Brevet FR3031316A1 — publié le 20160708

L'invention concerne un dispositif de production d'oxygène au moyen d'une réaction chimique, en particulier au moyen d'une réaction chimique exothermique. Le dispositif comprend un coeur de réaction chimique, dans lequel se trouve une substance produisant de l'oxygène au moyen d'une réaction chimique, le coeur de réaction chimique comprenant un premier corps de réaction et un deuxième corps de réaction qui sont disposés de façon à pouvoir être activés simultanément, afin qu'un premier front de réaction se propage dans le premier corps de réaction et qu'un deuxième front de réaction se propage simultanément dans le deuxième corps de réaction, le premier corps de réaction 10 étant disposé à côté du deuxième corps de réaction, une plaque d'allumage étant disposée entre le premier corps de réaction et le deuxième corps de réaction. Les avions dans l'aviation civile ainsi que dans le domaine militaire sont habituellement équipés d'un système d'urgence pour la fourniture d'oxygène en cas de chute de pression dans la cabine. 15 Il règne dans la cabine de l'avion une pression qui est réduite d'à peu près un quart par rapport à la pression au sol, c'est-à-dire que la pression à l'intérieur de la cabine est artificiellement maintenue à trois quarts de la pression atmosphérique au niveau de la mer, à savoir approximativement 750 hPa, pendant la phase de croisière, à savoir la phase entre le décollage et l'atterrissage 20 et dans laquelle l'avion a atteint son altitude de croisière d'environ 10 000 m. Cependant, à une altitude de 10 000 m, il règne à l'extérieur de l'avion une pression d'à peu près un quart de la pression interne de la cabine. Il peut se produire une chute de pression dans la cabine de l'avion si la pression à l'intérieur de la cabine chute soudainement, par exemple en raison d'un défaut dans 25 l'enveloppe extérieure de l'avion. Des masques à oxygène tombent des consoles situées au-dessus des sièges, afin de fournir aux passagers un apport suffisant en oxygène dans de telles situations. Ces masques à oxygène sont habituellement alimentés par de l'oxygène produit chimiquement. A cet effet, des générateurs d'oxygène chimique sont prévus au-dessus des sièges, générateurs dans lesquels 30 a lieu une réaction chimique continue, déclenchée par un allumage thermique, par exemple par une traction sur le masque à oxygène, réaction au moyen de laquelle de l'oxygène est produit et envoyé vers les masques d'une manière définie. Un dispositif de production d'oxygène par décomposition thermique d'un produit chimique situé dans une cartouche est connu par exemple du brevet DE 35 44 37 895 Cl. Dans ce dispositif, en partant d'un emplacement d'activation, de l'oxygène est produit d'une manière plus ou moins uniforme le long d'un front de réaction qui se propage à l'intérieur de la cartouche en direction d'un produit chimique non consommé, jusqu'à ce que le produit chimique situé dans la 303 13 16 2 cartouche soit consommé. S'il se produit une situation d'urgence telle que décrite ci-dessus, une descente est immédiatement initiée par les pilotes, afin d'atteindre une altitude à laquelle il règne de nouveau des conditions de pression permettant une respiration 5 normale sans apport additionnel d'oxygène. Il existe donc une plus grande demande en oxygène dans les premières minutes, en particulier pendant la phase de descente, tandis que seule une alimentation en oxygène réduite est nécessaire avec la continuation du vol à l'altitude réduite (altitude de maintien) qui résulte de la descente. Dans l'état de l'art, il est connu, d'une part, de prévoir également un contrôleur de débit, afin de permettre une commande [en boucle fermée] de l'alimentation en oxygène, ce qui relativement onéreux. D'autre part, il est également connu de l'état de l'art d'obtenir un débit de production d'oxygène, et donc un débit de fourniture, variable, au moyen d'une adaptation de la section transversale du coeur de réaction chimique, dans lequel se tient la réaction. Cela peut être effectué par exemple grâce au fait de concevoir l'épaisseur du coeur de façon qu'elle augmente ou diminue dans le sens de la longueur le long de laquelle se propage le front de réaction. Cependant, ces solutions connues de l'état de l'art ont pour inconvénient que le coeur doit avoir une géométrie non uniforme, ce qui risque de compromettre la stabilité mécanique d'un tel système de production d'oxygène. D'après les documents US 2004/0151639 Al et US 7 494 624 B2, il est considéré comme relevant de l'état de l'art, dans un générateur d'oxygène chimique, de prévoir l'emplacement d'activation non pas à l'extrémité du coeur de réaction chimique, mais sur le côté ou le milieu de celui-ci, de telle sorte que le front de réaction se propage dans des directions différentes, en particulier opposées, ce grâce à quoi l'oxygène est produit en un temps plus court que dans le cas de coeurs de réaction allumés par un côté. Contrairement à cette technique antérieure, la présente invention a pour objet de mettre à disposition un dispositif de production d'oxygène au moyen d'une réaction chimique, qui élimine au moins partiellement les problèmes de l'état de l'art qui ont été décrits ci-dessus. En particulier, il convient de mettre à disposition un dispositif qui, d'une part, soit économique et qui, d'autre part, assure l'alimentation nécessaire d'une manière adaptée. Cet objet est obtenu grâce à un dispositif de production d'oxygène au moyen d'une réaction chimique, ayant les caractéristiques selon la revendication 1. D'autres développements avantageux de l'invention sont définis dans les revendications dépendantes. Ainsi, les caractéristiques spécifiées dans les revendications dépendantes et la description, dans chaque cas en tant que telles, mais également selon toute combinaison appropriée, forment en outre la solution selon l'invention et selon la revendication 1. Selon l'invention, il est ainsi mis à disposition un dispositif de production d'oxygène au moyen d'une réaction chimique, en particulier au moyen d'une réaction chimique exothermique, le dispositif comprenant un coeur de réaction chimique, dans lequel se trouve une substance produisant de l'oxygène au moyen d'une réaction chimique, et le coeur de réaction chimique comprenant un premier corps de réaction et un deuxième corps de réaction qui sont disposés de façon à pouvoir être activés simultanément, afin qu'un premier front de réaction se propage dans le premier corps de réaction et qu'un deuxième front de réaction se propage simultanément dans le deuxième corps de réaction. Du fait que deux réactions produisant de l'oxygène peuvent être amorcées simultanément grâce à ce dispositif, la plus grande demande en oxygène qui existe tout particulièrement au début de la descente peut être couverte grâce à la configuration selon l'invention. Il s'agit d'une construction simple, du fait que le coeur peut être construit de manière homogène et n'a pas besoin de contenir des constituants de réactivité plus élevée et plus basse, comme avec l'état de l'art. Aucun mécanisme de régulation additionnel n'est nécessaire, ce qui signifie que la construction est très peu chère et robuste. La stabilité requise pour la construction peut également être assurée au moyen de la configuration selon l'invention, du fait qu'il est possible d'éviter une section transversale variable, par exemple une plus grande épaisseur de coeur à l'extrémité à laquelle la réaction est déclenchée et amorcée, et qui diminue ensuite dans la direction de la longueur du coeur. Selon l'invention, le premier corps de réaction est disposé à côté du deuxième corps de réaction et, dans l'état installé, de préférence au-dessus du deuxième corps de réaction, une plaque d'allumage étant installée entre le premier et le deuxième corps de réaction. D'une part, cette configuration permet d'économiser de la place et, d'autre part, il est ainsi possible, à partir de la plaque d'allumage disposée entre les deux corps de réaction, d'amorcer simultanément la réaction parallèle dans les deux corps de réaction simultanément, au moyen uniquement d'un seul mécanisme d'allumage. De plus, l'agencement des deux corps de réaction l'un derrière l'autre ou l'un au-dessus de l'autre offre une plus grande stabilité en raison de la géométrie uniforme qui en résulte, en particulier dans le cas où les deux corps de réaction ont une section transversale identique. Selon l'invention, le premier corps de réaction et le deuxième corps de réaction ont des longueurs différentes l'une de l'autre. En particulier, le premier corps de réaction peut avoir une longueur plus courte que celle du deuxième corps de réaction. La longueur du premier corps de réaction peut de préférence être adaptée, afin de correspondre à la durée de la descente. C'est-à-dire que la réaction dans le premier corps de réaction et dans le deuxième corps de réaction se produit tant que dure la descente. Lorsque la substance chimique dans le premier corps de réaction est consommée, une production d'oxygène continue alors à être effectuée uniquement au moyen du deuxième corps de réaction, qui peut alors couvrir à lui seul le besoin en oxygène plus faible pendant la phase de maintien. Ainsi, le premier corps de réaction et le deuxième corps de réaction prévoient une durée de réaction différente pour la production d'oxygène en raison de leurs longueurs différentes. Par conséquent, comme on l'a déjà décrit ci-dessus, par exemple plus de deux fois la quantité d'oxygène peut être fournie pendant la durée de la descente que pendant la phase de maintien suivante, à une altitude à laquelle une respiration normale sans apport additionnel d'oxygène n'est toujours pas possible. Selon l'invention, une ouverture continue, en particulier un trou débouchant central, dans laquelle sont disposés des moyens d'amorçage, en particulier une poudre d'amorçage ou une poudre d'allumage, est prévue dans le premier ou dans le deuxième corps de réaction. A la différence de l'amorçage autrement commun sur le côté supérieur d'un corps de réaction, un amorçage parallèle des corps de réaction au moyen d'un seul mécanisme d'amorçage est possible grâce à cette configuration, afin de fournir ainsi une plus grande quantité d'oxygène, en particulier pendant une période de descente. Il est également avantageux que le premier corps de réaction, le deuxième corps de réaction et la plaque d'allumage soient disposés dans un support en métal déployé ou en feuille métallique. Le premier corps de réaction peut être pourvu d'une ouverture continue, où une surface d'extrémité extérieure supérieure du premier corps de réaction, qui se trouve à l'opposé d'une surface d'extrémité intérieure du premier corps de réaction, qui est en contact avec la plaque d'allumage, est recouverte d'un moyen d'isolation, en particulier une isolation céramique. Cela protège l'environnement direct contre un effet négatif exercé par la réaction chimique pour la production d'oxygène. La couverture au moyen d'une isolation céramique est très avantageuse, en particulier à la lumière du fait qu'il s'agit ici d'une réaction exothermique, avec laquelle une grande quantité de chaleur est libérée. Le dispositif est de préférence conçu de telle sorte que le premier front de réaction dans le premier corps de réaction se propage en partant de la plaque d'allumage vers la surface d'extrémité extérieure supérieure du premier corps de 3 0 3 13 16 5 réaction, et que le deuxième front de réaction dans le deuxième corps de réaction se propage en partant de la plaque d'allumage dans la direction opposée du premier front de réaction, vers une surface d'extrémité extérieure du deuxième corps de réaction. Ainsi, il se produit une production parallèle d'oxygène, qui 5 couvre la demande additionnelle en oxygène pendant la phase de descente initiale en cas d'urgence. Selon une autre forme de réalisation préférée, le premier corps de réaction et le deuxième corps de réaction sont formés du même matériau, en particulier du chlorate de sodium. L'utilisation de matériaux de réaction identiques 10 dans les deux corps de réaction est particulièrement avantageuse en ce qui concerne la comportement d'allumage ou d'amorçage. L'ouverture continue peut être avantageusement doublée d'une tôle métallique, ce grâce à quoi, lors du déclenchement de l'allumage, il est assuré que le front de réaction dans le premier corps de réaction, dans lequel se trouve 15 l'ouverture ayant le mécanisme d'amorçage, prend un chemin défini et ne peut pas se propager le long de la paroi intérieure de l'ouverture. Le mécanisme d'amorçage peut également être disposé dans l'ouverture continue, afin de raccourcir la longueur des générateurs d'oxygène chimique. Nous allons maintenant décrire l'invention plus en détail grâce à une forme 20 de réalisation représentative qui est représentée sur les dessins, dans lesquels : la Figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de production d'oxygène selon une forme de réalisation de l'invention, dans l'état installé ; la Figure 2 est une vue en coupe du dispositif de production d'oxygène, dans lequel est disposé un mécanisme d'amorçage, selon une autre forme de 25 réalisation de l'invention, dans l'état installé ; la Figure 3 est une autre vue en coupe du dispositif représenté sur la Figure 2, sur laquelle les deux directions de réactions sont représentées par des flèches ; la Figure 4 est une vue en coupe comme la Figure 1, mais avec le trou 30 bordé d'une tôle métallique, et la Figure 5 est un diagramme qui représente la quantité d'oxygène produite par le dispositif, en fonction du temps. La Figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif 1 de production d'oxygène selon une forme de réalisation de l'invention, qui peut être appliqué par 35 exemple en tant que générateur d'oxygène chimique pour passagers dans un avion. Le dispositif comprend un coeur 2 contenant une substance qui produit de l'oxygène et qui, dans la forme de réalisation décrite ici, consiste essentiellement en chlorate de sodium (NaCI03). De l'oxygène peut être produit au moyen du dispositif 1 par la réaction chimique suivante, qui se tient de manière exothermique : 2 NaC103 -> 2 NaCI + 3 02 Un chlorate ou perchlorate équivalent différent, par exemple du perchlorate de lithium (LiCI04), peut également être utilisé, de manière alternative, en tant que substance produisant de l'oxygène. Le coeur de réaction chimique 2 est essentiellement constitué d'un premier corps de réaction 3 et d'un deuxième corps de réaction 4, et ceux-ci sont disposés l'un au-dessus de l'autre, avec une plaque d'allumage 5 disposée entre eux. Comme on peut le voir sur la figure, le premier corps de réaction supérieur 3 est conçu avec une taille considérablement plus petite que celle du deuxième corps de réaction 4, avec une longueur L1 considérablement plus courte que la longueur L2 du deuxième corps de réaction 4. La section transversale des deux corps de réaction 3, 4 est cependant identique, de telle sorte qu'ils forment ensemble, avec la plaque d'allumage 5 disposée entre eux, une géométrie uniforme de forme cylindrique. Cette conception offre au dispositif 1 de très bonnes caractéristiques en ce qui concerne la stabilité mécanique. Une ouverture continue centrale 6, qui pénètre dans le premier corps de réaction 3, le long de son axe longitudinal, et qui mène à la plaque d'allumage 5, est prévue dans le premier corps de réaction supérieur 3. L'ouverture 6 sert pour le remplissage d'une matière de charge d'amorçage de type poudre, à savoir une poudre d'allumage 7 pour le mécanisme d'allumage (voir Figure 2), qui peut être allumée au moyen d'un dispositif d'amorçage sous la forme d'une capsule d'allumage 10. De plus, une isolation céramique 9 recouvrant complètement la surface d'extrémité supérieure extérieure 8 du premier corps de réaction 3 qui se trouve à l'opposé d'une surface d'extrémité intérieure 15 du premier corps de réaction 3, qui est en contact avec la plaque d'allumage 5, et à travers laquelle isolation pénètre également l'ouverture 6, est prévue sur la face supérieure 8 du premier corps de réaction 3. La Figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif 1 de production d'oxygène dans lequel est disposé un mécanisme d'allumage, selon une autre forme de réalisation de l'invention. Ici, tout comme dans la forme de réalisation représentée sur la Figure 1, le premier corps de réaction 3, le deuxième corps de réaction 4 et la plaque d'allumage 5 disposée entre eux sont entourés d'un support 11 ou d'une enveloppe 11 en métal déployé. Le support 11 peut autrement être constitué d'une feuille de métal. Il sert à la stabilisation mécanique et thermique du dispositif 1. L'ouverture 6 est remplie d'une poudre d'allumage 7. Le mécanisme 303 1 3 1 6 7 d'allumage est déclenché au moyen d'un choc exercé par un amorceur à choc 12 sur la capsule d'allumage 10 et la poudre d'allumage 7, dans la direction caractérisée par la flèche, et transmis via la plaque d'allumage 5 au premier corps de réaction 3 et au deuxième corps de réaction 4, pour l'allumage du coeur de 5 réaction chimique 2, tel qu'expliqué plus en détail en liaison avec la Figure 3. En ce qui concerne la forme de réalisation de la Figure 2, l'amorceur à choc 12 avec la capsule d'allumage 10 est presque complètement intégré dans l'ouverture cylindrique 6 et, ici aussi, la poudre d'allumage 7 est également disposée entre la capsule d'allumage 10 et la plaque d'allumage 5, mais en comparaison de la 10 variante de réalisation représentée sur la Figure 1, elle a un chemin considérablement plus court, c'est-à-dire que la hauteur de l'espace cylindrique, dans lequel est disposée la poudre d'allumage 7, est considérablement plus petite dans la forme de réalisation de la Figure 2 que dans la forme de réalisation de la Figure 1. Ceci offre l'avantage selon lequel la propagation des fronts de réaction 15 s'effectue d'une manière plus directe, tel que représenté sur la Figure 3 par les flèches 13 et 14. La Figure 3 est une autre vue en coupe du dispositif 1 représenté sur la Figure 1. Lors du déclenchement de l'allumage au moyen du mécanisme d'amorçage décrit ci-dessus, un premier front de réaction 13 se propage dans le 20 premier corps de réaction 3, et un deuxième front de réaction 14 se propage simultanément dans le deuxième corps de réaction 4, tel qu'indiqué par les flèches noires. Le premier front de réaction 13, partant ainsi de la plaque d'allumage 5, se propage vers la surface d'extrémité extérieure supérieure 8 du premier corps de réaction 3. Le deuxième front de réaction 14 se propage simultanément, en 25 partant de la plaque d'allumage 5, dans la direction opposée vers la surface d'extrémité extérieure inférieure 16 du deuxième corps de réaction 4. Après déclenchement de la réaction chimique exothermique au moyen d'un mécanisme d'amorçage, la production d'oxygène est effectuée en deux phases grâce aux longueurs différentes L1 et L2 des premier et deuxième corps de réaction 3, 4. 30 Selon la conception, jusqu'à plus du double de la quantité V2 d'oxygène est produit dans la première phase ti, dans laquelle de l'oxygène est produit dans le premier corps de réaction 3 ainsi que dans le deuxième corps de réaction 4, que dans la seconde phase t2, dans laquelle le premier front de réaction 13 a atteint la surface d'extrémité extérieure supérieure 8 du premier corps de réaction 3, ce qui conduit 35 au fait que la production d'oxygène est arrêtée dans le premier corps de réaction 3, et que de l'oxygène est produit uniquement dans le deuxième corps de réaction 4. Du fait que celui-ci a une longueur L2 considérablement plus grande que celle du premier corps de réaction 3, ici de l'oxygène peut continuer à être produit 303 1 3 1 6 8 pendant une longue période de temps, mais alors globalement à une quantité inférieure V1, comme cela ressort de manière évidente de la Figure 5. Un plus grand besoin en oxygène dans l'avion peut donc être couvert dans la première phase, par exemple lors d'une descente exécutée en cas d'urgence, puis 5 seulement une plus petite quantité d'oxygène appropriée est produite dans la seconde phase, par exemple dans la phase de maintien à une altitude à laquelle une respiration est possible avec une faible quantité d'oxygène additionnelle. Une régulation (commande en boucle fermée) de l'alimentation en oxygène est donc possible sans dispositif de commande compliqué, et le dispositif 10 selon l'invention a en même temps une bonne stabilité grâce à sa géométrie uniforme. Avec la variante de réalisation qui est représentée sur la Figure 4, l'espace cylindrique qui est formé par l'ouverture 6 comprend un doublage en tôle métallique tubulaire 17 qui sépare la matière de charge d'amorçage du 15 premier corps de réaction environnant 3. Ce doublage 17 assure d'une part que la plaque d'allumage 5 soit amenée en réaction d'allumage via la poudre d'allumage 7 après déclenchement du dispositif d'amorçage, ce en conséquent de quoi les fronts de réaction 13 et 14, tels que représentés sur la Figure 3, se propagent presque simultanément et dans des directions opposées. Le doublage 20 en tôle 17 présente de plus l'avantage selon lequel il empêche le matériau de tomber du premier corps de réaction 3 dans l'ouverture 6 lors du remplissage de la poudre d'allumage 7, car ce matériau détériorerait la transition entre la poudre d'allumage 7 et la plaque d'allumage 7. On comprendra que ce doublage en tôle métallique 17 pourrait également être avantageusement appliqué avec la forme 25 de réalisation selon la Figure 2. La liste des numéros de référence est maintenant donnée afin de faciliter la lecture des dessins annexés : 1 Dispositif de production d'oxygène 2 Coeur 30 3 Premier corps de réaction de longueur 1-1 4 Deuxième corps de réaction de longueur L2 5 Plaque d'allumage 6 Ouverture 7 Matière de charge d'amorçage 35 8 Surface d'extrémité extérieure (supérieure) du premier corps de réaction 9 Isolation céramique 10 Capsule d'allumage 11 Support 12 Amorceur à choc 13 Premier front de réaction 14 Deuxième front de réaction 15 Surface d'extrémité intérieure (inférieure) du deuxième corps de réaction 16 Surface d'extrémité extérieure (inférieure) du deuxième corps de réaction 17 Doublage en tôle métallique10 REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de production d'oxygène au moyen d'une réaction chimique, en particulier au moyen d'une réaction chimique exothermique, le dispositif (1) comprenant un coeur de réaction chimique (2), dans lequel se trouve une substance produisant de l'oxygène au moyen d'une réaction chimique, et le coeur de réaction chimique (2) comprenant un premier corps de réaction (3) et un deuxième corps de réaction (4) qui sont disposés de façon à pouvoir être activés simultanément, afin qu'un premier front de réaction (13) se propage dans le premier corps de réaction (3) et qu'un deuxième front de réaction (14) se propage simultanément dans le deuxième corps de réaction (4), le premier corps de réaction (3) étant disposé à côté du deuxième corps de réaction (4), et une plaque d'allumage (5) étant disposée entre le premier corps de réaction (3) et le deuxième corps de réaction (4), caractérisé en ce que le premier corps de réaction (3) et le deuxième corps de réaction (4) ont des longueurs L1, L2 qui sont différentes l'une de l'autre, et fournissent, grâce à leurs longueurs différentes, une durée de réaction différente pour la production d'oxygène, et en ce qu'une ouverture continue (6), dans laquelle sont disposés des moyens d'amorçage, est prévue dans le premier corps de réaction (3) ou dans le deuxième corps de réaction (4). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier 20 corps de réaction (3) est disposé au-dessus du deuxième corps de réaction (4) dans l'état installé. 3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture continue dans le premier corps de réaction (3) ou dans le deuxième corps de réaction (4) est un trou débouchant central. 25 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'amorçage sont une poudre d'allumage (7). 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier corps de réaction (3), le deuxième corps de réaction (4) et la plaque d'allumage (5) sont disposés dans un support (11) en métal déployé ou en feuille 30 métallique. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier corps de réaction (3) est pourvu de l'ouverture continue (6), où une surface d'extrémité supérieure extérieure (15) du premier corps de réaction (3), qui se trouve à l'opposé d'une surface d'extrémité intérieure (15) du premier corps de 35 réaction (3), qui entre en contact avec la plaque d'allumage (5), est recouverte d'un moyen d'isolation, en particulier avec une isolation céramique (9). 7. Dispositif (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est conçu de telle sorte que le premier front de réaction (13) dans le premier corps deréaction (3) se propage en partant de la plaque d'allumage (5) vers la surface d'extrémité extérieure supérieure (8) du premier corps de réaction (3), et que le deuxième front de réaction (14) dans le deuxième corps de réaction (4) se propage en partant de la plaque d'allumage (5), dans la direction opposée au premier front de réaction (13), vers une surface d'extrémité extérieure (16) du deuxième corps de réaction (4). 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier corps de réaction (3) et le deuxième corps de réaction (4) sont formés du même matériau, en particulier du chlorate de sodium. 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ouverture continue (6) est doublée d'une tôle métallique (17). 10. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un mécanisme d'amorçage, de préférence un amorceur à choc (12), est disposé dans l'ouverture (6) d'une manière enfoncée.15