Brevet FR2951217A1 — publié le 20110415

La présente invention concerne une enceinte de sécurité contenant une réserve de gaz combustible. L'invention concerne plus généralement une enceinte de sécurité destinée à contenir une réserve de gaz inflammable (par exemple méthane, éthylène, acétylène, hydrogène) 5 susceptible de créer une explosion en cas d'inflammation. L'invention concerne ainsi un enceinte de sécurité contenant une réserve de gaz combustible tel que l'hydrogène, l'enceinte étant munie d'au moins une paroi comportant au moins un évent d'explosion pour évacuer une partie du gaz combustible en cas de fuite de la réserve et pour limiter la surpression au sein de l'enceinte en cas d'inflammation de ce 10 gaz. Les explosions de gaz inflammables dans des milieux confinés sont extrêmement dévastatrices et provoquent souvent la destruction du bâtiment qui les abrite. Ces explosions provoquent également la projection de fragments. Pour éviter cela, les bâtiments susceptibles d'être le siège d'une explosion sont 15 généralement munis d'évents, c' est-à-dire de surfaces ouvertes ou fragilisées pour évacuer la surpression d'explosion en cas de pression suffisante et ainsi éviter une surpression d'explosion induisant la ruine du bâtiment correspondant. Un évent d'explosion est un orifice éventuellement obturé par lequel peuvent s'échapper les gaz de combustion de l'explosion Le dimensionnement de cet orifice est tel 20 que l'excédent de gaz produit par la combustion puisse être déchargé vers l'extérieur de manière à ce que la surpression interne reste en deçà de la pression maximale admissible par la structure. L'augmentation de la surface d'évent permet de diminuer la surpression interne potentielle. Le dimensionnement de la surface d'évent est donc réalisé en fonction de la 25 pression maximale admissible par le bâtiment ou l'enceinte (généralement une pression de l'ordre de 100 mbar) et de la pression d'ouverture de cet évent. Dans des applications utilisant l'hydrogène comme combustible il est envisagé d'utiliser des enceintes ou structures de confinement dans des bâtiments. Par exemple, on connaît des enceintes constituées d'une armoire contenant d'une part un générateur 30 d'électricité à pile à combustible et, d'autre part, une réserve d'hydrogène gazeux sous pression. Ce type d'armoire peut notamment être utilisé pour assurer une fonction d'alimentation d'électricité de secours pour des centres de données en cas de défaillance d'un réseau électrique. En cas de fuite de combustible (hydrogène notamment), un mélange hydrogène/air 35 va se disperser dans l'enceinte mais également à l'extérieur de l'enceinte par les orifices de ventilation de celle-ci. Les inventeurs ont déterminé que, en cas d'allumage de mélange combustible à l'intérieur de l'enceinte, une détonation en masse est susceptible d'être induite à l'extérieur de l'enceinte selon le mécanisme d'initiation de la détonation par jet de gaz turbulent décrit par Dorofeev et al (« Transition to detonation in Vented Hydrogen-Air Explosions » publié par Elsevier Science Inc. dans « COMBUSTION AND FLAME 103 :243-246 (1995)). Pour éviter ce risque de détonation externe on estime que la taille de l'évent doit être inférieure à un seuil déterminé dépendant de nombreux facteurs dont la composition du mélange inflammable. Cependant, dans des applications utilisant l'hydrogène comme combustible, cette condition de taille maximale de l'évent n'est pas compatible avec les contraintes de sécurité et ne peut être respectée car la pression interne induite serait très élevée. Dans ces conditions, du fait qu'il n'est pas possible d'envisager des évents de taille trop réduite, le risque de détonation externe ne peut être évité. C'est-à-dire que la protection contre une surpression interne est privilégiée par rapport à un risque de détonation externe. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, l'enceinte selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le au moins un évent est constitué de plusieurs ouvertures ayant chacune surface comprise entre 0,0050 et 0,0200 m et de préférence comprise entre 0,0100 et 0,0120 m . Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la surface totale de l'évent correspond à 3 à 20% et de préférence 5 à 15 % de la surface de la face ou de la paroi de l'enceinte comprenant l'évent, - au moins une partie des ouvertures formant l'évent sont circulaires et de diamètre inférieure à 13 cm et de préférence de diamètre compris entre 10 et 12cm, - l'évent est constitué de plusieurs ouvertures disposées de façon adjacentes uniquement sur une partie de la face ou paroi de l'enceinte comprenant l'évent, - l'enceinte comprend un évent sur une face ou une paroi supérieure de l'enceinte, - l'enceinte comprend un évent situé à l'aplomb d'une réserve de gaz combustible située dans l'enceinte tel que de l'hydrogène, - l'enceinte comprend un évent constitué de 5 à 150 ouvertures et de préférence constitué de 10 à 50 ouvertures et encore plus préférentiellement constitué de 15 à 30 ouvertures, - la réserve d'hydrogène comprend un ou des conteneurs de stockage d'hydrogène gazeux à une pression comprise entre 150 et 850 bar, - l'enceinte comprend une pile à combustible reliée fluidiquement à la réserve d'hydrogène, L'invention concerne également l'utilisation d'une telle enceinte dans un bâtiment clos lui-même muni d'un évent. 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, de la structure et du fonctionnement d'un exemple de réalisation possible selon l'invention. Soit un bâtiment clos et muni de préférence d'un évent. Une enceinte est disposée dans le bâtiment. L'enceinte (qui peut être appelée également « enceinte » ou « enceinte de sécurité ») contient une réserve de gaz inflammable en particulier de l'hydrogène. L'enceinte peut contenir d'autres dispositifs, par exemple une pile à combustible par exemple. L'enceinte est munie d'au moins une paroi comportant au moins un évent de sécurité pour évacuer une partie de l'hydrogène en cas de fuite de la réserve. De préférence, l'enceinte comprend un évent sur sa face ou une paroi supérieure (c'est-à-dire sur le « toit »). Selon une particularité avantageuse, l'évent est constitué de plusieurs ouvertures ayant chacune une surface comprise entre 0,0050 et 0,0200 m2 et de préférence comprise entre 0,0100 et 0,0120 m2. Par exemples les ouvertures ont une surface de l'ordre de 0,0150 m2 ou 0,0130 m2. Par exemple, l'évent est constitué de plusieurs ouvertures ayant chacune une 20 dimension transversale maximale inférieure à 13 cm et de préférence comprise entre 10 et 12cm. L'évent peut être formé par une pluralité d'ouvertures discrètes, circulaires et de diamètre inférieure à 13 cm et de préférence de diamètre compris entre 10 et 12cm. Les ouvertures sont de préférence disposées de façon adjacente dans une même zone 25 d'une partie de la face ou paroi supérieure de l'enceinte. De préférence, les ouvertures sont localisées dans une zone de la face supérieure de l'enceinte située à l'aplomb de la réserve d'hydrogène logée dans l'enceinte. De préférence également, la surface totale de l'évent (la somme des surfaces des ouvertures discrètes) correspond à 3 à 20% et de préférence 5 à 15 % de la surface de la 30 face ou de la paroi supérieure de l'enceinte. Par exemple, l'enceinte comprend un évent constitué de 5 à 150 ouvertures et de préférence constitué de 10 à 50 ouvertures et encore plus préférentiellement constitué de 15 à 30 ouvertures. L'enceinte selon l'invention comporte ainsi un évent ayant une surface suffisante 35 pour évacuer le mélange gazeux et la surpression éventuelle tout en évitant ou minimisant les risques de détonation. Ainsi, à surface d'évent équivalente, la distribution des ouvertures selon l'invention permet d'éviter les conditions critiques d'initiation de la détonation externe d'un mélange inflammable par jet turbulent. Pour une enceinte parallélépipédique dont la paroi supérieure rectangulaire possède des dimensions de 2 m x 1 m, une surface d'évent de 10% peut être nécessaire, soit 0.2 m2 (10% de 2m2). Cette surface d'évent peut être réalisée selon l'invention via dix-huit trous circulaires de 12 cm de diamètre (soit une surface de 0.0113 m2 par orifice). Ainsi, tout en étant de structure simple et peu coûteuse, l'invention permet d'améliorer la sécurité des installations en cas d'incendie. REVENDICATIONS1. Enceinte de sécurité contenant une réserve de gaz combustible tel que de l'hydrogène, l'enceinte étant munie d'au moins une paroi comportant au moins un évent d'explosion pour évacuer une partie du gaz combustible en cas de fuite de la réserve et pour limiter la surpression au sein de l'enceinte en cas d'inflammation de ce gaz, caractérisée en ce que le au moins un évent est constitué de plusieurs ouvertures ayant chacune surface comprise entre 0,0050 et 0,0200 m2 et de préférence comprise entre 0,0100 et 0,0120 m2. 2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface totale de l'évent correspond à 3 à 20% et de préférence 5 à 15 % de la surface de la face ou de la paroi de l'enceinte comprenant l'évent. 3. Enceinte selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une partie des ouvertures formant l'évent sont circulaires et de diamètre inférieure à 13 cm 15 et de préférence de diamètre compris entre 10 et 12cm. 4. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'évent est constitué de plusieurs ouvertures disposées de façon adjacentes uniquement sur une partie de la face ou paroi de l'enceinte comprenant l'évent. 5. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce 20 qu'elle comprend un évent sur une face ou une paroi supérieure de l'enceinte. 6. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un évent situé à l'aplomb d'une réserve d'hydrogène située dans l'enceinte. 7. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce 25 qu'elle comprend un évent constitué de 5 à 150 ouvertures et de préférence constitué de 10 à 50 ouvertures et encore plus préférentiellement constitué de 15 à 30 ouvertures. 8. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la réserve d'hydrogène comprend un ou des conteneurs de stockage d'hydrogène 30 gazeux à une pression comprise entre 150 et 850 bar. 9. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une pile à combustible reliée fluidiquement à la réserve d'hydrogène. 10. Utilisation d'une enceinte selon l'une quelconque des revendications dans un 35 bâtiment clos lui-même muni d'un évent.