WO2012028798A1 - Dispositif de purge automatique d'un reservoir et reservoir comprenant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de purge automatique d'un reservoir et reservoir comprenant un tel dispositif Download PDF

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WO2012028798A1
WO2012028798A1 PCT/FR2011/051880 FR2011051880W WO2012028798A1 WO 2012028798 A1 WO2012028798 A1 WO 2012028798A1 FR 2011051880 W FR2011051880 W FR 2011051880W WO 2012028798 A1 WO2012028798 A1 WO 2012028798A1
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pressure
reserve
tank
valve
Prior art date
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PCT/FR2011/051880
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Eric Coffre
Antoine Frenal
Simon Jallais
Jérôme LAFORCADE
Jérôme Levy
Sidonie Ruban
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L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • Automatic purge device for a tank and reservoir comprising such a device
  • the present invention relates to a device for automatically purging a gas tank and a tank comprising such a device.
  • the invention more particularly relates to a device for automatically purging a pressurized gas tank comprising a discharge valve having an upstream end intended to be put in relation with a pressurized gas reserve of a container and a downstream end intended to to be connected to a gas evacuation zone, said purge valve being movable between a "closed” state closing the gas passage between the upstream and downstream ends and an "open” state allowing the passage of gas between the upstream and downstream ends, the device comprising a reserve volume storing a reagent at a predetermined pressure, the pressure of the reagent in the reserve volume being sensitive to the temperature, in particular during fire conditions, said reserve volume being connected to the purge valve for selectively controlling the displacement of said purge valve from its "closed” state to its "open” state rt "when the reagent undergoes a determined pressure variation.
  • Some pressurized gas cylinders are equipped with a device for emptying the gaseous content of the bottle during exposure to a source of heat that could lead to a risk of bursting.
  • Several types of known safety devices prevent such a burst.
  • a known solution is to directly detect overpressures in the contents of the bottle. These solutions generally use rupture discs, that is to say thin metal membranes whose function is to discharge the gas after the tearing of said membrane when a pressure threshold is exceeded.
  • This type of device generally comprises either a thermal fuse, that is to say a metal eutectic that melts under the action of the high temperature, or a glass bubble (“glassbulb”) enclosing a liquid dilating sufficiently to the heat to break this bubble, a shape memory material that deforms beyond a defined temperature threshold.
  • a thermal fuse that is to say a metal eutectic that melts under the action of the high temperature
  • glassbulb glass bubble
  • This fusion or rupture or deformation makes it possible to move a valve to open a gas passage thus releasing the pressurized gas contained in the bottle.
  • type III or “type IV”
  • type III are formed of a metal liner (aluminum for type II I) or polymer material (for type IV type, for example polyethylene).
  • the function of this liner (or inner casing) is to seal the package vis-à-vis the outside.
  • Composite tanks also include a carbon fiber outer shell attached to the liner. This outer casing is generally embedded in epoxy resin to ensure the mechanical strength of the package with respect to the pressure of the stored gas.
  • the orifice of the bottle comprises a base, for example metallic, intended to allow the connection of the bottle with a tap or an integrated expansion valve providing the fluid connection with the application receiving or supplying gas.
  • composite bottles are highly thermally insulating. In addition, these composite bottles lose their mechanical characteristics when subjected to flames or high temperatures.
  • the safety devices detecting an overpressure do not function reliably in all dangerous situations. Indeed, often, the duration of the fire resistance of the bottle is less than the time required for the internal pressure to reach the rupture threshold of the rupture disc.
  • the composite structure of the type III or IV tanks is therefore very sensitive to heat during a generalized fire but also and especially when there is a localized source with a high energy density (for example a flame or a " dart "of localized flame).
  • a localized source with a high energy density for example a flame or a " dart "of localized flame.
  • the protection obtained by a thermal fuse is generally not effective enough because the heat detection of this kind of device is performed at the near perimeter of said thermal fuse.
  • EP2000719A1 discloses such a thermal fuse.
  • US20090308874A1 discloses a tank provided with a purge valve using a fuse connected to a metal coil formed on the entire body of the bottle to detect temperature increases remote from the fuse. This device is however expensive and does not guarantee sufficient operation of the discharge valve in all dangerous situations.
  • EP1655533A1 discloses a device for automatically purging a pressurized gas tank comprising a pressurized coil connected to a discharge valve.
  • the discharge valve undergoes a drop in pressure which moves an internal piston in an open position of the evacuation of the gas contained in the tank.
  • This device does not offer all the guarantees of safety in all dangerous situations.
  • this type of device requires the use of a coil having a low mechanical strength to ensure its rupture both because of an internal overpressure that due to a mechanical shock. These properties may be incompatible with certain hazardous situations and may either trigger unwanted purges or delay purges, which are necessary in some situations.
  • this device is expensive and not reusable.
  • the present invention proposes to solve this problem of delay in the activation of a security device.
  • An object of the present invention is therefore to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • the purge device is essentially characterized in that the purge valve comprises a pressure-sensitive inlet connected to the volume. reserve, said input selectively actuating the displacement of the purge valve from its closed state to its open state in response to a determined pressure increase in the reserve volume.
  • embodiments of the invention may include one or more of the following features:
  • the reagent stored in the reserve volume comprises a gas and / or a liquid
  • the reagent stored in the reserve volume comprises at least one chemical component generating a chemical reaction modifying its pressure when it is subjected to a determined temperature
  • the reagent stored in the reserve volume comprises at least one chemical component generating a chemical reaction modifying its pressure when it is subjected to a determined temperature
  • the reagent stored in the reserve volume comprises two distinct chemical components separated by a fuse barrier from a pressure and / or a determined temperature, the two chemical components being chosen to cause, when they are mixed, a reaction chemical modifying the pressure and / or the temperature of their mixture,
  • the purge valve comprises a pressure-sensitive inlet connected to the reserve volume, said inlet selectively actuating the displacement of the purge valve from its closed state to its open state in response to a determined pressure decrease in the reserve volume ,
  • the reserve volume comprises a wall (3) provided with at least one frangible and / or fusible zone at a predetermined temperature
  • the device is reusable after a sequence of movement of the purge valve from its closed state to its open state via a refilling of the reserve volume with reagent at a predetermined pressure.
  • the invention also relates to a pressurized gas tank, in particular a pressurized gas cylinder of composite material, comprising an automatic purging device according to any one of the preceding characteristics.
  • the reserve volume covers at least a portion of the external surface of the tank
  • the reserve volume forms a sleeve covering the storage volume of the reservoir
  • the reserve volume comprises a portion having the shape of a pipe surrounding at least a part of the storage volume of the tank,
  • the tank comprises a valve closing the opening of the tank, the valve being provided with a gas circuit communicating with the storage volume of the tank, said circuit being connected to the upstream end of the discharge valve for selectively discharging the contents stored in the tank storage volume in the event of a dangerous situation,
  • the purge valve comprises a movable valve biased by a return member to a closed position of the gas passage between the upstream and downstream ends, the movable valve being also subjected to pressure in the reserve volume.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features.
  • FIG. 1 represents a schematic and partial longitudinal sectional view illustrating a reservoir provided with a safety purging device according to a first exemplary embodiment of the invention, the safety purge device being in a closed position (inactive )
  • FIG. 2 represents the reservoir of FIG. 1 with the safety purge device in open (active) position because of a first type of dangerous situation
  • FIG. 3 represents the reservoir of FIG. 1 with the safety purge device in open (active) position because of a second type of dangerous situation
  • FIG. 4 represents a schematic and partial sectional view of a detail of a second exemplary embodiment of a detail of the safety device located around the bottle, comprising a multilayer of reagents located around the bottle,
  • FIG. 5 represents a schematic and partial longitudinal sectional view illustrating a reservoir provided with a safety purge device according to a third exemplary embodiment of the invention, the safety purge device being in a closed position (inactive )
  • FIG. 6 represents the reservoir of FIG. 5 with the safety purge device in open (active) position because of a dangerous situation
  • FIG. 7 shows a side view, schematic and partial, of a fourth embodiment of a tank provided with a safety device according to the invention.
  • the composite reservoir 1 containing pressurized gas comprises, on the majority of its outer surface, a volume 2, 3 said "reserve” delimited by inner and outer walls.
  • the inner wall of the reserve volume is attached or fixed on the outer wall of the tank 1.
  • the volume 2, 3 reserve forms a thin envelope (thickness for example between 3mm and 6mm) which covers all or almost all of the surface of the tank.
  • the volume 2, 3 covers at least 60% to 80% of the outer surface of the tank 1.
  • the reserve volume 2, 3 preferably forms a sleeve which covers the reservoir 1.
  • the volume 2, 3 reserve is for example reported and fixed on the tank 1.
  • This volume 2, 3 of reserve is for example made of synthetic material such as a polymer / elastomer such as a nitrile, chloroprene, ethylene-propylene, butyl, a polyamide or a neoprene.
  • This reserve volume 2, 3 contains at least one reagent 4 distinct from gas stored in the reservoir, for example a fluid under pressure, such as liquid and / or gas.
  • the reagent may include one of: water, carbon dioxide or any other suitable reagent.
  • the reagent is normally at a pressure between 2 bar and 5 bar in volume 2, 3 reserve.
  • the tank 1 further comprises a connector 7 or a valve closing the opening of the volume storing the gas under pressure.
  • the connector 7 comprises an internal circuit connecting the gas stored in the tank 1 with a purge valve 5 which is normally closed.
  • the purge valve 5 may comprise a movable valve biased by default to a position of closure against a seat via a spring 6. As described below, in the event of a dangerous situation, the movable valve is moved to an open position releasing the passage outward for the gas contained in the tank 1.
  • the volume 2, 3 reserve surrounding the tank 1 is connected to an inlet of the purge valve 5.
  • the pressure in the reserve volume 2, 3 is connected directly or indirectly to the movable valve of the purge valve 5 to move the valve to an open position in case of anomalous pressure variation in the reserve volume 2, 3.
  • the pressure in the volume 2, 3 of reserve can if necessary be transmitted to the valve via a pipe 8.
  • this abnormal pressure drop may be the result, for example, of a hole located in the outer wall of the reserve volume 2, 3 resulting from a localized flame or hot spot (by melting or localized melting). Indeed, if the volume 2, 3 reserve is pierced, the pressure of the reagent 4 within it drops and solicits by reaction the valve 5 purge.
  • the purge valve is also automatically opened.
  • This increase in pressure is for example the result of an increase in temperature, for example due to a surrounding fire (see Figure 3).
  • the pressure variation is transmitted to the purge valve 5 and in particular to the movable valve which is moved to an open position.
  • the steady state of the bleed valve 5 can be achieved by the balance of the forces created on the one hand by the permanent pressure of the return spring 6 and, on the other hand, by the pressure in the volume 2 , 3 reserve.
  • the purge valve 5 may comprise, for example, a slide gate valve between:
  • the two open positions above can be separate or identical.
  • the opening of the valve 5 therefore occurs automatically when the balance of the surrounding forces is broken.
  • an electromechanical control system of the purge valve in response to a pressure sensing (in addition to or in addition to a pneumatic or hydraulic system).
  • the force of the pressure contained in the reserve volume 2, 3 becomes greater than the restoring force of the spring 6 and thus puts the valve flap in motion. 5 purge.
  • a wall 3 of the reserve volume is likely to be pierced.
  • This opening puts the reagent 4 (gas and / or liquid) contained in volume 2, 3 reserve at atmospheric pressure.
  • the return force of the spring 6 moves the valve of the purge valve 5 to the open position of the valve.
  • this opening is not reversible and then allows complete emptying of the gas contained inside the tank 1.
  • the valve 5 is advantageously sized so that the emptying time of the gas contained in the tank 1 is less than the time from which the tank 1 loses its mechanical characteristics of fire resistance.
  • the double wall constituting the reserve volume 2, 3 may optionally form an additional heat shield (via insulating properties of the synthetic material constituting it).
  • FIG. 4 illustrates a detail of a longitudinal section of a reserve volume 2, 3 containing a reagent 4 comprising two chemical components 12, 13 separated by a barrier 11.
  • the two components 12, 13 are stored on either side of the barrier 1 1.
  • the barrier 1 1 comprises for example a fuse wall. In the case of a localized fire (flame or stinger as illustrated in Figure 2) or a rise in surrounding temperature in contact with the body of the tank 1 (see Figure 3), this barrier 1 1 is intended to melt at a predefined temperature thus making it possible to bring these two components 12, 13 into contact.
  • These components 12, 13 are advantageously chosen to cause, during their mixing, an exothermic and preferably pressure-releasing chemical reaction. This reaction will propagate in the entire volume 2, 3 containing these components via an increase in temperature.
  • the two components 12, 13 may be chosen from: on the one hand the Isocyanates family and on the other hand the family of polyols or polyalcohols which, when they mix, form polyurethane foams.
  • the barrier 11 may comprise at least one of the family of low melting polymers (polyethylene, ABS, PVC, etc.).
  • a reserve volume 2, 3 containing a reagent is also arranged around the outer surface of the tank 1.
  • the volume 2, 3 reserve is delimited by two walls of synthetic material and / or metal.
  • the reagent contained in the volume 2, 3 reserve is for example a liquid under pressure.
  • This double wall 2, 3 surrounding the tank 1 itself comprises a discharge valve 9 provided to break beyond a certain pressure threshold in the reserve volume.
  • the outer wall of the reserve volume 2, 3 comprises a rupture disc 9.
  • a purge valve 5 is connected to the internal volume of the tank 1 via the internal circuit 8 of a connector 7.
  • the purge valve 5 comprises an inlet connected to the pressure prevailing in the volume 2 , 3 reserve.
  • the reserve volume comprises a tubular coil 10 wound spirally around the body of the tank 1.
  • the coil 10 contains within it one or more reactants, for example a gas or a liquid under pressure.
  • the winding number of the coil 10 around the outer surface of the tank 1 may be chosen depending on the application.
  • One end of the coil 10 is fluidly connected to a purge valve 5 (for example according to the same principle as that described above with reference to FIGS. 5 and 6).
  • Another end of the coil 10 may be fluidly connected to a relief valve 9 (for example according to, for example, the same operating principle as that of the discharge valve 9 of FIGS. 5 and 6).
  • this variation of pressure actuates the opening of the discharge valve 9.
  • the opening of the discharge valve (preferably non-reversible) causes a pressure drop in the coil 10 until a pressure in equilibrium with the atmospheric pressure. This pressure drop breaks the equilibrium of the purge valve 5 and thus allows the valve of this valve 5 to move in the open position (for example under the action of the return spring 6).
  • the return spring 6 exerts on the valve of the purge valve 5 an antagonistic force against the force exerted by the pressure initially prevailing in the coil 10.
  • the invention proposes several architectures for detecting an abnormally high temperature in the environment of a tank.
  • the reserve volume contains a reagent that covers a large area around the tank body.
  • the device according to the invention makes it possible to capture and / or store a potential of energy sufficient to activate a purge valve in the event of a dangerous situation.
  • the device can be applied to any type of tank without significantly reducing its volume and mass.

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Abstract

Dispositif de purge automatique d'un réservoir de gaz sous pression comprenant une vanne (5) de décharge ayant une extrémité amont destinée à être mise en relation avec une réserve de gaz sous pression d'un récipient (1) et une extrémité aval destinée à être mise en relation avec une zone d'évacuation de gaz, ladite vanne (5) de purge étant déplaçable entre un état «fermé» obturant le passage de gaz entre les extrémités amont et aval et un état «ouvert» autorisant le passage de gaz entre les extrémités amont et aval, le dispositif comportant un volume (2, 3) de réserve stockant un réactif (4) à une pression déterminée, la pression du réactif (4) dans le volume (2, 3) de réserve étant sensible à la température, notamment lors de conditions d'incendie, ledit du volume (2, 3) de réserve étant relié à la vanne (5) de purge pour sélectivement commander le déplacement de ladite vanne (5) de purge de son état «fermé» vers son état «ouvert» lorsque le réactif (4) subi une variation de pression déterminée, caractérisé en ce que la vanne (5) de purge comprend une entrée sensible à la pression reliée au volume (4) de réserve, ladite entrée actionnant sélectivement le déplacement de la vanne (5) de purge de son état fermé vers son état ouvert en réponse à une augmentation de pression déterminée dans le volume (4) de réserve

Description

Dispositif de purge automatique d'un réservoir et réservoir comprenant un tel dispositif
La présente invention concerne un dispositif de purge automatique d'un réservoir de gaz et un réservoir comprenant un tel dispositif.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de purge automatique d'un réservoir de gaz sous pression comprenant une vanne de décharge ayant une extrémité amont destinée à être mise en relation avec une réserve de gaz sous pression d'un récipient et une extrémité aval destinée à être mise en relation avec une zone d'évacuation de gaz, ladite vanne de purge étant déplaçable entre un état « fermé » obturant le passage de gaz entre les extrémités amont et aval et u n état « ouvert » autorisant le passage de gaz entre les extrémités amont et aval, le dispositif comportant un volume de réserve stockant un réactif à une pression déterminée, la pression du réactif dans le volume de réserve étant sensible à la température, notamment lors de conditions d'incendie, ledit du volume de réserve étant relié à la vanne de purge pour sélectivement commander le déplacement de ladite vanne de purge de son état « fermé » vers son état « ouvert » lorsque le réactif subi une variation de pression déterminée.
Certaines bouteilles de gaz sous pression sont équipées d'un dispositif permettant de vider le contenu gazeux de la bouteille lors d'une exposition à une source de chaleur pouvant entraîner un risque d'éclatement. Plusieurs types de dispositifs de sécurité connus permettent d'éviter un tel éclatement.
Une solution connue consiste à détecter directement les surpressions dans le contenu de la bouteille. Ces solutions utilisent généralement des disques de rupture, c'est-à-dire des membranes métalliques minces dont la fonction est de décharger le gaz après le déchirement de ladite membrane lorsqu'un seuil de pression est dépassé.
Une autre solution connue consiste à détecter la température environnante de la bouteille ou du réservoir pour anticiper tout risque d'élévation de pression. Ce type de dispositif comprend généralement soit un fusible thermique, c'est-à-dire un eutectique métallique qui fond sous l'action de la température élevée, soit une bulle de verre (« glassbulb ») enfermant un liquide se dilatant suffisamment à la chaleur pour casser cette bulle, soit un matériau à mémoire de forme qui se déforme au delà d'un seuil de température défini. Cette fusion ou rupture ou déformation permet de déplacer une valve pour ouvrir un passage de gaz libérant ainsi le gaz sous pression contenu dans la bouteille.
Dans le cadre du stockage d'hydrogène gazeux à très haute pression (par exemple supérieure à 300 bar et jusqu'à 700 bar ou au-delà), il est nécessaire de mettre en œuvre des bouteilles ou réservoirs capables de supporter de très grandes contraintes mécaniques, tout en minimisant leur masse. Pour cette raison, ce type d'appl ication util ise généralement des matériaux composites pour constituer le volume de stockage du gaz.
Les dernières générations de bouteilles de gaz en matériaux composites
(appelées de « type III » ou de « type IV ») sont formées d'un liner métallique (en aluminium pour le type II I) ou en matériau polymère (pour le type type IV, par exemple du polyéthylène). La fonction de ce liner (ou enveloppe interne) est d'assurer l'étanchéité de l'emballage vis-à-v i s d e l'extérieur. Les réservoirs composites comprennent également une enveloppe extérieure en fibres de carbone rapportée sur le liner. Cette enveloppe extérieure est généralement noyée dans de la résine époxy pour assurer la résistance mécanique de l'emballage vis à vis de la pression du gaz stocké. Enfin, l'orifice de la bouteille comprend une embase, par exemple métallique, destinée à permettre la connexion de la bouteille avec un robinet ou un robinet à détente intégrée assurant la liaison fluidique avec l'application recevant ou fournissant du gaz.
Contrairement aux réservoirs conçus entièrement en métal (acier ou aluminium de type I), les bouteilles composites sont très isolantes thermiquement. De plus, ces bouteilles composites perdent leurs caractéristiques mécaniques lorsqu'elles sont soumises à des flammes ou des températures élevées.
De ce fait, les dispositifs de sécurité détectant une surpression (disques de rupture) ne fonctionnent pas de façon fiable dans toutes les situations dangereuses. En effet, souvent, la durée de résistance au feu de la bouteille est inférieure au temps nécessaire pour que la pression interne arrive jusqu'au seuil de rupture du disque de rupture.
Au contraire, pour une bouteille de type I, la structure complètement métallique de la bouteille résiste bien mieux aux flammes et par conséquent tolère une élévation de pression suffisante pour rompre le disque de rupture bien avant l'éclatement.
La structure composite des réservoirs de type III ou IV est donc très sensible à la chaleur lors d'un incendie généralisé mais aussi et surtout lors de la présence d'une source localisée à forte densité d'énergie (par exemple une flamme ou un « dard » de flamme localisé). Dans ce dernier cas, la protection obtenue par un fusible thermique n'est généralement pas assez efficace car la détection de la chaleur de ce genre de dispositif est réalisée au niveau du périmètre proche dudit fusible thermique.
Le document EP2000719A1 décrit un tel fusible thermique. Le document US20090308874A1 décrit un réservoir muni d'une vanne de purge utilisant un fusible relié à un bobinage métallique réalisé sur tout le corps de la bouteille afin de détecter des augmentations de températures éloignées par rapport au fusible. Ce dispositif est cependant coûteux et ne garantit pas un actionnement suffisant de la vanne de décharge dans toutes les situations dangereuses.
Le document EP1655533A1 décrit un dispositif de purge automatique d'un réservoir de gaz sous pression comprenant un serpentin sous pression relié à une vanne de décharge. En cas de rupture mécanique du serpentin (par augmentation de température ou en cas de choc mécanique), la vanne de décharge subit une baisse de pression qui déplace un piston interne dans une position d'ouverture de l'évacuation du gaz contenu du réservoir.
Ce dispositif n'offre cependant pas toutes les garanties de sécurité dans toutes les situations dangereuses. En particulier, ce type de dispositif nécessite d'utiliser un serpentin ayant une faible résistance mécanique pour garantir sa rupture aussi bien en raison d'une surpression interne qu'en raison d'un choc mécanique. Ces propriétés peuvent être incompatibles avec certaines situations dangereuses et peuvent soit déclencher des purges intempestives, soit retarder des purges pourtant nécessaires dans certaines situations. Enfin, ce dispositif est coûteux et non réutilisable.
La présente invention propose de résoudre ce problème de retard à l'activation d'un dispositif de sécurité.
Un but de la présente invention est donc de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif de purge selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la vanne de purge comprend une entrée sensible à la pression reliée au volume de réserve, ladite entrée actionnant sélectivement le déplacement de la vanne de purge de son état fermé vers son état ouvert en réponse à une augmentation de pression déterminée dans le volume de réserve.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le réactif stocké dans le volume de réserve comprend un gaz et/ou un liquide,
- le réactif stocké dans le volume de réserve comprend au moins un composant chimique générant une réaction chimique modifiant sa pression lorsqu'il est soumis à une température déterminée,
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP - le réactif stocké dans le volume de réserve comprend au moins un composant chimique générant une réaction chimique modifiant sa pression lorsqu'il est soumis à une température déterminée,
- le réactif stocké dans le volume de réserve comprend deux composants chimiques distincts séparés par une barrière fusible à partir d'une pression et/ou d'une température déterminée, les deux composants chimiques étant choisis pour provoquer, lors de leur mélange, une réaction chimique modifiant la pression et/ou la température de leur mélange,
- la vanne de purge comprend une entrée sensible à la pression reliée au volume de réserve, ladite entrée actionnant sélectivement le déplacement de la vanne de purge de son état fermé vers son état ouvert en réponse à une diminution de pression déterminée dans le volume de réserve,
- le volume de réserve comprend une paroi (3) munie d'au moins une zone frangible et/ou fusible à une température déterminée,
- le dispositif est réutilisable après une séquence de déplacement de la vanne de purge de son état fermé vers son état ouvert via un re-remplissage du volume de réserve avec du réactif à une pression déterminée.
L'invention concerne également un réservoir de gaz sous pression , notamment bouteille de gaz sous pression en matériau composite, comprenant un dispositif de purge automatique conforme à l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
Selon d'autres particularités possibles
- le volume de réserve couvre au moins une partie de la surface extérieure du réservoir,
- le volume de réserve forme un fourreau couvrant le volume de stockage du réservoir,
- le volume de réserve comporte une portion ayant la forme d'un tuyau entourant au moins une partie du volume de stockage du réservoir,
-.le réservoir comporte un robinet obturant l'ouverture du réservoir, le robinet étant pourvu d'un circuit de gaz communiquant avec le volume de stockage du réservoir, ledit circuit étant relié à l'extrémité amont de la vanne de décharge pour décharger sélectivement le contenu stocké dans le volume de stockage du réservoir en cas de situation dangereuse,
- la vanne de purge comprend un clapet mobile sollicité par un organe de rappel vers une position de fermeture du passage de gaz entre les extrémités amont et aval, le clapet mobile étant également soumis à la pression dans le volume de réserve. 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, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un réservoir muni d'un dispositif de purge de sécurité selon un premier exemple de réalisation de l'invention, le dispositif de purge de sécurité étant en positon fermée (inactive),
- la figure 2 représente le réservoir de la figure 1 avec le dispositif de purge de sécurité en positon ouverte (active) du fait d'un premier type de situation dangereuse,
- la figure 3 représente le réservoir de la figure 1 avec le dispositif de purge de sécurité en positon ouverte (active) du fait d'un second type de situation dangereuse,
- la figure 4 représente une vue en coupe schématique et partielle d'un détail d'un second exemple de réalisation d'un détail du dispositif de sécurité localisé autour de la bouteille, comprenant une multicouche de réactifs localisée autour de la bouteille,
- la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un réservoir muni d'un dispositif de purge de sécurité selon un troisième exemple de réalisation de l'invention, le dispositif de purge de sécurité étant en positon fermée (inactive),
- la figure 6 représente le réservoir de la figure 5 avec le dispositif de purge de sécurité en positon ouverte (active) du fait d'une situation dangereuse,
- la figure 7 représente une vue de côté, schématique et partielle, d'un quatrième exemple de réalisation d'un réservoir muni d'un dispositif de sécurité selon l'invention.
En se référant à présent aux figures 1 à 3, le réservoir 1 composite contenant du gaz sous pression comprend, sur la majorité de sa surface extérieure, un volume 2, 3 dit « de réserve » délimité par des parois interne et externe. La paroi interne du volume de réserve est rapportée ou fixée sur la paroi externe du réservoir 1 .
De préférence, le volume 2, 3 de réserve forme une enveloppe mince (épaisseur par exemple comprise entre 3mm et 6mm) qui recouvre la totalité ou la quasi-totalité de la surface du réservoir. Par exemple, le volume 2, 3 couvre 60% à 80% au moins de la surface extérieure du réservoir 1 .
Le volume 2, 3 de réserve forme de préférence un fourreau qui recouvre le réservoir 1 . Le volume 2, 3 de réserve est par exemple rapporté et fixé sur le réservoir 1 . Ce volume 2, 3 de réserve est par exemple réalisé en matériau synthétique tel qu'un polymère / élastomère comme par exemple un nitrile, un chloroprène, un Ethylène-Propylène, un Butyle, un polyamide ou un néoprène.
Ce volume de réserve 2, 3 contient au moins un réactif 4 distinct de gaz stocké dans le réservoir, par exemple un fluide sous pression, tel que du liquide et/ou du gaz. Le réactif peut comprendre l'un parmi : de l'eau, du dioxyde de carbone ou tout autre réactif approprié.
Par exemple, le réactif est normalement à une pression comprise entre 2_bar et 5 bar dans le volume 2, 3 de réserve.
Le réservoir 1 comprend par ailleurs, un raccord 7 ou un robinet obturant l'ouverture du volume stockant le gaz sous pression. Le raccord 7 comprend un circuit interne mettant en relation le gaz stocké dans le réservoir 1 avec une vanne 5 de purge qui est normalement fermée. La vanne 5 de purge peut comprendre un clapet mobile sollicité par défaut vers une position de fermeture contre un siège via un ressort 6. Comme décrit ci-après, en cas de situation dangereuse, le clapet mobile est déplacé vers une position ouverte libérant le passage vers l'extérieur pour le gaz contenu dans le réservoir 1 .
Le volume 2, 3 de réserve entourant le réservoir 1 est relié à une entrée de la vanne de purge 5. Par exemple, la pression dans le volume 2, 3 de réserve est reliée directement ou indirectement au clapet mobile de la vanne 5 de purge pour déplacer le clapet vers une position d'ouverture en cas de variation de pression anomale dans le volume 2, 3 de réserve. La pression dans le volume 2, 3 de réserve peut le cas échéant être transmise au clapet via un tuyau 8.
Ainsi, lorsque la pression diminue de façon anormale dans le volume 2, 3 de réserve, le clapet de la vanne 5 de purge est déplacé vers une position d'ouverture permettant la libération du contenu du réservoir 1 . Comme illustré à la figure 2, cette baisse de pression anormale peut être le résultat, par exemple, d'un trou localisé dans la paroi externe du volume 2, 3 de réserve résultant d'une flamme ou d'un point chaud localisé (par fusion ou fonte localisée). En effet, si le volume 2, 3 de réserve est percé, la pression du réactif 4 en son sein baisse et sollicite par réaction la vanne 5 de purge.
De même, si la pression au sein du volume 2, 3 de réserve augmente au- delà d 'u n seu il déterm iné, la van ne 5 de purge est également ouverte automatiquement. Cette augmentation de pression est par exemple le résultat d'une augmentation de température, par exemple du fait d'un incendie environnant (cf. figure 3). Dans ce cas encore, la variation de pression est transmise à la vanne 5 de purge et notamment au clapet mobile qui est déplacé vers une position d'ouverture. A cet effet, l'état stable de la vanne 5 purge peut être réalisé par l'équilibre des forces créées d'une part par la pression permanente du ressort 6 de rappel et, d'autre part, par la pression dans le volume 2, 3 de réserve.
La vanne 5 de purge peut comporter par exemple un clapet à tiroir coulissant entre :
- une position de fermeture lorsque la pression dans le volume de réserve est à son niveau dit normal,
- une position d'ouverture lorsque la pression dans le volume 2, 3 de réserve descend au dessous d'un seuil bas,
- une position d'ouverture lorsque la pression dans le volume 2, 3 de réserve passe au-dessus d'un seuil haut.
Les deux positions d'ouvertures ci-dessus peuvent être d istinctes ou identiques.
L'ouverture de la vanne 5 se produit donc automatiquement lorsque l'équilibre des forces environnantes est rompu. En variante, il est possible d'envisager un système de commande électromécanique de la vanne 5 de purge en réponse à une détection de pression (au l ieu ou en plus d 'un système pneumatique ou hydraulique).
Dans le cas de la figure 3, lors une élévation de température environnante, l'effort de la pression contenue dans le volume 2, 3 de réserve devient supérieur à la force de rappel du ressort 6 et met ainsi en mouvement le clapet de la vanne 5 de purge. Inversement, lorsque le réservoir 1 se trouve en contact avec une source d'énergie, une paroi 3 du volume de réserve est susceptible de se percer. Cette ouverture met le réactif 4 (gaz et/ou au liquide) contenu dans le volume 2, 3 de réserve à la pression atmosphérique. Dans ce cas, l'effort de rappel du ressort 6 déplace le clapet de la vanne 5 de purge en position d'ouverture de la vanne. De préférence, cette ouverture n'est pas réversible et permet alors la vidange complète du gaz contenu à l'intérieur du réservoir 1 . La vanne 5 est avantageusement dimensionnée pour que le temps de vidange du gaz contenu dans le réservoir 1 soit inférieur à la durée à partir de laquelle le réservoir 1 perd ses caractéristiques mécaniques de tenue au feu.
Ceci permet de minimiser les risques d'explosion potentielle. La double paroi constituant le volume 2, 3 d e réserve peut le cas échéant former un écran thermique supplémentaire (via des propriétés isolantes du matériau synthétique la constituant).
La figure 4 illustre un détail d'une coupe longitudinal d'un volume de réserve 2, 3 contenant un réactif 4 comprenant deux composants 12, 13 chimiques séparés par une barrière 1 1 . Les deux composants 12, 13 sont stockés de part et d'autre de la barrière 1 1 . La barrière 1 1 comprend par exemple une paroi fusible. Dans le cas d'un incendie localisé (flamme ou dard comme illustré à la figure 2) ou d'une élévation de température environnante en contact avec le corps du réservoir 1 (cf. figure 3), cette barrière 1 1 est prévue pour fondre à une température prédéfinie permettant ainsi de mettre en contact ces deux composants 12, 13.
Ces composants 12, 13 sont avantageusement choisis pour provoquer, lors de leur mélange, une réaction chimique exothermique et de préférence libératrice de pression . Cette réaction va se propager dans l'intégralité du volume 2 , 3 contenant ces composants via une augmentation de température.
L'augmentation de pression consécutive à cette réaction entre les composants 12, 13 est transmise à la vanne 5 de purge ce qui va provoquer l'ouverture (de préférence non réversible) de cette dernière (par exemple selon le même principe que décrit précédemment).
Les deux composants 12, 13 peuvent être choisis parmi : d'une part la famille des Isocyanates et d'autre part la famille des Polyols ou Polyalcools qui en se mélangeant forment des mousses Polyuréthanes.
La barrière 1 1 peut comprendre l'un au moins des matériaux parmi la famille des polymères à basse température de fusion (Polyéthylène, ABS, PVC, etc .).
Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, un volume 2, 3 de réserve contenant un réactif est également disposé autour de la surface extérieure du réservoir 1 . Le volume 2, 3 de réserve est délimité par deux parois en matériau synthétique et/ou métallique. La réactif contenu dans le volume 2, 3 de réserve est par exemple un liquide sous pression.
Cette double paroi 2, 3 entourant le réservoir 1 comprend elle-même une soupape de décharge 9 prévue pour se rompre au-delà d'un certain seuil de pression dans le volume de réserve. Par exemple, la paroi externe du volume 2, 3 de réserve comprend un disque 9 de rupture.
Comme précédemment, une vanne de purge 5 est reliée au volume interne du réservoir 1 via le circuit interne 8 d'un raccord 7. De même, comme précédemment, la vanne 5 de purge comprend une entrée reliée à la pression régnant dans le volume 2, 3 de réserve.
Ainsi, en cas de fuite localisée du volume 2, 3 de réserve (par une flamme localisée ou lors de l'ouverture de la soupape 9 de décharge), une baisse de pression est transmise à la vanne 5 de purge. La dépressurisation de ce volume 2, 3 de réserve actionne la vanne 5 de purge contre ou avec l'aide du ressort 6 de rappel. La vanne 5 s'ouvre ainsi lorsque l'équilibre des forces (du ressort de rappel 6 et de la pression dans le volume 2, 3 de réserve) est rompu (cf. fig. 6). Dans le mode de réalisation de la figure 7 le volume de réserve comprend un serpentin tubulaire 10 enroulé en spiral autour du corps du réservoir 1 .
Comme précédemment, le serpentin 10 contient en son sein un ou des réactifs, par exemple un gaz ou un liquide sous pression. Le nombre d'enroulement du serpentin 10 autour de la surface extérieure du réservoir 1 peut être choisi en fonction de l'application.
Une extrémité du serpentin 10 est reliée fluidiquement à une vanne de purge 5 (par exemple selon le même principe que cel u i décrit précédemment en référence aux figures 5 et 6). Une autre extrémité du serpentin 10 peut être reliée fluidiquement à une soupape de décharge 9 (par exemple selon par exemple le même principe de fonctionnement que celui de la soupape 9 de décharge des figures 5 et 6).
Ainsi, en cas d'élévation anormale de température une surpression se prod u it dans le serpentin 10 (surpression proportionnelle à l'élévation de température ambiante).
Comme précédemment, cette variation de pression actionne l'ouverture de la soupape de décharge 9. L'ouverture de la soupape de décharge (de préférence non réversible) provoque une chute de pression dans le serpentin 10 jusqu'à atteindre une pression en équilibre avec la pression atmosphérique. Cette chute de pression rompt l'équilibre de la vanne 5 de purge et permet ainsi le déplacement du clapet de cette vanne 5 en position ouverte (par exemple sous l'action du ressort 6 de rappel).
En effet, par exemple, le ressort de rappel 6 exerce sur le clapet de la vanne 5 de purge un effort antagoniste à l'effort exercé par la pression régnant initialement dans le serpentin 10.
Ainsi, en cas de situation dangereuse (incendie notamment), le contenu de gaz sous pression dans le réservoir 1 est purgé automatiquement, limitant ainsi les risques d'explosion.
Pour augmenter la précision de détection de chaleur il est également possible d'insérer une plaque métallique supplémentaire autour de la bouteille (entre la bouteille et le serpentin 10).
Ainsi, l'invention propose plusieurs architectures permettant de détecter une température anormalement élevée dans l'environnement d'un réservoir. Le volume de réserve contient un réactif qui couvre une grande surface autour du corps du réservoir.
Le dispositif selon l'invention permet de capter et/ou d'emmagasiner un potentiel d'énergie suffisant pour activer une vanne de purge en cas de situation dangereuse. Le dispositif peut être appliqué sur tout type de réservoir sans pénaliser significativement son volume et sa masse.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de purge automatique d'un réservoir de gaz sous pression comprenant une vanne (5) de décharge ayant une extrémité amont destinée à être mise en relation avec une réserve de gaz sous pression d'un récipient (1 ) et une extrémité aval destinée à être mise en relation avec une zone d'évacuation de gaz, ladite vanne (5) de purge étant déplaçable entre un état « fermé » obturant le passage de gaz entre les extrémités amont et aval et un état « ouvert » autorisant le passage de gaz entre les extrémités amont et aval, le dispositif comportant un volume (2, 3) de réserve stockant un réactif
(4) à une pression déterminée, la pression du réactif (4) dans le volume (2, 3) de réserve étant sensible à la température, notamment lors de conditions d'incendie, ledit du volume (2, 3) de réserve étant relié à la vanne (5) de purge pour sélectivement commander le déplacement de ladite vanne (5) de purge de son état « fermé » vers son état « ouvert » lorsque le réactif (4) subi une variation de pression déterminée, caractérisé en ce que la vanne (5) de purge comprend une entrée sensible à la pression reliée au volume (4) de réserve, ladite entrée actionnant sélectivement le déplacement de la vanne (5) de purge de son état fermé vers son état ouvert en réponse à une augmentation de pression déterminée dans le volume (4) de réserve.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le réactif (4) stocké dans le volume (2, 3) de réserve comprend un gaz et/ou un liquide.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le réactif (4) stocké dans le volume (2, 3) de réserve comprend au moins un composant chimique générant une réaction chimique modifiant sa pression lorsqu'il est soumis à une température déterminée.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réactif stocké dans le volume (4) de réserve comprend deux composants (1 2, 13) chimiques distincts séparés par une barrière (1 1 ) fusible à partir d'une pression et/ou d'une température déterminée, les deux composants (1 2, 1 3) chimiques étant choisis pour provoquer, lors de leur mélange, une réaction chimique modifiant la pression et/ou la température de leur mélange.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vanne (5) de purge comprend une entrée sensible à la pression reliée au volume (4) de réserve, ladite entrée actionnant sélectivement le déplacement de la vanne (5) de purge de son état fermé vers son état ouvert en réponse à une diminution de pression déterminée dans le volume (4) de réserve.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volume (2, 3) de réserve comprend une paroi (3) munie d'au moins une zone (9) frangible et/ou fusible à une température déterminée.
7. Dispositif selon l 'une quelconq ue des revend ications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif est réutilisable après une séquence de déplacement de la vanne (5) de purge de son état fermé vers son état ouvert via un re-remplissage du volume (2, 3) de réserve avec du réactif (4) à une pression déterminée.
8. Réservoir de gaz sous pression, notamment bouteille de gaz sous pression en matériau composite, comprenant un dispositif de purge automatique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
9. Réservoir selon la revendication 8, caractérisé en ce que le volume (2, 3) de réserve couvre au moins une partie de la surface extérieure du réservoir.
10. Réservoir selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le volume (2, 3) de réserve forme un fourreau couvrant le volume de stockage du réservoir.
1 1 . Réservoir selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le volume (2, 3) de réserve comporte une portion ayant la forme d'un tuyau (10) entourant au moins une partie du volume de stockage du réservoir.
12. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un robinet obturant l'ouverture du réservoir, le robinet (7) étant pourvu d'un circuit (17, 8) de gaz communiquant avec le volume de stockage du réservoir (1 ), ledit circuit (17, 8) étant relié à l'extrémité amont de la vanne (5, 9) de décharge pour décharger sélectivement le contenu stocké dans le volume de stockage du réservoir (1 ) en cas de situation dangereuse.
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