EP2506938B1 - Dispositif d'éjection d'un fluide - Google Patents

Dispositif d'éjection d'un fluide Download PDF

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EP2506938B1
EP2506938B1 EP10807598.7A EP10807598A EP2506938B1 EP 2506938 B1 EP2506938 B1 EP 2506938B1 EP 10807598 A EP10807598 A EP 10807598A EP 2506938 B1 EP2506938 B1 EP 2506938B1
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EP
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chamber
piston
pressure
fluid
reservoir
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EP10807598.7A
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Christian Fabre
Alain Bignolais
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Airbus Operations SAS
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Airbus Operations SAS
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C13/00—Portable extinguishers which are permanently pressurised or pressurised immediately before use
    • A62C13/66—Portable extinguishers which are permanently pressurised or pressurised immediately before use with extinguishing material and pressure gas being stored in separate containers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C35/00—Permanently-installed equipment
    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C13/00—Portable extinguishers which are permanently pressurised or pressurised immediately before use
    • A62C13/006—Portable extinguishers which are permanently pressurised or pressurised immediately before use for the propulsion of extinguishing powder

Definitions

  • the invention belongs to the field of devices for ejecting a fluid. Such devices are more particularly used as extinguishers, the ejected fluid then being an extinguishing agent in liquid or powder form.
  • the pressure is increased in the pressurization chamber, either by putting it in communication with a pressurized fluid or by activating inside it. here a pyrotechnic gas generator.
  • the increase in pressure causes the piston to move from the second chamber to the first, which increases the pressure in this first chamber.
  • the closure cap of the ejection port yields for a given pressure, releasing the passage and causing ejection of the fluid from the first chamber.
  • This device of the prior art has the advantage of not being subjected to any pressure outside the ejection phase of the fluid. Since it is not under duress, it can remain in this passive mode for years and is therefore frequently used as a fire safety device.
  • the piston forming separation between the two chambers being free to translate, the fluid contained in the first chamber, sealed, is free to expand or to contract with the temperature during this passive phase, causing a movement of the piston in translation during these volume variations.
  • the first chamber is always filled with an almost pure fluid which improves the efficiency of the fight against fire during the ejection phase, when the fluid is, for example, an extinguishing agent.
  • This wear of the sealing elements can affect the reliability of the device.
  • the piston is stationary relative to the reservoir.
  • the sealing elements do not undergo mechanical wear and continuous friction with the tank body.
  • the reservoir can thus be made with a state of internal surface less care, so for a lower cost, without degrading the reliability of the device.
  • the means linking the piston to the reservoir are able to break under the effect of an increase in pressure in the pressurization chamber and are insoluble in the case of an increase in pressure in the chamber containing the fluid to be ejected.
  • the piston can be released only during a fluid ejection phase and can not be detached from the body by an overpressure in the chamber containing the fluid to be ejected.
  • the piston comprises means capable of immobilizing it in translation relative to the reservoir in a direction from the first to the second chamber for an end position corresponding to the so-called dump position.
  • the piston thus immobilized in translation avoids any return of fluid into the reservoir.
  • This arrangement allows in particular to couple in parallel, on the same fluid distribution circuit, several devices of this type, which can be triggered sequentially.
  • the gas escapes from the pressurizing chamber through the orifices of the piston and the emptying orifice, when the piston reaches the end of the stroke, which has the effect of depressurizing the pressurization chamber and purging the flow circuit. fluid distribution.
  • the means for closing the communication orifices between the annular chamber of the piston and the pressurizing chamber are constituted by an expandable elastic ring, so as to open the communication orifices under the effect of the pressure in the pressurizing chamber.
  • the ring is tightened by elastic return on the orifices of the piston, sealingly closing the pressurization chamber and preventing any return of fluid into the reservoir.
  • the device comprises a breakable lid for a defined pressure closing the chamber comprising the fluid to be ejected.
  • the piston being fixed in the passive phase, the volume variations in the first chamber can not be compensated for by the movement of the piston.
  • the first chamber is only partially filled with the fluid and the residual volume is advantageously filled with a compressible neutral gas such as argon, nitrogen or helium.
  • the breakable lid plays a safety role in case of overpressure in the first chamber by putting it in the open air beyond a defined pressure, thus avoiding any risk of tank explosion.
  • the first chamber (11) is partially filled with the fluid to be ejected (110), the volume supplement being filled with a neutral gas so that it always reigns inside the chamber, a pressure greater than the pressure atmospheric.
  • This first chamber communicates with an orifice (13) formed in the end flange (21), which orifice is closed by a breakable lid (30).
  • Means (210) for measuring the pressure in the first chamber make it possible to check its tightness.
  • the second chamber (12), called the pressurization chamber is also closed by a flange (22), which further supports means (40) capable of increasing the pressure in this chamber, in this case a pyrotechnic gas generator (40). ).
  • the end (102) of the skirt of the piston (120) comprises an internal thread and a shoulder (103) of smaller diameter than the diameter of the threaded portion. Said threaded portion is screwed onto a threaded portion (222) of the flange (22) extending into the pressurizing chamber until the shoulder (103) of the skirt comes into contact with said flange.
  • the piston skirt is of reduced thickness (101) between the shoulder and the inner thread (102).
  • the piston comprises sealing means (106, 107) with the interior of the tank and defining an annular chamber (105) between a groove formed in the skirt of the piston and the inner wall of the tank. Openings (108) pass through the bottom of said groove placing the pressurization chamber (12) in communication with the annular chamber (105). When no pressure prevails in the pressurizing chamber these orifices are obstructed by an elastic ring (50). When the pressure increases in the pressurizing chamber (12), the radial expansion of the elastic ring, under the effect of pressure, then communicates the gas contained in the pressurization chamber (12) with the annular chamber ( 105).
  • the inner diameter of the reservoir widens to form a shoulder (121).
  • the enlargement of this diameter breaks the seal between the seal (106) located at the front of the annular chamber (105) so that the orifices (108) of the skirt of the piston being open, because the elastic ring ( 50) is always expanded by the gas pressure, said gas is in communication with the orifice (13).
  • the pressurizing chamber is purged, and if the orifice (13) is in communication with a fluid distribution circuit (110), said circuit is also purged.
  • the pressure drops in the pressurization chamber and the elastic ring (50) returns to its unconstrained shape, closing the orifices (108) of the piston skirt.
  • the present invention achieves the objectives it intended.
  • it makes it possible, in the passive phase, to retain a fluid to be ejected into a reservoir without degrading the sealing means between the body of the reservoir and the means for ejecting the fluid.

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Description

  • L'invention appartient au domaine des dispositifs d'éjection d'un fluide. De tels dispositifs sont plus particulièrement utilisés comme extincteurs, le fluide éjecté étant alors un agent d'extinction sous forme liquide ou pulvérulente.
  • De tels dispositifs sont décrits, par exemple, dans la demande de brevet internationale W02009056574 au nom de la demanderesse.
  • Selon l'art antérieur, de tels dispositifs comprennent :
    • un réservoir de forme cylindrique séparé en deux chambres étanches par un piston mobile axialement ;
    • une première chambre contient le fluide à éjecter, elle communique avec un orifice d'éjection, fermé par un opercule ;
    • une seconde chambre, dite chambre de pressurisation, est raccordée à des moyens permettant d'augmenter la pression dans ladite chambre ;
  • Pour déclencher le dispositif et provoquer l'éjection du fluide contenu dans la première chambre, la pression est augmentée dans la chambre de pressurisation, soit en mettant celle-ci en communication avec un fluide sous pression soit en activant à l'intérieur de celle-ci un générateur de gaz pyrotechnique. L'augmentation de la pression provoque la translation du piston de la seconde chambre vers la première, ce qui augmente la pression dans cette première chambre. L'opercule de fermeture de l'orifice d'éjection cède pour une pression donnée, libérant le passage et provoquant l'éjection du fluide hors de la première chambre.
  • Ce dispositif de l'art antérieur présente l'avantage de n'être soumis à aucune pression en dehors de la phase d'éjection du fluide. N'étant pas sous contrainte il peut rester dans ce mode passif pendant des années et est à ce titre fréquemment utilisé comme dispositif de sécurité incendie. Le piston formant séparation entre les deux chambres étant libre de se translater, le fluide contenu dans la première chambre, étanche, est libre de se dilater ou de se contracter avec la température durant cette phase passive, entraînant un mouvement du piston en translation au cours de ces variations de volume. Ainsi, la première chambre est toujours remplie d'un fluide quasi pur ce qui améliore l'efficacité de la lutte contre l'incendie lors de la phase d'éjection, lorsque le fluide est, par exemple, un agent d'extinction.
  • Cependant, ces mouvements du piston, sous l'effet des variations de volume du fluide contenu dans la première chambre, entraînent une usure des éléments tels que les joints et les membranes qui assurent l'étanchéité entre les deux chambres. Cet effet est plus particulièrement marqué lorsque le fluide contenu dans la première chambre présente un coefficient de dilatation thermique élevé, comme c'est le cas des fluorocétones utilisés pour la lutte contre l'incendie, et que le dispositif d'éjection du fluide est soumis à de fortes amplitudes de variation de la température, comme c'est le cas des dispositifs de lutte contre l'incendie de moteur d'aéronefs.
  • Cette usure des éléments d'étanchéité peut nuire à la fiabilité du dispositif.
  • Afin de résoudre cette insuffisance de l'art antérieur l'invention propose un dispositif d'éjection d'un fluide comprenant :
    • un réservoir de forme cylindrique, séparé perpendiculairement à son axe de manière étanche en deux chambres par un élément, dit piston, apte à coulisser axialement à l'intérieur du réservoir ;
    • une première chambre contenant un fluide non gazeux en communication avec un orifice d'éjection fermé par un opercule, apte à s'ouvrir pour une pression supérieure ou égale à une pression déterminée dans ladite première chambre ;
    • une seconde chambre, dite de pressurisation, apte à être connectée à des moyens pour augmenter la pression dans ladite chambre ;
    • des moyens, liant le piston au réservoir en liaison complète, aptes à se rompre et libérer le piston en translation axiale pour une pression supérieure ou égale à une pression déterminée dans la chambre de pressurisation.
  • Ainsi, en dehors de la phase d'éjection du fluide, le piston est immobile par rapport au réservoir. De ce fait, les éléments d'étanchéité ne subissent pas d'usure mécanique et de frottement continu avec le corps du réservoir. Le réservoir peut ainsi être réalisé avec un état de surface interne moins soigné, donc pour un coût inférieur, sans pour autant dégrader la fiabilité du dispositif.
  • Avantageusement les moyens liant le piston au réservoir sont aptes à se rompre sous l'effet d'une augmentation de pression dans la chambre de pressurisation et sont insécables dans le cas d'une augmentation de pression dans la chambre contenant le fluide à éjecter. Ainsi le piston ne peut être libéré que lors d'une phase d'éjection du fluide et ne peut être désolidarisé du corps par une surpression dans la chambre contenant le fluide à éjecter.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le piston comprend des moyens aptes à l'immobiliser en translation par rapport au réservoir dans un sens allant de la première vers la deuxième chambre pour une position de fin de course correspondant à la position dite de vidage. Ainsi après l'éjection du fluide et le vidage de la première chambre du réservoir, le piston ainsi immobilisé en translation évite tout retour de fluide dans le réservoir. Cette disposition permet notamment de coupler en parallèle, sur un même circuit de distribution du fluide, plusieurs dispositifs de ce type, qui peuvent être déclenchés séquentiellement.
  • Avantageusement, le piston comporte :
    • deux bagues d'étanchéité avec la surface intérieure du réservoir, lesdites bagues étant séparées et disposées axialement de sorte à former une chambre annulaire entre le piston et la face intérieure du réservoir ;
    • des orifices de communication entre ladite chambre annulaire et la chambre de pressurisation ;
    • des moyens d'obturation desdits orifices aptes à s'ouvrir sous l'effet d'une pression déterminée dans la chambre de pressurisation.
    Selon ce mode de réalisation, le dispositif comprend en outre des moyens pour mettre la chambre annulaire du piston en communication avec la chambre contenant le fluide lorsque le piston se trouve dans une position axiale de vidage.
  • Ainsi, le gaz s'échappe de la chambre de pressurisation par les orifices du piston et l'orifice de vidange, lorsque le piston arrive en fin de course, ce qui a pour effet de dépressuriser la chambre de pressurisation et de purger le circuit de distribution du fluide.
  • Avantageusement, les moyens d'obturation des orifices de communication entre la chambre annulaire du piston et la chambre de pressurisation sont constitués par une bague élastique expansible, de sorte à ouvrir les orifices de communication sous l'effet de la pression dans la chambre de pressurisation. Ainsi, lorsque la pression est réduite dans la chambre de pressurisation, la bague se resserre par retour élastique sur les orifices du piston, fermant de manière étanche la chambre de pressurisation et empêchant tout retour de fluide dans le réservoir. Cette disposition est particulièrement avantageuse lorsque plusieurs dispositifs de ce type, pouvant être déclenchés séquentiellement, sont montés sur le même circuit de distribution du fluide.
  • Avantageusement, le dispositif comprend un opercule sécable pour une pression définie obturant la chambre comprenant le fluide à éjecter. Le piston étant fixe en phase passive, les variations de volume dans la première chambre ne peuvent pas être compensées par le déplacement du piston. À cette fin, la première chambre n'est que partiellement remplie par le fluide et le volume résiduel est avantageusement rempli par un gaz neutre compressible tel que de l'argon, de l'azote ou de l'hélium. L'opercule sécable joue un rôle de sécurité en cas de surpression dans la première chambre en mettant celle-ci à l'air libre au-delà d'une pression définie, évitant ainsi tout risque d'explosion du réservoir.
  • L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 à 3, dans lesquelles :
    • la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale et en perspective d'un exemple de réalisation du dispositif de l'invention en phase passive ;
    • la figure 2 est une vue en coupe longitudinale et en perspective du dispositif selon un exemple de réalisation après déclenchement dudit dispositif lorsque le piston arrive en position axiale dite de vidage ;
    • et la figure 3 représente une vue de détail en coupe et en perspective du piston en position axiale de vidage.
  • Figure 1, selon un exemple de réalisation le dispositif d'éjection d'un fluide objet de l'invention comprend un corps (1) de forme cylindrique, séparé en deux chambres (11,12) par un piston (10) et fermé en ses extrémités par deux flasques (21,22). La première chambre (11) est partiellement remplie par le fluide à éjecter (110), le complément de volume étant rempli d'un gaz neutre de sorte qu'il règne toujours à l'intérieur de la chambre, une pression supérieure à la pression atmosphérique. Cette première chambre communique avec un orifice (13) pratiqué dans le flasque (21) d'extrémité, lequel orifice est fermé par un opercule sécable (30). Des moyens de mesure (210) de la pression dans la première chambre permettent de vérifier son étanchéité. La seconde chambre (12), dite de pressurisation, est également fermée par un flasque (22), lequel supporte en outre des moyens (40) aptes à augmenter la pression dans cette chambre, en l'occurrence un générateur de gaz pyrotechnique (40).
  • Figure 1 détail Z, l'extrémité (102) de la jupe du piston (120) comprend un filetage intérieur et un épaulement (103) de diamètre inférieur au diamètre de la partie filetée. Ladite partie filetée se visse sur une partie filetée (222) du flasque (22) s'étendant dans la chambre de pressurisation jusqu'à ce que l'épaulement (103) de la jupe vienne en contact avec ledit flasque. La jupe du piston est d'épaisseur réduite (101) entre l'épaulement et le filetage intérieur (102). Lorsque la réaction pyrotechnique est déclenchée dans le générateur de gaz (40) la pression monte dans la chambre de pressurisation (12) et le flux d'effort appliqué au piston (10) passe par cette zone de section réduite (101) qui est alors sollicitée en traction. Au-delà d'un effort critique déterminé par l'épaisseur de cette zone, celle-ci cède et libère le piston (10). En revanche si la pression monte dans le fluide (110) contenu dans la première chambre (11), le flux d'effort auquel est soumis le piston (10) passe par l'épaulement (103) et est transmis au flasque (22) sans passer par la zone de section réduite (101) qui n'est pas sollicitée.
  • Le piston comprend des moyens d'étanchéité (106, 107) avec l'intérieur du réservoir et délimitant une chambre annulaire (105) entre une gorge pratiquée dans la jupe du piston et la paroi interne du réservoir. Des orifices débouchant (108) traversent le fond de ladite gorge mettant en communication la chambre de pressurisation (12) avec la chambre annulaire (105). Lorsqu'aucune pression ne règne dans la chambre de pressurisation ces orifices sont obstrués par une bague élastique (50). Lorsque la pression augmente dans la chambre de pressurisation (12), l'expansion radiale de la bague élastique, sous l'effet de la pression, met alors en communication le gaz contenu dans la chambre de pressurisation (12) avec la chambre annulaire (105).
  • Figure 2, sous l'effet de la montée de pression engendrée dans la chambre de pressurisation (12), suite au déclenchement de la réaction pyrotechnique dans le générateur de gaz (40), la section réduite (101) du piston cède, libérant celui-ci qui, se translatant axialement dans le réservoir, fait monter la pression dans le fluide (110) contenu dans la première chambre (11). Lorsque la pression atteint un seuil défini, l'opercule sécable (30) cède à son tour, désobstruant l'orifice (13) du flasque d'extrémité (22) et autorisant ainsi l'éjection du fluide (110) par cet orifice. Le piston, continue de se translater sous l'effet de la pression du gaz, chassant ainsi tout le fluide (110) contenu dans le réservoir. Au-delà d'une position axiale du piston, dite position de vidage, le diamètre interne du réservoir s'élargit pour former un épaulement (121). L'élargissement de ce diamètre casse l'étanchéité entre le joint (106) situé à l'avant de la chambre annulaire (105) de sorte que, les orifices (108) de la jupe du piston étant ouverts, car la bague élastique (50) est toujours expansée par la pression du gaz, le dit gaz est en communication avec l'orifice (13). Ainsi la chambre de pressurisation est purgée, et, si l'orifice (13) est en communication avec un circuit de distribution du fluide (110), ledit circuit est également purgé. Le gaz s'évacuant, la pression baisse dans la chambre de pressurisation et la bague élastique (50) reprend sa forme non contrainte, obturant les orifices (108) de la jupe du piston.
  • Figure 3, dans cette position, un jonc élastique (109) placé sur la jupe du piston arrive face à l'épaulement (121) pratiqué à l'extrémité du corps du réservoir (1). L'expansion radiale dudit jonc sous l'effet de son élasticité empêche tout retour en arrière du piston (10). Ainsi, en fin de vidange, le piston (10) empêche toute introduction de gaz ou de fluide dans le réservoir vidé.
  • La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle visait. En particulier, elle permet de conserve, en phase passive, e un fluide à éjecter dans un réservoir sans dégrader les moyens d'étanchéité entre le corps du réservoir et les moyens d'éjection du fluide.

Claims (7)

  1. Dispositif d'éjection d'un fluide comprenant:
    - un réservoir (1) de forme cylindrique, séparé perpendiculairement à son axe de manière étanche en deux chambres (11,12) par un élément, dit piston (10), apte à coulisser axialement à l'intérieur du réservoir ;
    - une première chambre (11) contenant un fluide non gazeux (110) en communication avec un orifice d'éjection (13) fermé par un opercule (30) apte à s'ouvrir pour une pression supérieure ou égale à une pression déterminée dans ladite première chambre ;
    - une seconde chambre (12) dite de pressurisation apte à être connectée à des moyens (40) pour augmenter la pression dans ladite chambre, caractérisé en ce qu'il comprend
    des moyens (101) liant le piston au réservoir en liaison complète dans une première position axiale dite de stockage, lesquels moyens sont aptes à se rompre et libérer le piston en translation axiale pour une pression supérieure ou égale à une pression déterminée dans la chambre de pressurisation (12), de sorte à provoquer l'éjection du fluide (110).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens liant le piston au réservoir (101) dans la position de stockage sont aptes à se rompre sous l'effet d'une pression déterminée dans a chambre de pressurisation (12) et sont insécables quelle que soit la pression dans la chambre (11) contenant le fluide.
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (10) comprend des moyens (109) aptes à l'immobiliser en translation par rapport au réservoir dans un sens allant de la première vers la deuxième chambre pour une seconde position dite de vidage.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que :
    - le piston comporte deux zones d'étanchéité (106,107) avec la surface intérieure du réservoir, lesdites zones étant séparées et disposées axialement de sorte à former une chambre annulaire (105) entre le piston et la face intérieure du réservoir ;
    - des orifices (108) de communication entre ladite chambre annulaire (105) et la chambre de pressurisation (12) ;
    - des moyens d'obturation (50) desdits orifices aptes à s'ouvrir sous l'effet d'une pression déterminée dans la chambre de pressurisation
    - il comprend des moyens pour mettre la chambre annulaire (105) du piston en communication avec la chambre (11) contenant le fluide lorsque le piston se trouve dans la position axiale de vidage.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'obturation des orifices (108) sont constitués par une bague élastique (50) expansible sous l'effet de la pression dans la chambre de pressurisation de sorte à ouvrir lesdits orifices.
  6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un opercule sécable (30) pour une pression définie obturant la chambre comprenant le fluide à éjecter.
  7. Nacelle de moteur d'aéronef caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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