Brevet FR2946122A1 — publié le 20101203

La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour gaz sous pression. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de sécurité permettant d'éviter l'explosion d'un stockage de gaz ou d'une conduite véhiculant du gaz, notamment du gaz inflammable tel que de l'hydrogène. L'invention concerne ainsi un dispositif de sécurité formant une soupape de libération d'un gaz sous pression en cas de situation dangereuse, comprenant un corps définissant un canal d'écoulement de gaz s'étendant selon une direction longitudinale entre une première extrémité amont destinée à être mise en contact avec une source de gaz sous pression et une seconde extrémité aval destinée à être mis en contact avec l'atmosphère extérieure, le dispositif comprenant l0 un bouchon situé sur le canal pour empêcher l'écoulement du gaz entre l'extrémité amont et l'extrémité aval en situation normale, le bouchon étant conformé pour libérer le passage pour le gaz en cas de situation dangereuse lorsqu'il est soumis à un pression et/ou une température excédant un seuil déterminé. Les bouteilles stockant de l'hydrogène utilisées dans des applications mobiles (véhicules) 15 sont généralement équipées d'un dispositif permettant de vider le contenu gazeux de la bouteille si celle-ci est prise dans un feu, pour éviter ainsi son éclatement. Ce dispositif de sécurité utilise généralement un fusible thermique (par exemple un eutectique métallique) qui fond sous l'action de la température du feu de façon à créer une fuite de gaz contrôlée qui vide la bouteille et évite ainsi son éclatement. Dans de nombreux cas d'incendie, à l'ouverture du fusible, l'hydrogène 20 s'enflamme et crée une flamme de grande longueur à l'extérieur de la bouteille. Dans certains cas, l'ouverture du fusible évacue l'hydrogène mais ce dernier ne s'enflamme pas. L'hydrogène se mélange alors à l'air ambiant en formant un nuage dont le volume peut être important. Un tel nuage de gaz inflammable est susceptible d'exploser ce qui peut être particulièrement dangereux dans des configurations confinées et obstruées (par exemple des 25 parkings souterrains ou des tunnels). A ce titre, il peut être préférable de former une flamme (même de grande longueur) plutôt qu'un nuage de gaz. En effet, les effets associés à une flamme (rayonnement notamment) peuvent être préférés à ceux d'une explosion d'un nuage de gaz. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de sécurité qui, lorsqu'il est activé pour libérer le gaz, favorise la création d'une flamme lors de la vidange du gaz (en particulier pour 30 l'hydrogène). A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que d'amont en aval, le canal comprend deux portions d'écoulement adjacentes respectivement amont et aval dont les dimensions transversales respectives (d, D) sont différentes, le rapport D/d entre la dimension 35 transversale D de la portion aval et la dimension transversale d de la portion amont étant compris entre 1,4 et 1l; et en ce que la jonction entre les deux portions adjacentes forme une discontinuité dans la dimension transversale du canal et en ce que le rapport L/D entre la longueur L de la portion aval et la dimension transversale D de cette portion aval est compris entre 15 et 100. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le rapport D/d entre la dimension transversale D de la portion aval et la dimension transversale de la portion amont est compris entre 1,5 et 10, et de préférence compris entre 1,8 et 2,2, - le rapport L/D entre la longueur L de la portion aval et la dimension transversale D de cette seconde portion aval est compris entre 20 et 60 et de préférence entre 38 et 42, - l'extrémité amont de la portion amont est destinée à être mise en contact avec une source de gaz sous pression, - l'extrémité aval de la portion aval est destinée à être mis en contact avec l'atmosphère, - les dimensions transversales respectives (d, D) des deux portions sont les diamètres ou les diamètres moyens respectifs desdites portions, - au moins une partie de la portion aval comporte une réserve de gaz enrichi en oxygène par rapport à l'atmosphère, ladite réserve étant maintenue dans la portion aval par au moins un organe de maintien tel qu'une membrane; l'organe de maintien étant conformé pour libérer le passage pour le gaz et permettre le mélange avec le gaz enrichi de la réserve lorsqu'il est soumis à un pression et/ou une température excédant un seuil déterminé, - la portion aval comporte, en amont de l'extrémité aval, au moins un orifice assurant une communication entre la portion aval et l'atmosphère extérieur, pour former un système d'aspiration spontané d'air en cas de circulation de gaz sous pression provenant d'une source, - le corps définissant le canal est formé d'aux moins deux pièces détachables, L'invention concerne également un récipient de gaz sous pression, notamment de gaz 25 inflammable contenant de l'hydrogène, comportant au moins un dispositif de sécurité conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite 30 en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale et schématique illustrant la structure et le fonctionnement d'un dispositif de sécurité appliqué à un récipient de stockage, - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale et schématique illustrant un deuxième exemple de réalisation du dispositif de sécurité selon l'invention, 35 - la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale illustrant un exemple de structure du dispositif de sécurité selon l'invention. L'exemple de dispositif de sécurité illustré à la figure 1 comprend un corps définissant un canal 1, 2 d'écoulement de gaz s'étendant selon une direction longitudinale entre une première extrémité amont 11 et une seconde extrémité aval 12. L'extrémité amont 11 est en contact avec le gaz G sous pression. L'extrémité aval 12 est quant à elle en contact avec l'atmosphère extérieure. Le dispositif de sécurité peut être monté sur tout type de stockage de gaz (récipient sous pression, bouteille, conduit véhiculant du gaz...). Le dispositif de sécurité peut être monté directement sur le stockage 7 ou sur une pièce auxiliaire telle qu'un robinet de bouteille ou une valve ou tout autre organe de contrôle du gaz sous pression. Classiquement, le dispositif comprend un bouchon 3 situé sur le canal 1, 2 pour empêcher l'écoulement du gaz entre l'extrémité amont 11 et l'extrémité aval 12 en situation normale. Le bouchon 3 peut comprendre au moins l'un parmi : un diaphragme, un fusible eutectique ou tout autre système approprié formant une barrière pour le gaz en dessous d'un seuil de pression et/ou de température. Classiquement, le bouchon 3 est conformé pour libérer le passage pour le gaz en cas de 15 situation dangereuse, par exemple lorsqu'il est soumis à un pression et/ou une température excédant un seuil déterminé. Selon une particularité avantageuse, d'amont en aval, le canal 1, 2 comprend deux portions d'écoulement adjacentes respectivement amont 1 et aval 2 dont les dimensions transversales respectives d, D sont différentes et définies comme suit : le rapport D/d entre la dimension 20 transversale D de la portion aval 2 et la dimension transversale d de la portion amont 1 est compris entre 1,4 et 11. Le rapport D/d entre la dimension transversale D de la portion aval 2 et la dimension transversale d de la portion amont 1 est plus préférentiellement compris entre 1,5 et 10 et encore plus préférentiellement compris entre 1,9 et 2,2. Par exemple, le rapport D/d entre la dimension 25 transversale D de la portion aval 2 et la dimension transversale d de la portion amont 1 est égal à deux. Le bouchon 3 peut être situé au niveau ou à proximité de la jonction entre les deux portions 1, 2. La jonction entre les deux portions 1, 2 adjacentes forme de préférence une discontinuité dans les dimensions transversales du canal 1, 2. 30 Cet élargissement brusque du canal provoque ainsi une focalisation des ondes de chocs, qui mélange le gaz avec de l'air en le portant à une température suffisante pour provoquer l'auto inflammation du prémélange gaz-air. Par ailleurs, le rapport L/D entre la longueur L de la portion aval 2 et la dimension transversale D de cette portion aval 2 est compris entre 15 et 100. Le rapport L/D entre la longueur L de la portion aval 2 et la dimension transversale D de cette portion aval 2 est par exemple compris entre 20 et 60 et de préférence entre 38 et 42 et encore plus préférentiellement de l'ordre de 40. Les dimensions transversales respectives d, D des portions 1, 2 du canal sont par exemple les diamètres ou les diamètres moyens respectifs desdites portions 1, 2. En particulier, lorsque les portions 1, 2 du canal sont cylindriques, les dimensions transversales d, D respectives sont les diamètres considérés. Une telle configuration favorise notamment l'inflammation spontanée du gaz l'hydrogène ou d'un mélange comprenant de l'hydrogène. Pour favoriser plus encore l'inflammation spontanée, il est possible de remplacer au moins une partie de l'air contenu dans la portion aval 2 par de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène. Par exemple, la portion 2 aval peut être scellée par une ou des membranes étanches pour confiner de l'oxygène. En cas d'activation (ouverture du bouchon 3), la membrane est rompue et libère l'oxygène qui se mélange au gaz inflammable libéré. L'oxygène agit alors comme un activateur de l'inflammation de l'hydrogène (ou autre gaz). De cette façon, il est possible de réduire encore le temps d'inflammation spontané du gaz libéré (ce temps d'inflammation peut ainsi être réduit notamment d'un facteur pouvant aller jusqu'à dix). Lorsque le gaz inflammable est libéré, il est également possible d'utiliser la vitesse d'écoulement du gaz pour créer de l'entraînement d'air A pour former un pré-mélange (G+A) dans le dispositif. Pour cela, et comme illustré schématiquement à la figure 2, des orifices 4 communiquant avec l'atmosphère peuvent être prévus dans la portion aval 2 du canal. L'écoulement de l'air A aspiré dans la portion aval 2 est symbolisé par des flèches. La création d'une flamme 8 est favorisée. De même, dans le cas où l'on souhaite raccourcir la taille de la flamme générée, il est possible d'envisager un système assurant une rotation du gaz G (ou de l'air A) autour de l'axe longitudinal d'écoulement. Par exemple, des ailettes peuvent donner un mouvement de rotation au gaz G ou au mélange G+A afin de favoriser le mélange et raccourcir la flamme. La figure 3 illustre un exemple non limitatif de structure possible pour le canal d'écoulement du gaz. Le canal d'écoulement 1, 2 de gaz peut ainsi être formé de deux pièces tubulaires 5, 6 qui peuvent être assemblées de façon amovible (par vis par exemple). La portion 1 amont et éventuellement une partie de la portion aval 2 peuvent être formées dans une première tubulure 5. La portion aval 2 pouvant être formée dans une seconde tubulure 6. Par exemple, la portion amont 1 peut être cylindrique et posséder un diamètre d compris entre 0,1 et 15mm et de préférence entre 2,2 et 10mmm et encore plus préférentiellement égal à 5mm. La portion aval 2 est de préférence cylindrique et peut posséder un diamètre D compris entre 3 et 50mm et de préférence entre 5 et l5mm et encore plus préférentiellement égal à l0mm. De préférence, la portion aval 2 a une longueur comprise entre 100 et 300 mm. Dans cette configuration, pour des pressions de gaz, notamment d'hydrogène, comprises entre 200 et 700 bar, l'inflammation spontanée est plus favorisée que selon l'art antérieur. REVENDICATIONS1. Dispositif de sécurité formant une soupape de libération d'un gaz sous pression en cas de situation dangereuse, comprenant un corps définissant un canal (1, 2) d'écoulement de gaz s'étendant selon une direction longitudinale entre une première extrémité amont (11) destinée à être mise en contact avec une source de gaz (G) sous pression et une seconde extrémité aval (12) destinée à être mis en contact avec l'atmosphère extérieure, le dispositif comprenant un bouchon (3) situé sur le canal (1, 2) pour empêcher l'écoulement du gaz entre l'extrémité amont (11) et l'extrémité aval (12) en situation normale, le bouchon (3) étant l0 conformé pour libérer le passage pour le gaz en cas de situation dangereuse lorsqu'il est soumis à un pression et/ou une température excédant un seuil déterminé, caractérisé en ce que, d'amont en aval, le canal (1, 2) comprend deux portions d'écoulement adjacentes respectivement amont et aval dont les dimensions transversales respectives (d, D) sont différentes, le rapport D/d entre la dimension transversale D de la portion aval (2) et la 15 dimension transversale d de la portion amont (1) étant compris entre 1,4 et Il; et en ce que la jonction entre les deux portions (1, 2) adjacentes forme une discontinuité dans la dimension transversale du canal (1, 2) et en ce que le rapport L/D entre la longueur L de la portion aval (2) et la dimension transversale D de cette portion aval (2) est compris entre 15 et 100. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport D/d entre la 20 dimension transversale D de la portion aval (2) et la dimension transversale de la portion amont (1) est compris entre 1,5 et 10, et de préférence compris entre 1,8 et 2,2. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le rapport L/D entre la longueur L de la portion aval (2) et la dimension transversale D de cette seconde portion aval (2) est compris entre 20 et 60 et de préférence entre 38 et 42. 25 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'extrémité amont (11) de la portion (1) amont est destinée à être mise en contact avec une source de gaz (G) sous pression. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'extrémité aval (12) de la portion (2) aval est destinée à être mis en contact avec 30 l'atmosphère. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les dimensions transversales respectives (d, D) des deux portions (1, 2) sont les diamètres ou les diamètres moyens respectifs desdites portions (1, 2). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'au 35 moins une partie de la portion aval (2) comporte une réserve de gaz enrichi en oxygène par rapport à l'atmosphère, ladite réserve étant maintenue dans la portion aval (2) par au moins unorgane de maintien tel qu'une membrane ; l'organe de maintien étant conformé pour libérer le passage pour le gaz et permettre le mélange avec le gaz enrichi de la réserve lorsqu'il est soumis à un pression et/ou une température excédant un seuil déterminé. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la portion aval (2) comporte, en amont de l'extrémité aval (12), au moins un orifice (4) assurant une communication entre la portion aval (2) et l'atmosphère extérieur, pour former un système d'aspiration spontané d'air (A) en cas de circulation de gaz (G) sous pression provenant d'une source. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le Io corps définissant le canal (1, 2) est formé d'aux moins deux pièces (5, 6) détachables. 10. Récipient de gaz sous pression, notamment de gaz inflammable contenant de l'hydrogène, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de sécurité conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9.