange gaz air. Ce dernier dispositif est dimensionné de telle sorte que la dilution du mélange en sortie soit telle qu'elle ne permette pas l'inflammation dudit mélange. La concentration en gaz dans ce mélange gaz/air est alors inférieure à la limite inférieure d'inflammation. La quantité de liquide à évacuer étant généralement faible, le liquide peut être soit évaporé, soit la phase gazeuse peut être séparée de la phase liquide par ségrégation ou absorption sur un corps approprié (coton, etc...). Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, on réalise en sortie du réservoir contenant un fluide sous pression, soit en phase liquide, soit en phase gazeuse, un mélange air/gaz dont la dilution est telle que la concentration en gaz est inférieure à la limite inférieure d'inflammation. De ce fait à la sortie du réservoir, le gaz s'échappant est dilué avec de l'air ambiant. Ainsi, au moins localement, le mélange gazeux réalisé ne risque pas de s'enflammer ou d'exploser. On augmente donc ainsi considérablement la sécurité pour l'utilisation de ce réservoir. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Ainsi la soupape décrite est une soupape dans laquelle un ressort détermine la pression du gaz se trouvant dans le réservoir à partir de laquelle la soupape se soulève. I1 est bien entendu possible d'avoir un autre type de soupape, comme par exemple une soupape à membrane. La soupape elle-même pourrait être remplacée par un autres dispositif permettant l'ouverture d'un orifice lorsque la pression et/ou la température s'élèvent dans le réservoir. I1 pourrait notamment s'agir d'un disque de rupture ou d'un élément fusible. Les dispositifs permettant de réaliser le mélange air/gaz peuvent également être différents de ceux décrits ci-dessus. Les dispositifs décrits ont la particularité de fonctionner sans apport d'énergie extérieur. I1 est bien entendu envisageable d'utiliser une source d'énergie (air comprimé par exemple) pour réaliser le mélange air/gaz. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité pour réservoir destiné à contenir un fluide inflammable, notamment un fluide sous pression, comportant un orifice (6) et des moyens de fermeture de cet orifice, une ouverture de ce dernier étant provoquée lorsque des conditions de température et/ou de pression sont réalisées dans le réservoir, caractérisé en ce qu'en aval de l'orifice (6), au niveau du rejet de gaz dans l'atmosphère correspondant au fluide qui s'est échappé par l'orifice, des moyens (12 14 ; 16 ; 18 ; 22) sont prévus pour mélanger de l'air ambiant au gaz rejeté. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice (6) est un siège de soupape réalisé dans un corps de soupape (2), et en ce qu'une soupape (4) placée à l'intérieur du corps (2) permet l'ouverture et la fermeture de l'orifice (6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mélange sont prévus sur le corps de soupape (2). 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'un évaporateur (32) est disposé entre l'orifice (6) et les moyens de mélange. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce les moyens de mélange comportent plusieurs injecteurs (12), chacun des injecteurs présentant un diamètre inférieur sensiblement au diamètre de l'orifice (6). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de mélange comportent au moins une un injecteur (12) associé à un venturi (14). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de mélange comportent plusieurs injecteurs (12) placés chacun à la base d'une surface (16) sensiblement conique. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de mélange comportent un injecteur annulaire (18) permettant d'effectuer un mélange par effet Coanda. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de mélange comportent au moins un injecteur (18) en forme de segment partiellement annulaire permettant chacun d'effectuer le mélange par effet Coanda. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 ou 9 dans lequel les moyens de mélange comportent plusieurs injecteurs (12 ; 18), caractérisé en ce que la section totale des injecteurs est sensiblement égale à la section dégagée par l'orifice (6). 11. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'évaporateur (32) comporte un réservoir au fond duquel vient plonger un tuyau (34) provenant de l'orifice (6) et du haut duquel repart un tuyau (36) vers les moyens de mélange (12,14).