Brevet FR3064412A1 — publié le 20180928

La présente invention concerne des éclateurs utilisés dans des excitateurs d'allumage pour faire fonctionner des allumeurs dans des moteurs industriels, des systèmes d'allumage d'aéronefs, et d'autres applications impliquant des gaz combustibles. Des éclateurs, également désignés ici sous le nom d'ensembles éclateur, sont typiquement des composants discrets utilisés dans des circuits excitateurs et analogues pour contribuer à la distribution constante d'énergie d'étincelle à un allumeur utilisé dans un aéronef ou autre moteur à turbine. Le document US 7,130,180 divulgue un exemple d'excitateur ayant un circuit de décharge qui inclut un dispositif de commutation sous la forme d'un éclateur. D'autres types de circuits excitateurs qui incorporent un éclateur, et d'autres applications de tels éclateurs sont connus. Les éclateurs utilisés de nos jours incluent une chambre hermétiquement close contenant deux électrodes de décharge et un remplissage de gaz radioactif qui utilise un radio-isotope tel que le tritium (3H) ou le Krypton 85 (85Kr). Le radio-isotope ionise le gaz au sein de la chambre hermétiquement close et aide à maintenir un niveau d'ionisation constant afin d'aider de ce fait à fournir une distribution constante d'énergie de décharge d'étincelle à l'allumeur. Conformément à un aspect de l'invention, il est fourni un ensemble éclateur, comprenant une chambre hermétiquement close, au moins deux électrodes de décharge situées dans la chambre hermétiquement close, et un remplissage de gaz noble non radioactif au sein de la chambre hermétiquement close. Divers modes de réalisation de l'ensemble éclateur peuvent inclure 30 n'importe lesquelles des caractéristiques suivantes ou n'importe quelle combinaison techniquement réalisable de deux des caractéristiques suivantes ou plus : 3064412 2 - le remplissage de gaz contient uniquement des isotopes non radioactifs d'un ou de plusieurs gaz nobles avec au plus des quantités à l'état de traces de tout autre gaz ; - le remplissage de gaz contient une pluralité de gaz nobles ; 5 les électrodes de décharge comprennent des première et deuxième électrodes séparées l'une de l'autre par un espace de décharge d'étincelle qui est exposé au remplissage de gaz ; - l'ensemble éclateur inclut une troisième électrode située dans la chambre hermétiquement close dans une position apte à faciliter une 10 décharge d'étincelle à travers l'espace de décharge ; - le remplissage de gaz et l'espace de décharge d'étincelle sont configurés pour fournir une décharge d'étincelle à travers l'espace de décharge à une ou plusieurs tensions comprises entre 1 000 et 10 000 volts ; - l'ensemble éclateur recueille une quantité particulière d'énergie 15 d'étincelle comprise dans la gamme de 0,1 à 20 joules ; - la chambre hermétiquement close inclut des premier et deuxième bouchons d'extrémité et un tube vitreux ayant des extrémités opposées, chaque dite extrémité étant hermétiquement close par l'un desdits bouchons d'extrémité ; et dans laquelle les électrodes de décharge 20 comprennent des première et deuxième électrodes s'étendant à travers les premier et deuxième bouchons d'extrémité, respectivement, d'une portion exposée à l'extérieur de la chambre hermétiquement close à une portion enfermée à l'intérieur de la chambre hermétiquement close ; et/ou 25 le tube vitreux comprend un matériau réalisé en verre ou en céramique. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est fourni un ensemble éclateur, comprenant : une chambre hermétiquement close qui inclut des premier et deuxième bouchons d'extrémité et un tube vitreux ayant des extrémités opposées, chaque dite extrémité étant hermétiquement close par l'un desdits bouchons d'extrémité ; au moins deux électrodes de décharge comprenant des première et deuxième électrodes de décharge s'étendant à 3064412 3 travers les premier et deuxième bouchons d'extrémité, respectivement, d'une portion exposée à l'extérieur de la chambre hermétiquement close à une portion enfermée à l'intérieur de la chambre hermétiquement close, les première et deuxième électrodes de décharge ayant chacune une portion de décharge qui 5 inclut une surface à partir de laquelle des électrons d'une décharge d'étincelle sortent ou sont reçus, dans lequel les surfaces de décharge des portions de décharge se font face afin de définir de ce fait un espace de décharge d'étincelle entre les surfaces de décharge des première et deuxième électrodes de décharge ; et un remplissage de gaz non radioactif au sein de la chambre 10 hermétiquement close qui inclut un ou plusieurs isotopes non radioactifs d'un ou de plusieurs gaz nobles. Le remplissage de gaz et l'espace de décharge d'étincelle sont configurés pour fournir une décharge d'étincelle à travers l'espace de décharge à une ou plusieurs tensions comprises entre 1 000 et 10 000 volts, et l'ensemble éclateur recueille une quantité particulière d'énergie 15 d'étincelle comprise dans la gamme de 0,1 à 20 joules. Un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après conjointement avec les dessins joints, dans lesquels des dénominations analogues désignent des éléments analogues, et dans lesquels : 20 La Figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un ensemble éclateur construit conformément à l'invention ; et La Figure 2 représente un deuxième mode de réalisation d'un 25 ensemble éclateur construit conformément à l'invention. En référence à la FIG. 1, il est représenté un ensemble éclateur 10 qui inclut une chambre hermétiquement close 12, des première et deuxième électrodes de décharge 14, 16 situées dans la chambre hermétiquement close 30 12, et un remplissage de gaz noble non radioactif 18 au sein de la chambre 12. La chambre hermétiquement close 12 inclut des premier et deuxième bouchons d'extrémité 20, 22 et un tube vitreux cylindrique creux 24 ayant des extrémités 3064412 4 opposées 26, 28 qui sont hermétiquement closes par l'un desdits bouchons d'extrémité 20, 22, respectivement. Les première et deuxième électrodes de décharge 14, 16 s'étendent à travers les premier et deuxième bouchons d'extrémité 20, 22, respectivement, d'une portion exposée à l'extérieur de la 5 chambre hermétiquement close à une portion enfermée à l'intérieur de la chambre hermétiquement close. Le tube vitreux 24 peut être réalisé à partir de verre, de céramique, ou d'un autre matériau approprié. Des matériaux appropriés et des tubes en verre 10 et en céramique disponibles dans le commerce sont disponibles et seront connus de l'homme du métier. Les bouchons d'extrémité 20, 22 peuvent être chacun réalisés en des matériaux appropriés collés par colle époxy ou autrement collés sur le tube 24. 15 Par exemple, les bouchons d'extrémité 20, 22 peuvent être chacun réalisés en un matériau diélectrique ou en un matériau conducteur qui est soit électriquement connecté à leurs électrodes respectives 14, 16, soit isolé de celles-ci à l'aide d'un composant diélectrique distinct (non représenté). Dans le mode de réalisation illustré, le bouchon d'extrémité 20 inclut un tube de 20 remplissage 21 pour l'évacuation de fluides de la chambre hermétiquement close 12 et pour le remplissage subséquent de la chambre 12 avec le gaz ou les gaz nobles 18. Dans d'autres modes de réalisation, l'évacuation et le remplissage de la chambre hermétiquement close 12 peuvent être effectués d'autres manières, comme cela sera connu de l'homme du métier. 25 Les électrodes de décharge 14, 16 peuvent être construites de manière identique l'une à l'autre (comme représenté dans la FIG. 2) ou sous la forme d'électrodes différentes, comme représenté dans la FIG. 1 ; par exemple, une électrode 14 peut inclure un montant extérieur 30 au niveau de sa portion 30 exposée, tandis que l'autre électrode 16 peut inclure une surface de contact 32 présentée au niveau de la face de son bouchon d'extrémité associé 22 ou peut inclure un évidement 33 qui peut être fileté pour recevoir une borne d'extrémité 3064412 5 filetée (non représentée) lorsqu'il est assemblé en circuit dans un excitateur ou une autre application. Les électrodes 14, 16 peuvent être des composants unitaires ajustés à l'intérieur de leurs bouchons d'extrémité respectifs 20, 22, ou peuvent être chacune constituées d'une pluralité de pièces connectées 5 ensemble. Les électrodes 14, 16 incluent une portion de décharge 34, 36, respectivement, qui présente un bout ou une surface à partir duquel ou de laquelle des électrons d'une décharge d'étincelle sortent ou sont reçus. Les portions de décharge 34, 36 peuvent être réalisées en tungstène ou en alliages de celui-ci, ou en n'importe quel autre métal approprié du groupe du platine ou 10 autre. Les électrodes 14, 16 sont montées dans les bouchons d'extrémité 20, 22, respectivement de sorte à positionner leurs portions de décharge respectives se faisant face afin de définir de ce fait un espace de décharge d'étincelle entre les surfaces de décharge des deux électrodes. 15 Le remplissage de gaz noble non radioactif peut contenir un seul gaz noble ou une combinaison de gaz nobles. Tels qu'ils sont utilisés ici, les gaz nobles sont ces éléments d'origine naturelle occupant le Groupe 18 du tableau périodique ; à savoir, l'Hélium, le Néon, l'Argon, le Krypton, le Xénon, et le Radon. Dans au moins certains modes de réalisation, le remplissage de gaz 20 noble non radioactif 18 contient uniquement des isotopes non radioactifs d'un ou de plusieurs gaz nobles avec au plus des quantités à l'état de traces de tout autre gaz. Et dans certains modes de réalisation, le remplissage de gaz noble 18 comprend des isotopes non radioactifs d'un ou de plusieurs gaz nobles sélectionnés dans le groupe des gaz nobles constitué du Néon, de l'Argon, du 25 Krypton, du Xénon, et du Radon. Les gaz nobles ont des énergies d'ionisation élevées par rapport à leurs éléments voisins et peuvent être utilisés pour fournir une tension de décharge d'étincelle continue constante à travers les électrodes 14, 16. Dans d'autres modes de réalisation, d'autres gaz non nobles peuvent être inclus dans les isotopes non radioactifs du ou des gaz nobles, tels 30 que l'azote et l'oxygène et, dans de tels cas, le ou les gaz nobles peuvent comprendre n'importe lesquelles d'un certain nombre de quantités différentes 3064412 6 du remplissage de gaz total 18 ; par exemple de 1 à 10 % du remplissage de gaz total. Comme cela sera apprécié par l'homme du métier, la tension de 5 décharge d'étincelle particulière de l'ensemble éclateur 10 dépend d'un certain nombre de paramètres et peut être fixée par une combinaison appropriée de l'espacement d'espace de décharge d'étincelle, du mélange de remplissage de gaz noble 18 et de la pression, ainsi que d'autres caractéristiques telles que la géométrie des surfaces de décharge des électrodes (par exemple, pointues, ou 10 larges et plates) et le matériau particulier en lequel la surface de décharge est réalisée. Dans certains modes de réalisation, ces caractéristiques sont fixées de telle sorte que la tension de décharge d'étincelle soit comprise au sein de la gamme de 1 000 à 10 000 volts. Par exemple, le remplissage de gaz et l'espace de décharge d'étincelle peuvent être configurés pour fournir une 15 décharge d'étincelle à travers l'espace de décharge à une ou plusieurs tensions comprises entre 1 000 et 10 000 volts ; par exemple, à 4 000 volts. L'ensemble éclateur 10 peut également être conçu pour recueillir une quantité ou gamme particulière d'énergie d'étincelle, telle que de 0,1 à 20 joules. 20 La FIG. 2 représente un deuxième mode de réalisation 40 d'un ensemble éclateur de l'invention. La conception et la construction de l'éclateur 40 peuvent être telles que décrites ci-dessus en relation avec la FIG. 1, excepté que tel que représenté, il (i) a deux électrodes de décharge 44, 46 qui incluent chacune un montant sur la portion exposée extérieure de l'électrode, (ii) inclut 25 une troisième électrode auxiliaire d'étincelle 48, (iii) a un remplissage de gaz de pression inférieure, et (iv) n'inclut pas de tube de remplissage. La troisième électrode 48 peut être située coaxialement avec l'une des électrodes, telle que dans un alésage central 50 de l'électrode 44, avec un isolant 52 séparant l'électrode auxiliaire d'étincelle 48 de l'électrode 44. Par application appropriée 30 d'une tension élevée à travers l'espace de décharge d'étincelle formé entre les électrodes 44, 46 et utilisation d'une impulsion de tension de déclenchement 3064412 7 d'étincelle sur l'électrode 48, un minutage précis de la décharge d'étincelle peut être obtenu. On doit comprendre que ce qui précède est une description d'un ou de 5 plusieurs modes de réalisation de l'invention. L'invention n'est pas limitée au(x) mode(s) de réalisation particulier(s) divulgué(s) ici, mais est plutôt définie uniquement par les revendications ci-dessous. En outre, les affirmations contenues dans la description précédente concernent des modes de réalisation particuliers et ne doivent pas être interprétées comme des limitations du cadre 10 de l'invention ou de la définition des termes utilisés dans les revendications, excepté lorsqu'un terme ou une expression est défini(e) expressément ci-dessus. Divers autres modes de réalisation et divers changements et modifications apportés au(x) mode(s) de réalisation divulgué(s) deviendront évidents pour l'homme du métier. La totalité de ces autres modes de 15 réalisation, changements, et modifications sont destinés à entrer dans le cadre des revendications jointes. Telles qu'elles sont utilisées dans cette description et ces revendications, les expressions « par exemple », « tel(le)(s) que », et 20 « analogues », et les verbes « comprenant », « ayant », « incluant », et leurs autres formes verbales, lorsqu'elles sont utilisées conjointement avec une énumération d'un ou de plusieurs composants ou autres objets, doivent chacune être interprétées comme ouvertes, ce qui signifie que l'énumération ne doit pas être considérée comme excluant d'autres composants ou objets 25 supplémentaires. D'autres termes doivent être interprétés à l'aide de leur signification raisonnable la plus large sauf s'ils sont utilisés dans un contexte qui nécessite une interprétation différente. REVENDICATIONS1 Ensemble éclateur (10, 40), comprenant : une chambre hermétiquement close (12) ; au moins deux électrodes de décharge (14, 16, 44, 46) situées dans la chambre hermétiquement close (12) ; et un remplissage de gaz noble non radioactif (18) au sein de la chambre hermétiquement close (12). 2. Ensemble éclateur (10, 40) défini dans la revendication 1, dans lequel le remplissage de gaz contient uniquement des isotopes non radioactifs d'un ou de plusieurs gaz nobles avec au plus des quantités à l'état de traces de tout autre gaz. 3. Ensemble éclateur (10, 40) défini dans la revendication 1, dans lequel le remplissage de gaz contient une pluralité de gaz nobles (18). 4. Ensemble éclateur (10, 40) défini dans une revendication précédente 20 quelconque, dans lequel les électrodes de décharge (14, 16, 44, 46) comprennent des première et deuxième électrodes séparées l'une de l'autre par un espace de décharge d'étincelle qui est exposé au remplissage de gaz. 5. Ensemble éclateur (40) défini dans la revendication 4, comprenant en 25 outre une troisième électrode (48) située dans la chambre hermétiquement close (12) dans une position apte à faciliter une décharge d'étincelle à travers l'espace de décharge. 6. Ensemble éclateur (10, 40) défini dans la revendication 4, dans lequel le 30 remplissage de gaz et l'espace de décharge d'étincelle sont configurés pour fournir une décharge d'étincelle à travers l'espace de décharge à une ou plusieurs tensions comprises entre 1 000 et 10 000 volts. 3064412 9 7. Ensemble éclateur (10, 40) défini dans une revendication précédente quelconque, l'ensemble éclateur (10, 40) recueillant une quantité particulière d'énergie d'étincelle comprise dans la gamme de 0,1 à 20 joules. 5 8. Ensemble éclateur (10, 40) défini dans une revendication précédente quelconque, dans lequel la chambre hermétiquement close (12) inclut des premier et deuxième bouchons d'extrémité (20, 22) et un tube vitreux (24) ayant des extrémités opposées (26, 28), chaque dite extrémité (26, 28) étant hermétiquement close par l'un desdits bouchons d'extrémité (20, 22) ; et dans 10 lequel les électrodes de décharge comprennent des première et deuxième (14, 16, 44, 46) électrodes s'étendant à travers les premier et deuxième bouchons d'extrémité (20, 22), respectivement, d'une portion exposée à l'extérieur de la chambre hermétiquement close (12) à une portion enfermée à l'intérieur de la chambre hermétiquement close (12). 15 9. Ensemble éclateur (10, 40) défini dans la revendication 8, dans lequel le tube vitreux (24) comprend un matériau réalisé en verre ou en céramique. 10. Ensemble éclateur (10, 40), comprenant : une chambre hermétiquement close (12) qui inclut des premier et deuxième bouchons d'extrémité (20, 22) et un tube vitreux (24) ayant des extrémités opposées (26, 28), chaque dite extrémité étant hermétiquement close par l'un desdits bouchons d'extrémité ; au moins deux électrodes de décharge comprenant des première et deuxième électrodes de décharge (14, 16, 44, 46) s'étendant à travers les premier et deuxième bouchons d'extrémité (20, 22), respectivement, d'une portion exposée à l'extérieur de la chambre hermétiquement close (12) à une portion enfermée à l'intérieur de la chambre hermétiquement close (12), les première et deuxième électrodes de décharge ayant chacune une portion de décharge (34, 36) qui inclut une surface à partir de laquelle des électrons 3064412 10 d'une décharge d'étincelle sortent ou sont reçus, dans lequel les surfaces de décharge des portions de décharge (34, 36) se font face afin de définir de ce fait un espace de décharge d'étincelle entre les surfaces de décharge des première et deuxième 5 électrodes de décharge (14, 16, 44, 46) ; et un remplissage de gaz non radioactif au sein de la chambre hermétiquement close (12) qui inclut un ou plusieurs isotopes non radioactifs d'un ou de plusieurs gaz nobles ; dans lequel le remplissage de gaz et l'espace de décharge d'étincelle 10 sont configurés pour fournir une décharge d'étincelle à travers l'espace de décharge à une ou plusieurs tensions comprises entre 1 000 et 10 000 volts et dans lequel l'ensemble éclateur (10, 40) recueille une quantité particulière d'énergie d'étincelle comprise dans la gamme de 0,1 à 20 joules.