WO2022023655A1 - Dispositif a chambre interieure etanche - Google Patents

Dispositif a chambre interieure etanche Download PDF

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WO2022023655A1
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gas
closed loop
loop portions
inner chamber
seal
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PCT/FR2021/051382
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Frédéric MARLIN
Romain LORENZON
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Arianegroup Sas
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    • H01H39/006—Opening by severing a conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/64—Protective enclosures, baffle plates, or screens for contacts
    • H01H1/66—Contacts sealed in an evacuated or gas-filled envelope, e.g. magnetic dry-reed contacts
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H9/02—Bases, casings, or covers
    • H01H9/04—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings
    • H01H9/042—Explosion-proof cases

Definitions

  • the present invention relates to a device with a sealed inner chamber of simple design.
  • a non-limiting application of the invention relates to the field of electrical switching devices in which a plasma is generated following the appearance of an electric arc when the circuit is opened.
  • Pyrotechnic cut-off devices comprising a body in which is present a pyrotechnic initiator configured to, when triggered, set in motion a piston provided with a relief in the direction of a conductive bar to be cut.
  • the breakage of the conductive bar through which an electric current passes can cause the generation of a plasma in the internal chamber of the device. It is desired to minimize the risk of the plasma escaping outside the cut-off device. It is desirable to have a solution making it possible to ensure, in a simple manner, good sealing of an interior chamber of a device.
  • the invention proposes a device comprising:
  • the seal comprising at least two closed-loop portions which surround the through-element and provide a seal along the latter, and at least two portions link connecting the closed loop portions present between the first part and the second part and providing a seal between them.
  • the closed loop portions are diametrically opposed.
  • the closed loop portions have a generally rectangular shape
  • the crossing element has a generally rectangular section at least at the level of the closed loop portions.
  • the section of the crossing element has rounded corners.
  • the seal is made of a flexible material and the closed loop portions are oriented transversely to a plane containing the connecting portions by pivoting around them.
  • the device is an electrical cut-off device, the traversing element being a conductive element, the device comprising a piston movable in the interior chamber capable of breaking the traversing element following its setting in motion.
  • the seal makes it possible to avoid any risk of escape of the plasma generated in the inner chamber when the crossing element breaks by impact with the piston during the cut.
  • the device may be a pyrotechnic cut-off device which comprises a pyrotechnic initiator, the piston being able to move following the actuation of the pyrotechnic initiator.
  • the body may be provided with a gas discharge orifice in communication with the interior chamber and capable of evacuating its contents, and with a gas introduction orifice in communication with the interior chamber and capable of allow the introduction of a gas into the inner chamber, the gas introduction orifice and the gas discharge orifice being identical or distinct.
  • the inner chamber can be filled with a dielectric gas whose breakdown voltage is greater than the breakdown voltage of air at a reference pressure taken at 1 bar.
  • the pyrotechnic breaking device has better electric arc breaking performance than a device filled with air, without increasing the mass or the size of the device.
  • the composition of the dielectric gas can at least comprise 2,3,3,3-tetrafluoro-2-(trifluoromethyl)propanenitrile (CF 3 ) 2 CFCN.
  • the dielectric gas may further comprise at least one gas from dry air, nitrogen and carbon dioxide.
  • the molar content of 2,3,3,3-tetrafluoro-2-(trifluoromethyl)propanenitrile (CF 3 ) 2 CFCN in the dielectric gas can be between 10% and 60%.
  • the gas discharge orifice is in particular able to evacuate the air contained in the interior chamber.
  • the gas introduction orifice is in particular capable of introducing the dielectric gas into the interior chamber.
  • the dielectric gas is capable of pressurizing the interior chamber to a pressure of at least 1 bar at a temperature of -40°C.
  • the invention also relates to a secure electrical installation comprising a cut-off device as described above and an electrical circuit connected to the through-element.
  • the invention also relates to a vehicle comprising an electrical installation as described above.
  • the crossing element can alternatively be an element carrying one or more sensors making it possible to measure a physical or chemical quantity of a gas flowing through the inner chamber for which it is desired to avoid any risk of escape to the exterior of the device.
  • the sensor(s) can for example be pressure and/or temperature sensors.
  • Figure 1 is a schematic representation of an example of a device according to the invention.
  • Figure 2 is an exploded view of the device of Figure 1.
  • Figure 3 is a view of a detail of the device of Figure 1.
  • Figure 4 corresponds to a sectional view of the device of Figure 1 in a first configuration allowing the passage of current.
  • Figure 5 corresponds to a sectional view of the device of Figure 1 in a second current cut-off configuration.
  • Figure 6 is a schematic representation of an example of a seal before insertion of the through-element through the closed-loop portions.
  • Figure 7 is a schematic representation of a secure electrical installation comprising the device of Figure 1.
  • FIG. 8 is a detail of a variant of a closed-loop portion that can be used in the context of the invention.
  • Figures 1, 2, 4 and 5 illustrate a cut-off device 100 according to one embodiment of the invention which comprises a body 10 inside which are installed a pyrotechnic initiator 20, a piston 30, and a traversing element 40
  • the body 10 has a shape extending along a main axis Z.
  • the body 10 can have a generally cylindrical shape, as in the example illustrated.
  • the 10 is formed by assembling a first part 11 with a second part 12.
  • the first 11 and second 12 parts can be superimposed.
  • the crossing element 40 is here an electrically conductive element, for example in the form of a bar or a conductive tab . It extends through the device 100 and is located between the first part 11 and the second part 12.
  • the traversing element 40 passes through the body 10 and is present both inside the body 10 and outside .
  • the crossing element 40 is present at an assembly zone between the first 11 and second 12 parts.
  • the crossing element 40 has two terminals 41 and 42 intended to be connected to an electrical circuit (not shown). Terminals 41 and 42 form the terminals of the device 100 and here correspond to the two ends of the crossing element 40.
  • the piston 30 is mounted so as to be movable between a first current passage position (high position in the example illustrated, see FIG. 4) and a second current cut-off position (low position in the example illustrated, see FIG. 5).
  • the first part 11 defines a storage cavity IIa in which the piston 30 is located when it is in its first position.
  • the second part 12 defines a receiving cavity 12a which communicates with the storage cavity 11a.
  • the reception cavity 12a can be aligned with the storage cavity 11a along the main axis Z.
  • the reception cavity 12a is intended to receive the piston 30 when it is in its second position, corresponding to the configuration of the FIG. 5.
  • the reunion of the storage cavity 11a and the reception cavity 12a forms an interior chamber 13 in which the piston 30 is intended to move.
  • the piston 30 can extend along the Z axis.
  • the piston 30 can have a shape of revolution around the Z axis.
  • the Z axis can correspond to the axis of movement of the piston 30.
  • the piston 30 comprises a circumferential groove in which a seal 31, for example an O-ring, is housed.
  • the piston 30 can move in a direction of movement A along the axis Z inside the body 10 between the first and the second position. As long as the pyrotechnic initiator 20 has not been triggered, the piston 30 is in its first position.
  • Through member 40 passes through inner chamber 13. In the example shown, through member 40 extends along a diameter of inner chamber 40.
  • the piston 30 is moved from its first position to its second position.
  • the function of the piston 30 is to break the traversing element 40 during its passage from its first position to its second position, thus cutting off the flow of electric current through the traversing element 40.
  • the pyrotechnic initiator 20 comprises a charge pyrotechnic connected to connectors 21.
  • the pyrotechnic charge is, when it is initiated for example using a current passing through the connectors 21, able to generate a pressurization gas by its combustion.
  • the illustrated variant shows a pyrotechnically actuated cut-off device 100 but one does not exit from the scope of the invention if the piston is moved otherwise, for example following the release of a return element or of a gas stored under pressure.
  • the crossing element 40 may optionally comprise one or more zones of weakness 43 intended to form a breaking point of the crossing element 40.
  • the illustrated crossing element 40 comprises two areas of weakness 43, making it possible to ensure a break in the crossing element 40 at two breaking points and to detach a broken portion 44 from the rest of the crossing element 40.
  • the traversing element has only a single zone of weakness and is broken at a single breaking point, the broken portion being bent by the piston in the receiving cavity when the piston is in the second position.
  • the rupture of the crossing element 40 by impact with the piston 30 can lead to the generation of a gaseous plasma in the inner chamber 13 for which it is desired to avoid leakage through the body 10.
  • the device is provided with a seal 50.
  • Seal 50 surrounds inner chamber 13 around its entire circumference, thus surrounding the area in which the plasma is generated.
  • the gasket 50 is located between the first part 11 and the second part 12, in the assembly zone between them.
  • the first part 11 and the second part 12 can each comprise a groove which is intended to receive the gasket 50.
  • the grooves have a shape complementary to the gasket 50.
  • the gasket 50 defines a closed shape, here generally circular, it being understood that other shapes are possible depending on the shape of the body 10, such as a polygonal or elliptical shape.
  • the inner chamber 13 is located inside the closed shape defined by the seal 50.
  • the crossing element 40, and in particular its weak zone(s) 43, is located inside the closed shape defined by the seal 50.
  • the seal 50 comprises in the illustrated example two closed loop portions 53 and two connecting portions 51 which connect the closed loop portions 53.
  • Each of the connecting portions 51 is located between the closed loop portions 53.
  • connecting portions 51 can be formed by one strand and the closed loop portions 53 by two strands.
  • the ends of the connecting portions 51 are connected to the closed loops 53.
  • the strand forming the portions link 51 can be split at the ends of the link portions 51 to form the closed loop portions 53.
  • the link portions 51 can be single stranded and the closed loop portions 53 double stranded.
  • the strands forming the connecting portions 51 and/or the closed loop portions 53 can have a circular, elliptical or polygonal cross section, for example square or non-square rectangular.
  • the strands forming the connecting portions 51 and the closed loop portions 53 may be of identical shape and/or of identical greatest transverse dimension, for example of identical diameter. Such a feature participates in further improving sealing.
  • the crossing element 40 is introduced inside the closed loop portions 53 and extends between the connecting portions 51.
  • the crossing element 40 is housed inside the closed loop portions 53.
  • the crossing element 40 and the connecting portions 51 can be located in the same plane.
  • the closed loop portions 53 can be transverse to the plane containing the connecting portions 51, for example perpendicular to this plane.
  • the closed-loop portions 53 enclose the through-element 40.
  • the closed-loop portions 53 may be transverse, for example perpendicular, to the longitudinal axis X of the through-element 40.
  • the closed-loop portions 53 locally surround the through element 40 over its entire circumference around its longitudinal axis X.
  • the closed loop portions 53 are in contact with the through element 40.
  • the shape of the closed loop portions 53 may be identical to the shape of the section of the through element 40 at the level thereof.
  • the section of the crossing element is, unless otherwise stated, taken transversely, for example perpendicularly, to its longitudinal axis X.
  • the closed loop portions 53 are located between the first part 11 and the second part 12.
  • the closed loop portions 53 provide sealing at the portion of the crossing element 40 located on the assembly area of the first 11 and second 12 parts.
  • the closed loop portions 53 seal along the longitudinal axis X of the through element 40.
  • the closed loop portions 53 have a generally rectangular shape with rounded internal corners C1.
  • the crossing element 40 has no sharp edge at the areas on which it is surrounded by the closed loop portions 53.
  • the edges, or corners C2, of the crossing element 40 can be rounded at the level of these zones, for example by machining.
  • the presence of rounded corners C1 and C2 improves sealing.
  • other shapes are possible for the closed loop portions depending on the shape of the section of the crossing element such as a generally square, circular or elliptical shape.
  • the closed loop portions 53 can define openings of the same surface. This allows a simpler manufacture of the joint 50.
  • the section of the through element 40 at the level of each of the closed loop portions 53 can be identical.
  • the connecting portions 51 provide, for their part, sealing on the assembly zone between the first 11 and second 12 parts in a direction transverse to the longitudinal axis X of the crossing element 40.
  • the seal 50 constitutes a one and the same element making it possible to ensure continuity of the seal around the inner chamber 13.
  • FIG. 6 illustrates the seal 50 at rest, that is to say before placing the crossing element 40 through the closed loop portions 53.
  • the seal 50 has a flat shape when he is at rest.
  • the connecting portions 51 and the closed loop portions 53 are located in the same plane.
  • the strands 52 forming the closed loop portions 53 are located in the same plane as the strands forming the connecting portions 51 when the joint 50 is at rest.
  • the closed loop portions 53 are straightened in order to install the through element 40 in the loops 53 thanks to the flexibility of the joint 50.
  • the joint is formed of a flexible material allowing this straightening. closed loop portions 53.
  • the seal can in particular be made of one of the following materials: silicone, nitrile rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), fluoroelastomer (FKM).
  • NBR nitrile rubber
  • HNBR hydrogenated nitrile rubber
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomer
  • FKM fluoroelastomer
  • the flexible seal variant is particularly easy to manufacture. However, it does not depart from the scope of the invention if the seal is obtained directly with closed loop portions transverse to the connecting portions.
  • the air located inside the chamber 13 after the assembly of the cut-off device 100 can be evacuated through a gas evacuation orifice.
  • a dielectric gas can then be introduced into the inner chamber 13 of the switching device 100 through a gas introduction orifice.
  • the evacuation and gas introduction orifices may be identical or distinct.
  • the dielectric gas has a breakdown voltage greater than that of air at a reference pressure taken at 1 bar.
  • the breaking device 100 has a greater breaking capacity than a device whose interior chamber is filled with air, and the electric arc generated inside the chamber 13 is extinguished more quickly and over a shorter distance. . Consequently, a better breaking capacity is obtained without modifying the size or the mass of the breaking device.
  • the dielectric gas is introduced into the cut-off device 100 at room temperature, for example at a temperature of 20°C.
  • the dielectric gas may be capable of pressurizing the inner chamber 13 to a pressure of at least 1 bar at a temperature of -40°C.
  • the pressure of the dielectric gas in the inner chamber 13 can be greater than 1 bar, even in the case of cold temperatures between 0°C and -40°C.
  • the use of the seal 50 described above is particularly advantageous in order to maintain the dielectric gas in the inner chamber 13 and prevent it from leaking outside of the body 10.
  • the dielectric gas can be a mixture comprising gas (CF 3 ) 2 CFCN (2, 3,3,3-tetrafluoro-2-(trifluoromethyl)propanenitrile, marketed under the name 3MTM NovecTM 4710, and at least one other gas among dry air, dinitrogen (N 2 ) and carbon dioxide (C0 2 ).
  • the molar content of NovecTM 4710 in the dielectric gas can be between 10% and 60%.Preferably, the molar content of NovecTM 4710 in the dielectric gas is between 15% and 25%.
  • a humidity-absorbing product can be placed inside the chamber 13 so as to prevent the hydrolysis of the dielectric gas, for example in the form of a metal sulphate or of a molecular sieve whose size of the pores is less than or equal to 5 ⁇ .
  • the secure electrical installation 300 comprises a secure power supply system 310 comprising the cut-off device 100 (represented very schematically) and a power supply circuit 311.
  • the power supply circuit 311 here comprises an electric generator G connected to the second terminal 42 of the crossing element 40 of the cut-off device 100.
  • the electric generator G can be for example a battery or an alternator.
  • the secure power system 310 further comprises a control element C configured to actuate the pyrotechnic initiator 20 when an anomaly is detected. Control element C is connected to pyrotechnic initiator 20 through connectors 21.
  • the anomaly in response to which control element C can trigger pyrotechnic initiator 20 may be an electrical anomaly, such as a current threshold exceeded in the circuit, or a non-electrical anomaly such as the detection of a shock, for example a sudden deceleration of the control element, a change in temperature, pressure, etc.
  • the control element C is able to send an electric current to the pyrotechnic initiator 20 for its triggering in order to cut off the current, as described previously.
  • the secure electrical installation 300 finally comprises an electrical device D connected here to the first terminal 41 of the through-element 40 of the cut-off device 100 to be powered by the secure power supply system 310.
  • a vehicle automobile may include a secure electrical installation 300.
  • the strands of the closed loop portions 53 have an identical length.
  • the center of the loops 53 is located in the extension of the strands of the connecting portions 51.
  • the strands of the closed loop portions 153 may have a different length, with one strand having a longer length than the other.
  • the center C of the closed loop portions 153 is offset with respect to the extension of the strands of the connecting portions 151.

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Abstract

L'invention comporte un dispositif étanche ayant un joint d'étanchéité autour d'une chambre intérieure, le joint d'étanchéité présentant au moins deux portions en boucle fermée au travers desquelles s'étend un élément traversant..

Description

Description
Titre de l'invention : Dispositif à chambre intérieure étanche
Domaine Technique
La présente invention porte sur un dispositif à chambre intérieure étanche de conception simple. Une application non limitative de l'invention concerne le domaine des dispositifs de coupure électrique dans lesquels un plasma est généré suite à l'apparition d'un arc électrique lors de l'ouverture du circuit.
Technique antérieure
On connaît des dispositifs de coupure pyrotechnique comprenant un corps dans lequel est présent un initiateur pyrotechnique configuré pour, lorsqu'il est déclenché, mettre en mouvement un piston muni d'un relief en direction d'une barre conductrice à sectionner. La rupture de la barre conductrice traversée par un courant électrique peut provoquer la génération d'un plasma dans la chambre intérieure du dispositif. Il est souhaité de minimiser le risque d'échappement du plasma en dehors du dispositif de coupure. Il est souhaitable de disposer d'une solution permettant d'assurer, de manière simple, une bonne étanchéité d'une chambre intérieure d'un dispositif.
Exposé de l'invention
L'invention propose un dispositif comprenant :
- un assemblage d'une première partie et d'une deuxième partie définissant un corps du dispositif et délimitant une chambre intérieure,
- un élément traversant s'étendant au travers de la chambre intérieure entre la première partie et la deuxième partie, et
- un joint d'étanchéité de la chambre intérieure entourant celle-ci, le joint d'étanchéité comprenant au moins deux portions en boucle fermée qui entourent l'élément traversant et assurent une étanchéité le long de celui-ci, et au moins deux portions de liaison reliant les portions en boucle fermée et présentes entre la première partie et la deuxième partie et assurant une étanchéité entre celles-ci. Le joint d'étanchéité mis en œuvre permet d'assurer de manière simple, à l'aide d'une seule pièce, une étanchéité continue de la chambre intérieure sur toute sa circonférence et, en particulier, au niveau de l'élément traversant.
Dans un exemple de réalisation, les portions en boucle fermée sont diamétralement opposées.
Dans un exemple de réalisation, les portions en boucle fermée ont une forme généralement rectangulaire, et l'élément traversant présente une section généralement rectangulaire au moins au niveau des portions en boucle fermée.
Dans un exemple de réalisation, la section de l'élément traversant présente des coins arrondis.
Dans un exemple de réalisation, le joint d'étanchéité est en un matériau flexible et les portions en boucle fermée sont orientées transversalement à un plan contenant les portions de liaison par pivotement autour de celles-ci.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif est un dispositif de coupure électrique, l'élément traversant étant un élément conducteur, le dispositif comprenant un piston mobile dans la chambre intérieure apte à rompre l'élément traversant suite à sa mise en mouvement.
Dans cette application, le joint d'étanchéité permet d'éviter tout risque d'échappement du plasma généré dans la chambre intérieure lors de la rupture de l'élément traversant par impact avec le piston lors de la coupure.
En particulier, le dispositif peut être un dispositif de coupure pyrotechnique qui comprend un initiateur pyrotechnique, le piston étant apte à se déplacer suite à l'actionnement de l'initiateur pyrotechnique.
Dans cette application, le corps peut être muni d'un orifice d'évacuation de gaz en communication avec la chambre intérieure et apte à évacuer son contenu, et d'un orifice d'introduction de gaz en communication avec la chambre intérieure et apte à permettre l'introduction d'un gaz dans la chambre intérieure, l'orifice d'introduction de gaz et l'orifice d'évacuation de gaz étant identiques ou distincts.
Dans cette application, la chambre intérieure peut être remplie par un gaz diélectrique dont la tension de claquage est supérieure à la tension de claquage de l'air à une pression de référence prise à 1 bar. Ainsi, le dispositif de coupure pyrotechnique présente de meilleures performances de coupure de l'arc électrique qu'un dispositif rempli d'air, sans augmenter la masse ou la taille du dispositif.
Dans cette application, la composition du gaz diélectrique peut au moins comprendre du 2,3,3,3-tetrafluoro-2-(trifluorométhyl)propanenitrile (CF3)2CFCN.
Dans cette application, le gaz diélectrique peut en outre comprendre au moins un gaz parmi l'air sec, le diazote et dioxyde de carbone.
Dans cette application, la teneur molaire du 2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluorométhyl)propanenitrile (CF3)2CFCN dans le gaz diélectrique peut être comprise entre 10% et 60%.
L'orifice d'évacuation de gaz est notamment apte à évacuer l'air contenu dans la chambre intérieure. L'orifice d'introduction de gaz est notamment apte à introduire le gaz diélectrique dans la chambre intérieure.
Dans cette application, le gaz diélectrique est apte à pressuriser la chambre intérieure à une pression d'au moins 1 bar à une température de -40°C.
L'invention vise également une installation électrique sécurisée comprenant un dispositif de coupure tel que décrit plus haut et un circuit électrique relié à l'élément traversant.
L'invention vise également un véhicule comprenant une installation électrique telle que décrite plus haut.
On notera que l'invention n'est pas limitée à une application à un dispositif de coupure électrique. L'élément traversant peut en variante être un élément portant un ou plusieurs capteurs permettant de mesurer une grandeur physique ou chimique d'un gaz circulant au travers de la chambre intérieure pour lequel il est souhaité d'éviter tout risque d'échappement à l'extérieur du dispositif. Le ou les capteurs peuvent par exemple être des capteurs de pression et/ou de température.
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de dispositif selon l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 est une vue éclatée du dispositif de la figure 1.
[Fig. 3] La figure 3 est une vue d'un détail du dispositif de la figure 1. [Fig. 4] La figure 4 correspond à une vue en coupe du dispositif de la figure 1 dans une première configuration autorisant le passage du courant.
[Fig. 5] La figure 5 correspond à une vue en coupe du dispositif de la figure 1 dans une deuxième configuration de coupure du courant.
[Fig. 6] La figure 6 est une représentation schématique d'un exemple de joint d'étanchéité avant insertion de l'élément traversant au travers des portions en boucle fermée.
[Fig. 7] La figure 7 est une représentation schématique d'une installation électrique sécurisée comprenant le dispositif de la figure 1.
[Fig. 8] La figure 8 est un détail d'une variante de portion en boucle fermée utilisable dans le cadre de l'invention.
Description des modes de réalisation
La description qui suit est faite dans le cadre d'un exemple de dispositif 100 selon l'invention constituant un dispositif de coupure électrique. Comme indiqué plus haut, l'invention n'est pas limitée à cette application.
Les figures 1, 2, 4 et 5 illustrent un dispositif 100 de coupure selon un mode de réalisation de l'invention qui comprend un corps 10 à l'intérieur duquel sont installés un initiateur pyrotechnique 20, un piston 30, et un élément traversant 40. Le corps 10 présente une forme s'étendant le long d'un axe principal Z. Le corps 10 peut avoir une forme généralement cylindrique, comme dans l'exemple illustré. Le corps
10 est formé par l'assemblage d'une première partie 11 avec une deuxième partie 12. Les première 11 et deuxième 12 parties peuvent être superposées. Les première
11 et deuxième 12 parties peuvent former une partie supérieure 11 et une partie inférieure 12 du corps 10. L'élément traversant 40 est ici un élément conducteur de l'électricité, par exemple sous la forme d'une barre ou d'une languette conductrice. Il s'étend au travers du dispositif 100 et est situé entre la première partie 11 et la deuxième partie 12. L'élément traversant 40 traverse le corps 10 et est présent à la fois à l'intérieur du corps 10 et à l'extérieur. L'élément traversant 40 est présent au niveau d'une zone d'assemblage entre les première 11 et deuxième 12 parties. L'élément traversant 40 présente deux bornes 41 et 42 destinées à être reliées à un circuit électrique (non représenté). Les bornes 41 et 42 forment les bornes du dispositif 100 et correspondent ici aux deux extrémités de l'élément traversant 40.
Le piston 30 est monté de sorte à être mobile entre une première position de passage du courant (position haute dans l'exemple illustré, voir figure 4) et une deuxième position de coupure du courant (position basse dans l'exemple illustré, voir figure 5). La première partie 11 définit une cavité de stockage lia dans laquelle est situé le piston 30 lorsqu'il est dans sa première position. La deuxième partie 12 définit une cavité de réception 12a qui communique avec la cavité de stockage lia. La cavité de réception 12a peut être alignée avec la cavité de stockage lia le long de l'axe principal Z. La cavité de réception 12a est destinée à recevoir le piston 30 lorsqu'il est dans sa deuxième position, correspondant à la configuration de la figure 5. La réunion de la cavité de stockage lia et de la cavité de réception 12a forme une chambre intérieure 13 dans laquelle le piston 30 est destiné à se déplacer. Le piston 30 peut s'étendre le long de l'axe Z. Dans l'exemple illustré, le piston 30 peut présenter une forme de révolution autour de l'axe Z. L'axe Z peut correspondre à l'axe de déplacement du piston 30. Le piston 30 comprend une gorge circonférentielle dans laquelle un joint d'étanchéité 31, par exemple un joint torique, est logé. Le piston 30 peut se déplacer selon une direction de déplacement A le long de l'axe Z à l'intérieur du corps 10 entre la première et la deuxième position. Tant que l'initiateur pyrotechnique 20 n'a pas été déclenché, le piston 30 est dans sa première position. L'élément traversant 40 traverse la chambre intérieure 13. Dans l'exemple illustré, l'élément traversant 40 s'étend le long d'un diamètre de la chambre intérieure 40.
Suite à l'actionnement de l'initiateur pyrotechnique 20, le piston 30 est déplacé depuis sa première position vers sa deuxième position. Le piston 30 a pour fonction de rompre l'élément traversant 40 lors de son passage de sa première position vers sa deuxième position, coupant ainsi la circulation du courant électrique au travers de l'élément traversant 40. L'initiateur pyrotechnique 20 comprend une charge pyrotechnique reliée à des connecteurs 21. La charge pyrotechnique est, lorsqu'elle est initiée par exemple à l'aide d'un courant traversant les connecteurs 21, apte à générer un gaz de pressurisation par sa combustion. La variante illustrée montre un dispositif de coupure 100 à actionnement pyrotechnique mais on ne sort pas du cadre de l'invention si le piston est déplacé autrement, par exemple suite à la libération d'un élément de rappel ou d'un gaz stocké sous pression.
Afin de faciliter la rupture de l'élément traversant 40 par le piston 30, l'élément traversant 40 peut comprendre, de manière optionnelle, une ou plusieurs zones de faiblesse 43 destinées à former un point de rupture de l'élément traversant 40. L'élément traversant 40 illustré comprend deux zones de faiblesses 43, permettant d'assurer une cassure de l'élément traversant 40 en deux points de rupture et de détacher une portion rompue 44 du reste de l'élément traversant 40. Dans une variante non illustrée, l'élément traversant ne présente qu'une unique zone de faiblesse et est rompue en un seul point de rupture, la portion rompue étant pliée par le piston dans la cavité de réception lorsque le piston est dans la deuxième position.
La rupture de l'élément traversant 40 par impact avec le piston 30 peut conduire à la génération un plasma gazeux dans la chambre intérieure 13 pour lequel il est souhaité d'éviter la fuite au travers du corps 10. Pour ce faire, le dispositif est muni d'un joint d'étanchéité 50.
Le joint 50 entoure la chambre intérieure 13 sur toute sa circonférence, entourant ainsi la zone dans laquelle le plasma est généré. Le joint 50 est situé entre la première partie 11 et la deuxième partie 12, dans la zone d'assemblage entre celles- ci. La première partie 11 et la deuxième partie 12 peuvent chacune comprendre une rainure qui est destinée à recevoir le joint 50. Les rainures présentent une forme complémentaire au joint 50. Le joint 50 définit une forme fermée, ici généralement circulaire étant entendu que d'autres formes sont possibles selon la forme du corps 10, telles qu'une forme polygonale ou elliptique. La chambre intérieure 13 est située à l'intérieur de la forme fermée définie par le joint 50. L'élément traversant 40, et en particulier sa ou ses zones de faiblesse 43, est situé à l'intérieur de la forme fermée définie par le joint 50. Le joint 50 comprend dans l'exemple illustré deux portions en boucle fermée 53 et deux portions de liaison 51 qui relient les portions en boucle fermée 53. Chacune des portions de liaison 51 est située entre les portions en boucle fermée 53. Les portions de liaison 51 peuvent être formées par un brin et les portions en boucle fermée 53 par deux brins. Les extrémités des portions de liaison 51 sont reliées aux boucles fermées 53. Comme illustré, le brin formant les portions de liaison 51 peut se dédoubler au niveau des extrémités des portions de liaison 51 pour former les portions en boucle fermée 53. Les portions de liaison 51 peuvent être monobrin et les portions en boucle fermée 53 à double brins. Les brins formant les portions de liaison 51 et/ou les portions en boucle fermée 53 peuvent avoir une section droite circulaire, elliptique ou polygonale, par exemple carrée ou rectangulaire non carrée. Les brins formant les portions de liaison 51 et les portions en boucle fermée 53 peuvent être de forme identique et/ou de plus grande dimension transversale identique, par exemple de diamètre identique. Une telle caractéristique participe à améliorer davantage encore l'étanchéité. L'élément traversant 40 est introduit à l'intérieur des portions en boucle fermée 53 et s'étend entre les portions de liaison 51. L'élément traversant 40 est logé à l'intérieur des portions en boucle fermée 53. L'élément traversant 40 et les portions de liaison 51 peuvent être situés dans un même plan. Les portions en boucle fermée 53 peuvent être transverses au plan contenant les portions de liaison 51, par exemple perpendiculaire à ce plan. Les portions en boucle fermée 53 enserrent l'élément traversant 40. Les portions en boucle fermée 53 peuvent être transverses, par exemple perpendiculaire, à l'axe longitudinal X de l'élément traversant 40. Les portions en boucle fermée 53 entourent localement l'élément traversant 40 sur toute sa circonférence autour de son axe longitudinal X. Les portions en boucle fermée 53 sont au contact de l'élément traversant 40. La forme des portions en boucle fermée 53 peut être identique à la forme de la section de l'élément traversant 40 au niveau de celles-ci. La section de l'élément traversant est, sauf mention contraire, prise transversalement, par exemple perpendiculairement, à son axe longitudinal X. Les portions en boucle fermée 53 sont situées entre la première partie 11 et la deuxième partie 12. Les portions en boucle fermée 53 assurent l'étanchéité au niveau de la portion de l'élément traversant 40 située sur la zone d'assemblage des première 11 et deuxième 12 parties. Les portions en boucle fermée 53 assurent l'étanchéité le long de l'axe longitudinal X de l'élément traversant 40. Dans l'exemple illustré, les portions en boucle fermée 53 ont une forme généralement rectangulaire présentant des coins internes Cl arrondis. L'élément traversant 40 est dépourvu d'arête vive au niveau des zones sur lesquelles il est entouré par les portions en boucle fermée 53. Les arêtes, ou coins C2, de l'élément traversant 40 peuvent être arrondis au niveau de ces zones, par exemple par usinage. La présence de coins arrondis Cl et C2 permet d'améliorer l'étanchéité. On notera que d'autres formes sont possibles pour les portions en boucle fermée en fonction de la forme de la section de l'élément traversant comme une forme généralement carrée, circulaire ou elliptique. Les portions en boucle fermée 53 peuvent définir des ouvertures de même surface. Cela permet une fabrication plus simple du joint 50. De même, la section de l'élément traversant 40 au niveau de chacune des portions en boucle fermée 53 peut être identique. Les portions de liaison 51 assurent, quant à elle, l'étanchéité sur la zone d'assemblage entre les première 11 et deuxième 12 parties dans une direction transversale à l'axe longitudinal X de l'élément traversant 40. Le joint 50 constitue un seul et même élément permettant d'assurer une continuité de l'étanchéité autour de la chambre intérieure 13.
On a décrit un exemple comprenant exactement deux portions en boucle fermée 53 et deux portions de liaison 51. On ne sort pas du cadre de l'invention si plus de deux portions en boucle fermée sont utilisées, on pourrait par exemple avoir quatre ou six portions en boucle fermée pour un dispositif respectivement à deux ou trois éléments traversants. Dans l'exemple illustré, les portions en boucle fermée 53 sont diamétralement opposées, ce qui permet d'utiliser exactement la même géométrie de dispositif et en particulier d'élément traversant 40 qu'en l'absence de joint 50, simplifiant ainsi l'obtention du dispositif 100 mais on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque ce n'est pas le cas.
La figure 6 illustre le joint d'étanchéité 50 au repos, c'est-à-dire avant placement de l'élément traversant 40 au travers des portions en boucle fermée 53. Dans l'exemple illustré, le joint 50 a une forme plane lorsqu'il est au repos. Ainsi, les portions de liaison 51 et les portions en boucle fermée 53 sont situées dans un même plan. Les brins 52 formant les portions en boucle fermée 53 sont situés dans le même plan que les brins formant les portions de liaison 51 lorsque le joint 50 est au repos. Lors de l'assemblage du dispositif 100, les portions en boucle fermée 53 sont redressées afin d'installer l'élément traversant 40 dans les boucles 53 grâce à la souplesse du joint 50. Le joint est formé d'un matériau flexible permettant ce redressement des portions en boucle fermée 53. Le joint peut notamment est fabriqué dans un des matériaux suivants : silicone, caoutchouc nitrile (NBR), caoutchouc nitrile hydrogéné (HNBR), éthylène-propylène-diène monomère (EPDM), fluoroélastomère (FKM). La variante de joint d'étanchéité flexible est particulièrement simple à fabriquer. On ne sort néanmoins pas du cadre de l'invention si le joint est directement obtenu avec des portions en boucle fermée transverses aux portions de liaison.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'air situé à l'intérieur de la chambre 13 après l'assemblage du dispositif de coupure 100 peut être évacué par un orifice d'évacuation de gaz. Un gaz diélectrique peut alors être introduit dans la chambre intérieure 13 du dispositif de coupure 100 par un orifice d'introduction de gaz. Les orifices d'évacuation et d'introduction de gaz peuvent être identiques ou distincts.
Le gaz diélectrique a une tension de claquage supérieure à celle de l'air à une pression de référence prise à 1 bar. Ainsi, le dispositif de coupure 100 présente une capacité de coupure supérieure à un dispositif dont la chambre intérieure est remplie d'air, et l'arc électrique généré à l'intérieur de la chambre 13 est éteint plus rapidement et sur une distance plus courte. Par conséquent, on obtient une meilleure capacité de coupure sans modification de la taille ou de la masse du dispositif de coupure.
Le gaz diélectrique est introduit dans le dispositif de coupure 100 à température ambiante, par exemple à une température de 20°C. Le gaz diélectrique peut être apte à pressuriser la chambre intérieure 13 à une pression d'au moins 1 bar à une température de -40°C. La pression du gaz diélectrique dans la chambre intérieure 13 peut être supérieure à 1 bar, même en cas de températures froides comprises entre 0°C et -40°C. L'emploi du joint d'étanchéité 50 décrit plus haut est particulièrement avantageux afin de maintenir le gaz diélectrique dans la chambre intérieure 13 et éviter sa fuite à l'extérieur du corps 10.
Le gaz diélectrique peut être un mélange comprenant du gaz (CF3)2CFCN (2, 3,3,3- tetrafluoro-2-(trifluorométhyl)propanenitrile, commercialisé sous le nom 3M™ Novec™ 4710, et au moins un autre gaz parmi l'air sec, le diazote (N2) et le dioxyde de carbone (C02). La teneur molaire du Novec™ 4710 dans le gaz diélectrique peut être comprise entre 10% et 60%. De préférence, la teneur molaire du Novec™ 4710 dans le gaz diélectrique est comprise entre 15% et 25%. En outre, un produit absorbeur d'humidité peut être placé à l'intérieur de la chambre 13 de sorte à prévenir l'hydrolyse du gaz diélectrique, par exemple sous la forme d'un sulfate métallique ou d'un tamis moléculaire dont la taille des pores est inférieure ou égale à 5 Â.
On vient de décrire un exemple de dispositif de coupure 100 pour lequel une étanchéité au plasma gazeux est obtenue par mise en œuvre du joint d'étanchéité 50. Le dispositif de coupure 100 considéré est destiné à être incorporé dans une installation électrique sécurisée 300 dont un exemple va à présent être décrit en lien avec la figure 7.
L'installation électrique sécurisée 300 comprend un système d'alimentation sécurisé 310 comprenant le dispositif de coupure 100 (représenté de façon très schématique) et un circuit d'alimentation 311. Le circuit d'alimentation 311 comprend ici un générateur électrique G relié à la deuxième borne 42 de l'élément traversant 40 du dispositif de coupure 100. Le générateur électrique G peut être par exemple une batterie ou un alternateur. Le système d'alimentation sécurisé 310 comprend en outre un élément de contrôle C configuré pour actionner l'initiateur pyrotechnique 20 lorsqu'une anomalie est détectée. L'élément de contrôle C est connecté à l'initiateur pyrotechnique 20 par l'intermédiaire des connecteurs 21. L'anomalie en réponse à laquelle l'élément de contrôle C peut déclencher l'initiateur pyrotechnique 20 peut être une anomalie électrique, comme un dépassement de seuil de courant dans le circuit, ou une anomalie non-électrique comme la détection d'un choc, par exemple une décélération brusque de l'élément de contrôle, d'un changement de température, de pression, etc. En cas de détection d'une anomalie, l'élément de contrôle C est apte à envoyer un courant électrique à l'initiateur pyrotechnique 20 pour son déclenchement afin de couper le courant, comme décrit précédemment. L'installation électrique sécurisée 300 comprend enfin un dispositif électrique D relié ici à la première borne 41 de l'élément traversant 40 du dispositif de coupure 100 pour être alimenté par le système d'alimentation sécurisé 310. A titre d'exemple, un véhicule automobile peut comprendre une installation électrique sécurisée 300.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, les brins des portions en boucle fermée 53 possèdent une longueur identique. Ainsi, le centre des boucles 53 est situé dans la prolongation des brins des portions de liaison 51. Comme cela est illustré sur la figure 8, les brins des portions en boucle fermée 153 peuvent posséder une longueur différente, un brin possédant une longueur supérieure à l'autre. Dans la variante illustrée sur la figure 8, le centre C des portions en boucle fermée 153 est décalé par rapport à la prolongation des brins des portions de liaison 151.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif (100) comprenant :
- un assemblage d'une première partie (11) et d'une deuxième partie (12) définissant un corps (10) du dispositif et délimitant une chambre intérieure (13),
- un élément traversant (40) s'étendant au travers de la chambre intérieure entre la première partie et la deuxième partie, et
- un joint d'étanchéité (50) de la chambre intérieure entourant celle-ci, configuré pour produire une étanchéité à un plasma ou à un gaz présent dans la chambre intérieure, le joint d'étanchéité comprenant au moins deux portions en boucle fermée (53 ; 153) qui entourent l'élément traversant et assurent une étanchéité le long de celui-ci, et au moins deux portions de liaison (51 ; 151) reliant les portions en boucle fermée et présentes entre la première partie et la deuxième partie et assurant une étanchéité entre celles-ci.
[Revendication 2] Dispositif (100) selon la revendication 1, dans lequel les portions en boucle fermée (53 ; 153) sont diamétralement opposées.
[Revendication 3] Dispositif (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les portions en boucle fermée (53 ; 153) ont une forme généralement rectangulaire, et l'élément traversant (40) présente une section généralement rectangulaire au moins au niveau des portions en boucle fermée.
[Revendication 4] Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la section de l'élément traversant (40) présente des coins arrondis (C2).
[Revendication 5] Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le joint d'étanchéité (50) est en un matériau flexible, et dans lequel les portions en boucle fermée (53) sont orientées transversalement à un plan contenant les portions de liaison (51) par pivotement autour de celles-ci.
[Revendication 6] Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif est un dispositif de coupure électrique, l'élément traversant (40) étant un élément conducteur, le dispositif comprenant un piston mobile (30) dans la chambre intérieure (13) apte à rompre l'élément traversant suite à sa mise en mouvement.
[Revendication 7] Dispositif (100) selon la revendication 6, dans lequel le dispositif est un dispositif de coupure pyrotechnique qui comprend un initiateur pyrotechnique (20), le piston (30) étant apte à se déplacer suite à l'actionnement de l'initiateur pyrotechnique.
[Revendication 8] Dispositif (100) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le corps (10) est muni d'un orifice d'évacuation de gaz en communication avec la chambre intérieure (13) et apte à évacuer son contenu, et d'un orifice d'introduction de gaz en communication avec la chambre intérieure (13) et apte à permette l'introduction d'un gaz dans la chambre intérieure (13), l'orifice d'introduction de gaz et l'orifice d'évacuation de gaz étant identiques ou distincts.
[Revendication 9] Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la chambre intérieure (13) est remplie par un gaz diélectrique dont la tension de claquage est supérieure à la tension de claquage de l'air à une pression de référence prise à 1 bar.
[Revendication 10] Dispositif (100) selon la revendication 9, dans lequel le gaz diélectrique comprend au moins du 2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluorométhyl)propanenitrile (CF3)2CFCN.
[Revendication 11] Dispositif (100) selon la revendication 10, dans lequel le gaz diélectrique comprend en outre au moins un gaz parmi l'air sec, le diazote et dioxyde de carbone.
[Revendication 12] Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 10 ou
11, dans lequel la teneur molaire du 2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluorométhyl)propanenitrile (CF3)2CFCN dans le gaz diélectrique est comprise entre 10% et 60%.
[Revendication 13] Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 9 à
12, dans lequel le gaz diélectrique est apte à pressuriser la chambre intérieure (13) à une pression d'au moins 1 bar à une température de -40°C.
[Revendication 14] Installation électrique sécurisée (300) comprenant un dispositif de coupure (100) selon l'une quelconque des revendications 6 à 13 et un circuit électrique relié à l'élément traversant.
[Revendication 15] Véhicule comprenant une installation électrique sécurisée (300) selon la revendication 14. !
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