Brevet FR3155278A1 — publié le 20250516

Soupape de sécurité (1) pour dispositif sous pression comprenant : - un boitier de soupape (3) agencé pour connecter la soupape de sécurité (1) au dispositif sous pression, - un canal de transfert (8) agencé pour être en communication fluidique avec le dispositif sous pression, - un canal de vidange (7), - un élément d’obturation (6) agencé pour obturer le canal de transfert (8) lorsqu’il est dans un état d’obturation et agencé pour laisser libre un passage entre le canal de transfert (8) et le canal de vidange (7) lorsqu’il est dans un état de vidange, - un dispositif électro-pyrotechnique (2), - un élément de libération thermique (4) agencé pour maintenir l’élément d’obturation (6) dans l’état d’obturation en deçà d’une température d’activation prédéterminée et laisser libre l’élément d’obturation (6) au-delà de la température d’activation, caractérisé en ce que l’élément de libération thermique (4) est agencé entre l’élément d’obturation (6) et le dispositif électro-pyrotechnique (2) de sorte que le dispositif électro-pyrotechnique (2) participe au maintien de l’élément d’obturation (6) dans l’état d’obturation. Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Soupape de sécurité pour dispositif sous pression Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale un dispositif de sécurité pour dispositifs sous pression tels que des réservoirs ou des réseaux de distribution. De tels dispositifs peuvent être statiques ou mobiles et stocker ou diffuser des gaz ou des liquides. Ils peuvent être embarqués par exemple sur des véhicules pour stocker et/ou diffuser de l’hydrogène. État de la technique Il est connu dans l’art antérieur des soupapes de sécurité qui sont en majorité passifs. Le document DE8702136 divulgue un tel dispositif présentant en outre la possibilité d’être activé sur commande. Cependant ce système est encombrant et requiert de nombreuses pièces. L’invention vise donc à réduire l’encombrement du dispositif pour le rendre plus facilement intégrable et à réduire son nombre de composants. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer une soupape de sécurité plus compacte. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne une soupape de sécurité pour dispositif sous pression comprenant : - un boitier de soupape agencé pour connecter la soupape de sécurité au dispositif sous pression, - un canal de transfert agencé pour être en communication fluidique avec le dispositif sous pression, - un canal de vidange, - un élément d’obturation agencé pour obturer le canal de transfert lorsqu’il est dans un état d’obturation et agencé pour laisser libre un passage entre le canal de transfert et le canal de vidange lorsqu’il est dans un état de vidange, - un dispositif électro-pyrotechnique, - un élément de libération thermique agencé pour maintenir l’élément d’obturation dans l’état d’obturation en deçà d’une température d’activation prédéterminée et laisser libre l’élément d’obturation au-delà de la température d’activation, caractérisé en ce que l’élément de libération thermique est agencé entre l’élément d’obturation et le dispositif électro-pyrotechnique de sorte que le dispositif électro-pyrotechnique participe au maintien de l’élément d’obturation dans l’état d’obturation. En d’autres termes, la soupape de sécurité est agencée de sorte que la pression dans le dispositif sous pression est en mesure, lorsque élément de libération thermique a libéré (ou ne maintient plus) l’élément d’obturation, de libérer le passage entre le canal de transfert et le canal de vidange, passage obturé ou étanchéifié initialement par l’élément d’obturation. Par exemple, la soupape de sécurité est adaptée pour protéger un réservoir de stockage d’hydrogène sous une pression nominale de l’ordre de 700 bars. Cependant elle peut ne pas être définie pour sécuriser la totalité de la plage de pression, selon la construction du réservoir ; la soupape peut être définie uniquement pour vidange le réservoir lorsque la pression est supérieure à une valeur prédéterminée, par exemple 150, 180 ou 200 bars. Typiquement, Selon cette mise en œuvre, le dispositif électro-pyrotechnique participe au calage (ou maintien) de l’élément de libération thermique et intègre ainsi au moins deux fonctions vis-à-vis de libération thermique à savoir le calage dans sa position de repos et la rupture dans sa position activée. Ainsi moins de pièces et moins de jeux sont nécessaire à l’intégration de ces deux fonctions ce qui rend la soupape de sécurité plus compacte. L’invention peut être ensuite définie avec les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en combinaison. Selon un mode de réalisation, l’élément d’obturation peut être un coulisseau ou un élément frangible. Autrement dit, l’élément d’obturation peut être un élément mobile tel qu’un coulisseau, un pointeau, une soupape ou bien un élément frangible agencé pour se déformer, se briser ou se fendre. En d’autres termes, l’élément d’obturation, lorsqu’il n’est plus soutenu, peut être déplacé ou se déformer plastiquement de sorte à libérer le passage entre le canal de transfert et le canal de vidange. Selon un mode de réalisation, l’élément de libération thermique peut être une ampoule thermique agencée pour se rompre au-delà de la température d’activation prédéterminée. En d’autres termes, l’élément de libération thermique est un élément de déclenchement thermique communément appelé thermo bulb en anglais. Un tel élément peut être formé d’une enceinte ou d’une ampoule contenant un liquide, l’élément étant agencé pour se rompre sous l’effet de la dilatation dudit liquide ou d’une augmentation de pression à l’intérieur de l’enceinte au-delà d’une température prédéterminée. Lorsque l’élément de libération thermique est rompu, le soutien de l’élément d’obturation n’est plus assuré et la vidange du dispositif sous pression peut s’effectuer. Selon un mode de réalisation, le boitier de soupape peut comprendre au moins un orifice d’échange distinct du canal de vidange et du canal de transfert et agencé pour mettre en communication fluidique l’élément de libération thermique avec l’environnement extérieur de la soupape de sécurité. L’orifice d’échange permet de garantir qu’une température environnante à la soupape de sécurité sera rapidement appliquée ou perçue par l’élément de libération thermique. Selon un mode de réalisation, le dispositif électro-pyrotechnique peut comprendre ou bien peut être un allumeur électro-pyrotechnique agencé en contact direct avec l’élément de libération thermique. Selon ce mode de réalisation le nombre de pièce est encore réduit et la réactivité de la soupape est améliorée. Selon un mode de réalisation, la soupape de sécurité peut comprendre : - un piston agencé mobile entre une position de repos et une position activée, - le dispositif électro-pyrotechnique est un allumeur électro-pyrotechnique agencé pour déplacer le piston de la position de repos à la position activée sur une impulsion électrique de mise à feu. Dans le mode de réalisation, le piston est un élément mobile de transfert agencé entre l’allumeur électro-pyrotechnique et l’élément de libération thermique de sorte à transférer une force et/ou une pression générée par l’allumeur électro-pyrotechnique à l’élément de libération thermique. Selon un mode de réalisation, le piston peut être en contact direct avec l’élément de libération thermique. Selon ce mode de réalisation la réactivité de la soupape est améliorée. Selon un mode de réalisation, le dispositif électro-pyrotechnique, l’élément de libération thermique et l’élément d’obturation peuvent être agencés co-axiaux selon un axe de broche de connexion électrique du dispositif électro-pyrotechnique. Selon ce mode de réalisation l’encombrement de la soupape est réduit. Selon un mode de réalisation, l’élément de libération thermique et l’élément d’obturation peuvent être agencés co-axiaux selon un axe de vidange distinct d’un axe de broche de connexion électrique du dispositif électro-pyrotechnique. Selon un mode de réalisation, le dispositif électro-pyrotechnique peut comprendre un boitier d’actionnement agencé pour s’interfacer avec le boitier de soupape. Selon ce mode de réalisation, la fabrication de la soupape est plus flexible. En effet, un même boitier de soupape peut être utilisé pour une soupape active selon l’invention ou une soupape uniquement passive. Selon un mode de réalisation, le boitier d’actionnement peut s’interfacer avec le boitier de soupape par l’intermédiaire d’une interface vissée ou d’un ajustement serré. Selon un mode de réalisation, le boitier d’actionnement et le dispositif électro-pyrotechnique peuvent former un sous-ensemble d’actionnement. Selon ce mode de réalisation, la fabrication de la soupape est plus flexible. Selon un mode de réalisation, la soupape de sécurité peut comprendre un élément de calage déformable agencé pour participer au maintien de l’élément de libération thermique. Selon ce mode de réalisation, le maintien ou le calage de l’élément de libération thermique est optimisé et l’assemblage facilité. En effet, l’élément de calage déformable permet de rattraper les jeux d’assemblage de la soupape de sécurité et/ou les tolérances de fabrication des différents composants et/ou les déplacements ou déformation de composants durant la vie de la soupape de sécurité. L’élément de calage déformable peut prendre la forme d’un joint torique ou plat, d’une rondelle conique ou de toute autre forme compatible avec la fonction. L’élément de calage déformable peut être en métal et/ou en caoutchouc naturel ou synthétique et/ou en EPDM. L’élément de calage peut faire corps avec le piston, être assemblé sur le piston ou bien être le piston. L’élément de calage peut être un ressort. Description des figures D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : FIG. 1 représente une vue en coupe d’une soupape de sécurité selon un premier mode de réalisation de l’invention, la coupe de la FIG. 1 étant réalisée selon un plan de coupe comprenant un axe de broche de connexion électrique du dispositif électro-pyrotechnique; FIG. 2 représente la soupape de sécurité de la FIG. 1 avec le piston dans sa position activée et l’élément d’obturation libéré; FIG. 3 représente une vue en coupe d’une soupape de sécurité selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, la coupe de la FIG. 2 étant réalisée selon un plan de coupe comprenant un axe de broche de connexion électrique du dispositif électro-pyrotechnique; Description détaillée de mode(s) de réalisation La FIG. 1 représente une soupape de sécurité 1 pour dispositif sous pression comprenant : - un boitier de soupape 3 agencé pour connecter la soupape de sécurité 1 au dispositif sous pression, - un canal de transfert 8 agencé pour être en communication fluidique avec le dispositif sous pression, - un canal de vidange 7, - un coulisseau d’obturation 6 agencé pour obturer le canal de transfert 8 lorsqu’il est dans un état d’obturation tel que représenté à la FIG. 1 et agencée pour laisser libre un passage entre le canal de transfert 8 et le canal de vidange 7 lorsqu’il est dans un état de vidange tel que représenté à la FIG. 2 , - un dispositif électro-pyrotechnique 2 formé d’un allumeur électro-pyrotechnique 21 et d’un piston 23 agencé mobile entre une position de repos et une position activée sur la mise à feu de l’allumeur électro-pyrotechnique 21, - un élément de libération thermique 4 formé d’une ampoule frangible 42 enfermant un liquide 41 agencé pour maintenir le coulisseau d’obturation 6 dans l’état d’obturation en deçà d’une température d’activation prédéterminée et laisser libre le coulisseau d’obturation 6 au-delà de la température d’activation. Le coulisseau d’obturation 6 est agencé mobile en translation selon l’axe du canal de transfert 8. L’étanchéité entre le coulisseau d’obturation 6 et le canal de transfert 8 est assuré par un joint torique d’étanchéité 61. Le coulisseau d’obturation 6 est en outre calé selon son axe de translation par un élément souple de calage 62 qui peut prendre la forme d’un joint torique avec une dureté adaptée. L’élément de libération thermique 4 est agencé entre le coulisseau d’obturation 6 et le piston 23 du dispositif électro-pyrotechnique 2 de sorte que le dispositif électro-pyrotechnique 2 participe au maintien ou au calage du coulisseau d’obturation 6 dans l’état d’obturation. Ainsi, lorsqu’une pression est appliquée sur le coulisseau d’obturation 6, typiquement par la pression présente dans le dispositif sous pression, le coulisseau d’obturation 6 ne peut pas se déplacer puisqu’il est maintenu par l’intermédiaire de l’élément de libération thermique 4 et du dispositif électro-pyrotechnique 2 en en particulier le piston 23. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif électro-pyrotechnique 2 comprend en sus de l’allumeur électro-pyrotechnique 21 et du piston 23, un boitier d’actionnement 22 agencé pour s’interfacer avec le boitier de soupape 3. Ce mode de réalisation permet de rapporter le dispositif électro-pyrotechnique 2 sur une soupape de sécurité 1 standard, non pourvue d’un mode actif selon l’invention. En alternative, le boitier de soupape 3 peut être spécifique pour recevoir directement le dispositif pyrotechnique 2 sans boitier d’actionnement 22 pour réduire encore le nombre de pièces. Lorsque la soupape de sécurité 1 comprend un boitier d’actionnement 22 les deux options d’assemblage suivantes peuvent être envisagées : - le boitier d’actionnement 22 est assemblé au boitier de soupape 3 avant l’assemblage du piston 23 et de l’allumeur électro-pyrotechnique 21, ou - le piston 23 et l’allumeur électro-pyrotechnique 21 sont assemblés au boitier d’actionnement 22 pour former un sous-ensemble d’actionnement qui peut ensuite être assemblé sur le boitier de soupape 3. La soupape de sécurité 1 est agencée pour fonctionner suivant un mode actif ou passif. Dans le mode passif, lorsqu’une température prédéterminée est atteinte, l’ampoule frangible 42, par exemple formée de verre, se brise sous la pression ou la dilatation du liquide 41. La température extérieure à la soupape de sécurité 1 est transmise au liquide 41 via l’orifice d’échange 5. Une fois brisée, l’ampoule frangible 42 ne soutient plus le coulisseau d’obturation 6 qui peut translater (vers le haut de la FIG. 1 ) sous l’effet de la pression présente dans le canal de transfert 8 et ainsi libérer le passage entre le canal de transfert 8 et le canal de vidange 7. Dans le mode actif, lorsqu’un signal électrique de mise à feu est appliqué au dispositif électro-pyrotechnique 2 et en particulier à l’allumeur électro-pyrotechnique 21, par l’intermédiaire d’au moins une de broche de connexion 210, une pression ou un effort est appliquée sur le piston 23 (directement ou indirectement), entrainant le déplacement du piston 23 vers l’ampoule frangible 42 (soit vers le bas de la FIG. 1 ) ce qui a pour effet de briser l’ampoule frangible 42. Une fois l’ampoule frangible 42 brisée, comme dans le mode passif, le coulisseau d’obturation 6 n’étant plus soutenu, il peut translater (vers le haut de la FIG. 1 ) sous l’effet de la pression présente dans le canal de transfert 8 et ainsi libérer le passage entre le canal de transfert 8 et le canal de vidange 7. L’état de la soupape de sécurité 1 après fonctionnement selon le mode actif est représenté à la FIG. 2 . L’allumeur électro-pyrotechnique 21 de ce mode de réalisation peut être étanche (i.e. qui ne libère pas de gaz) ou peut générer et libérer des gaz. Dans le premier cas de figure, l’allumeur électro-pyrotechnique 21 est agencé pour se déformer, en particulier s’expanser ou gonfler selon la direction de déplacement du piston 3, et c’est donc l’allumeur électro-pyrotechnique 21 qui déplace directement le piston 23. Dans le deuxième cas de figure, ce sont les gaz produits et libérés par l’allumeur électro-pyrotechnique 21 qui déplacent le piston 23. Il est entendu que selon la présente invention, un allumeur électro-pyrotechnique 21 est un dispositif comprenant au moins une broche de connexion 210, au moins une matière pyrotechnique, au moins une enveloppe contenant ladite au moins une matière pyrotechnique et au moins un élément de mise à feu (typiquement un pont résistif) connecté à ladite au moins une broche de connexion 210 et agencé pour mettre à feu la matière pyrotechnique. A ces éléments, peut être ajouté un capuchon de protection, en particulier lorsque l’enveloppe est formée d’une matière métallique. Le mode de réalisation représenté à la FIG. 3 est similaire à celui représenté à la FIG. 1 sauf en ce qu’il ne comporte pas de piston. Les éléments communs aux deux modes de réalisation ne seront pas redétaillés. Dans le mode de réalisation de la FIG. 3 , l’allumeur électro-pyrotechnique 21 participe directement au maintien de l’élément de libération thermique 4. Comme dans le mode de réalisation précédent, l’allumeur électro-pyrotechnique 21 peut être étanche ou pas. Ce mode de réalisation permet de réduire encore l’encombrement général de la soupape de sécurité 1 ainsi que son nombre de pièces. Dans ce mode de réalisation, il peut être avantageux que l’allumeur électro-pyrotechnique 21 comporte un capuchon de protection dont la forme épouse une partie de la forme de l’élément de libération thermique 4 pour le maintenir ou caler de manière optimale. Une soupape de sécurité selon la présente invention, et sa fabrication, sont susceptibles d'application industrielle. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, on peut remplacer le coulisseau d’obturation par un opercule agencé pour se briser sous la pression présente le canal de transfert lorsqu’il n’est pas soutenu par l’élément de libération thermique. En outre, il peut être envisager d’autres types d’élément de libération thermique. Soupape de sécurité (1) pour dispositif sous pression comprenant : - un boitier de soupape (3) agencé pour connecter la soupape de sécurité (1) au dispositif sous pression, - un canal de transfert (8) agencé pour être en communication fluidique avec le dispositif sous pression, - un canal de vidange (7), - un élément d’obturation (6) agencé pour obturer le canal de transfert (8) lorsqu’il est dans un état d’obturation et agencé pour laisser libre un passage entre le canal de transfert (8) et le canal de vidange (7) lorsqu’il est dans un état de vidange, - un dispositif électro-pyrotechnique (2), - un élément de libération thermique (4) agencé pour maintenir l’élément d’obturation (6) dans l’état d’obturation en deçà d’une température d’activation prédéterminée et laisser libre l’élément d’obturation (6) au-delà de la température d’activation, caractérisé en ce que l’élément de libération thermique (4) est agencé entre l’élément d’obturation (6) et le dispositif électro-pyrotechnique (2) de sorte que le dispositif électro-pyrotechnique (2) participe au maintien de l’élément d’obturation (6) dans l’état d’obturation. Soupape de sécurité (1) selon à revendication 1 dans laquelle l’élément d’obturation (6) est un coulisseau ou un élément frangible. Soupape de sécurité (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle l’élément de libération thermique (4) est une ampoule thermique agencée pour se rompre au-delà de la température d’activation prédéterminée. Soupape de sécurité (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le boitier de soupape (3) comprend au moins un orifice d’échange (5) distinct du canal de vidange (7) et du canal de transfert (8) et agencé pour mettre en communication fluidique l’élément de libération thermique (4) avec l’environnement extérieur de la soupape de sécurité (1). Soupape de sécurité (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le dispositif électro-pyrotechnique (2) comprend ou est un allumeur électro-pyrotechnique (21) agencé en contact direct avec l’élément de libération thermique. Soupape de sécurité (1) selon l’une des revendications 1 à 4 comprenant : - un piston (23) agencé mobile entre une position de repos et une position activée, - le dispositif électro-pyrotechnique (2) est un allumeur électro-pyrotechnique (21) agencé pour déplacer le piston (23) de la position de repos à la position activée sur une impulsion électrique de mise à feu. Soupape de sécurité (1) selon la revendication précédente dans laquelle le piston (23) est en contact direct avec l’élément de libération thermique (4). Soupape de sécurité (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le dispositif électro-pyrotechnique (21), l’élément de libération thermique (4) et l’élément d’obturation (6) sont agencés co-axiaux selon un axe de broche de connexion électrique (210) du dispositif électro-pyrotechnique (2). Soupape de sécurité (1) selon l’une des revendications 1 à 8 dans laquelle l’élément de libération thermique (4) et l’élément d’obturation (6) sont agencés co-axiaux selon un axe de vidange distinct d’un axe de broche de connexion électrique (210) du dispositif électro-pyrotechnique (2). Soupape de sécurité (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le dispositif électro-pyrotechnique (2) comprend un boitier d’actionnement (22) agencé pour s’interfacer avec le boitier de soupape (3).