Brevet FR2951243A1 — publié le 20110415

La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour récipient de gaz et un récipient pourvu d'un tel dispositif. L'invention concerne plus particulièrement 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 dont une extrémité amont est destinée à être mise en contact avec une source de gaz sous pression et au moins une extrémité aval est destinée à être mis en contact avec une atmosphère extérieure, le dispositif comprenant au moins un bouchon bloquant l'écoulement du gaz entre l'extrémité amont et la ou les extrémités aval en configuration normale, le au moins un bouchon étant fusible et/ou frangible pour libérer le passage pour le gaz en cas de situation dangereuse. Les bouteilles de gaz inflammable, en particulier pour les applications mobiles de l'hydrogène énergie, sont équipées d'un dispositif permettant de vider le contenu gazeux de la bouteille si celle-ci est prise dans un feu et d'éviter ainsi son éclatement. Ceci concerne en particulier les bouteilles composites de type IV. Un tel dispositif comprend souvent un fusible thermique, c'est-à-dire un eutectique métallique qui doit fondre sous l'action de la température du feu afin de créer une fuite qui vide la bouteille et évite ainsi son éclatement. Dans de nombreux cas d'incendie, lorsque le fusible libère le gaz (hydrogène notamment), le gaz s'enflamme et crée une flamme de grande longueur (parfois supérieure 20 à plusieurs mètres). Ceci peut provoquer des brûlures pour des personnes adjacentes ou peut même induire des effets en cascade par l'impact de la flamme sur d'autres objets adjacents (d'autres réservoirs de gaz inflammable ou des véhicules adjacents). Une solution connue consiste à limiter la section de l'orifice rejetant l'hydrogène de 25 façon à limiter la taille de la flamme générée. Cependant, dans ce cas, le temps de vidange de la bouteille est augmenté et peut accroître les risques d'éclatement de la bouteille au cours de sa vidange. Ce risque est d'autant plus grand pour les réservoirs de type IV. En effet, le risque d'éclatement n'est en général pas causé uniquement par une augmentation de pression dans la bouteille (puisque 30 celle-ci se vidange) mais aussi et surtout par la fragilisation des matériaux constitutifs de la bouteille par l'action du feu. Pour résoudre ce problème, des solutions existent pour munir les réservoirs composite (de type IV) de renforts mécaniques extérieurs augmentant leur tenue à l'éclatement. Ces solutions augmentent cependant la masse et le coût des réservoirs. 35 Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. 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 l'extrémité aval est en contact avec l'atmosphère extérieure via au moins deux orifices ayant des sections de passage de tailles différentes, chacun des orifice étant obstrué par un bouchon fusible et/ou frangible respectif, et en ce que le seuil de température ou, respectivement, le seuil de pression, déclenchant directement ou indirectement la rupture ou la fusion du bouchon de l'orifice de section relativement plus grande est supérieur au seuil de température de fusion, respectivement au seuil de pression, déclenchant directement ou indirectement la rupture ou la fusion du bouchon de l'orifice de l'orifice de section relativement plus petite. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou 10 plusieurs des caractéristiques suivantes : - le dispositif comporte un premier orifice circulaire de diamètre compris entre 0,001 et lmm et de préférence entre 0,05 et 0,70 mm et encore plus préférentiellement entre 0,1 et 0,4 mm, - le dispositif comporte un second orifice circulaire dont le diamètre est supérieur 15 au diamètre du premier orifice d'une valeur comprise entre 0,10 et 2 mm et de préférence comprise entre 0,20 et 0,60 mm et encore plus préférentiellement comprise entre 0,30 et 0,50 mm, - le dispositif comporte un orifice obstrué par un bouchon fusible à partir d'un seuil de température compris entre 80 et 160°C et de préférence compris entre 100 et 140°C, 20 - le dispositif comporte un orifice obstrué par un bouchon fusible à partir d'un seuil de température compris entre 160°C et 300°C et de préférence compris entre 200 et 260°C, - le dispositif comporte au moins un bouchon fusible comprenant un eutectique métallique, - le dispositif comporte au moins un bouchon fusible comprenant un alliage de 25 plomb et d'étain, - l'extrémité amont a une section de passage supérieure ou égale à la somme des sections de passage de tous les orifices. L'invention concerne également un récipient de stockage d'un gaz, notamment d'un gaz contenant ou constitué d'hydrogène, le gaz étant stocké à une pression dite haute 30 comprise entre 100 et 900 bar, le récipient comprenant un dispositif de sécurité conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. L'invention peut concerner 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- 35 après, faite en référence à la figure unique, qui représente une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d'un dispositif de sécurité selon un exemple de réalisation de l'invention. Le dispositif de sécurité comprend un corps définissant un canal 1 d'écoulement de gaz dont une extrémité amont 11 communique avec une source de gaz G sous pression et au moins une extrémité aval 12 communique avec l'atmosphère extérieure. L'extrémité amont 11 est par exemple en contact avec le gaz stocké dans une bouteille de gaz sous pression, par exemple une bouteille composite de type IV. Dans cet exemple, l'extrémité aval 12 est en contact avec l'atmosphère extérieure via deux orifices 2 espacés l'un de l'autre. Bien entendu, il est possible d'envisager trois orifices ou plus. Les deux orifices 2 ont des sections de passage (par exemple circulaires) de tailles différentes (par exemple diamètres respectifs Dl et D2). Par exemple, un premier orifice 2 circulaire a un diamètre Dl de 0,3 mm. Le second orifice 2 circulaire est plus grand, avec par exemple un diamètre D2 égal à 3 mm. Selon une particularité avantageuse, chaque orifice 2 est obstrué par un bouchon 3 fusible et/ou frangible respectif. De plus, le seuil de température de fusion (ou respectivement le seuil de pression de rupture) du bouchon 3 de l'orifice 2 de section D2 relativement plus grande est supérieur au seuil de température de fusion (ou respectivement au seuil de pression de rupture) de l'orifice 2 de section Dl relativement plus petite Dl. Ainsi, lorsque le stockage ou la bouteille munie du dispositif est prise dans un incendie, la température de la bouteille augmente lentement. Lorsque la température atteint le seuil de fusion du premier bouchon (par exemple de 120°C), ce bouchon 3 va fondre et libérer le gaz à travers son orifice (diamètre Dl). Ce premier orifice 2 va générer une flamme relativement petite, dont la longueur est fonction de la pression du gaz et de la taille Dl de l'orifice 2. Par exemple, le premier orifice 2 génère une flamme d'environ lm pour un gaz de 700 bars libérés via un diamètre Dl de 0,3 mm. Une telle flamme a une dimension et un effet thermique relativement limités qui n'augmentent pas la difficulté d'évacuation éventuelle des personnes. De plus, ce type de flamme ne contribue que de façon mineure à la propagation de l'incendie. Le second orifice 2 est toujours obturé par son bouchon 3. Lorsque l'incendie se développe (on peut considérer l'évacuation des personnes a été réalisée), la température de la bouteille va augmenter. Si l'incendie n'est pas éteint, la température peut atteindre le seuil de fusion du second bouchon 3 (par exemple égal à 250°C). Le second bouchon 3 fond à son tour et libère le gaz sous pression via un orifice D2 plus grand qui produit une vidange plus rapide mais via une flamme plus longue. Cependant, cette vidange plus rapide permet de limiter les risques d'éclatement de la bouteille. Le ou les bouchons 3 peuvent être constitués d'alliages métalliques, par exemple un alliage de plomb et d'étain. D'autres systèmes équivalents peuvent être envisagés (par exemple un dispositif comprenant une cire emprisonnée dans un bulle de verre appelée « glass bulb »). Cette répartition de l'évacuation du gaz par plusieurs orifices 2 de tailles croissantes et intervenant de façon décalée dans le temps permet à la fois de : - limiter la longueur de flamme dans un premier temps et de - réaliser une vidange de la bouteille dans une durée compatible avec le temps de résistance des matériaux constitutifs de la bouteille dans un incendie. Bien entendu, il est possible d'envisager plus de trois orifices avec des bouchons respectifs ayant des diamètres différents et des seuils de fusion/rupture différents. De même, il est possible d'envisager plusieurs orifices identiques avec des bouchons respectifs de seuil de fusions ou de rupture identiques ou différents. L'ouverture ou la rupture du ou des bouchons peut être obtenue directement par fusion du bouchon et/ou indirectement via un actuateur en fonction d'une mesure de température. L'ouverture du bouchon peut (alternativement ou cumulativement) être obtenue directement par rupture en raison d'une pression de gaz, et/ou indirectement via un actuateur en fonction d'une mesure de pression ou d'un flux de gaz. En fonction de la pression et du volume de gaz à évacuer, de la taille de flamme maximale tolérée et du temps de vidange souhaité, il est possible de choisir le nombre d'orifices, leur taille et les seuils de fusion/rupture des bouchons correspondants. Par exemple, selon l'endroit où l'on utilise le récipient, les tailles de flammes sont contrôlées avec des limites différentes, adaptées au milieu environnant. Par exemple, pour un stockage d'hydrogène (bouteille ou analogue) à 700 bar : - si la bouteille est utilisée en milieu intérieur, l'objectif de longueur de flamme peut être de 0,3 m via un ou des orifices de 0,1 mm de diamètre, - si la bouteille est utilisée en extérieur, l'objectif de longueur de flamme peut être de lm via un ou des orifices 0,3 mm de diamètre. De même, il est possible d'envisager que les deux orifices soient concentriques ou adjacents. Par exemple, les deux bouchons obturent respectivement deux portions d'un même passage communicant avec l'atmosphère extérieure. C'est-à-dire qu'un premier bouchon (relativement plus petit) libère dans un premier temps une première section de passage tandis que le second bouchon (relativement plus grand) libère dans un second temps une seconde section de ce même passage pour le gaz. L'invention permet d'obtenir une longueur de flamme relativement faible et maîtrisée permettant une évacuation de personnes et, lorsque la température de l'incendie est devenue importante et que les personnes ont été évacuées, une flamme de grande longueur (débit important) permettant de vider rapidement la bouteille et d'éviter son éclatement. L'invention s'applique à tout type de récipient de gaz combustible et en particulier aux gaz pyrophoriques comme le silane. 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) d'écoulement de gaz dont une extrémité amont (11) est destinée à être mise en contact avec une source de gaz (G) sous pression et au moins une extrémité aval (12) est destinée à être mis en contact avec une atmosphère extérieure, le dispositif comprenant au moins un bouchon (3) bloquant l'écoulement du gaz entre l'extrémité amont (11) et la ou les extrémités aval (12) en configuration normale, le au moins un bouchon (3) étant fusible et/ou frangible pour libérer le passage pour le gaz en cas de situation dangereuse, caractérisé en ce que l'extrémité aval (12) est en contact avec l'atmosphère extérieure via au moins deux orifices (2) ayant des sections de passage de tailles différentes (Dl, D2), chacun des orifice (2) étant obstrué par un bouchon (3) fusible et/ou frangible respectif, et en ce que le seuil de température ou, respectivement, le seuil de pression, déclenchant directement ou indirectement la rupture ou la fusion du bouchon (3) de l'orifice (2) de section relativement plus grande (D2) est supérieur au seuil de température de fusion, respectivement au seuil de pression, déclenchant directement ou indirectement la rupture ou la fusion du bouchon (3) de l'orifice de l'orifice (2) de section relativement plus petite (Dl). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier orifice (2) circulaire de diamètre compris entre 0,001 et lmm et de préférence entre 0,05 et 0,70 mm et encore plus préférentiellement entre 0,1 et 0,4 mm. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un second orifice (2) circulaire dont le diamètre (D2) est supérieur au diamètre (Dl) du premier orifice d'une valeur comprise entre 0,10 et 2 mm et de préférence comprise entre 0,20 et 0,60 mm et encore plus préférentiellement comprise entre 0,30 et 0,50 mm. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un orifice (2) obstrué par un bouchon (3) fusible à partir d'un seuil de température compris entre 80 et 160°C et de préférence compris entre 100 et 140°C. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un orifice (2) obstrué par un bouchon (3) fusible à partir d'un seuil de température compris entre 160°C et 300°C et de préférence compris entre 200 et 260°C. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bouchon (3) fusible comprenant un eutectique métallique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bouchon (3) fusible comprenant un alliage de plomb et d'étain. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'extrémité amont (11) a une section de passage supérieure ou égale à la somme des sections de passage de tous les orifices (2). 9. Récipient de stockage d'un gaz, notamment d'un gaz contenant ou constitué d'hydrogène, le gaz étant stocké à une pression (P) dite haute comprise entre 100 et 900 bar, caractérisé en ce que le récipient (5) comprend un dispositif de sécurité conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.