FR3138492A1 - Réservoir de gaz inflammable sous pression - Google Patents

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Faurecia Systemes dEchappement SAS
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Abstract

Réservoir de gaz inflammable sous pression L’invention concerne un réservoir (1) de gaz inflammable sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant au moins une bouteille primaire (2) de gaz inflammable sous pression, ladite au moins une bouteille primaire (2) étant individuellement équipée d’un dispositif de sécurité (4) apte à automatiquement libérer le gaz inflammable contenu dans ladite au moins une bouteille primaire (2) vers l’air libre en cas de détection d’une situation de surchauffe de l’au moins une bouteille primaire (2), où le réservoir (1) comprend encore au moins une bouteille secondaire (3) de gaz extincteur sous pression en connexion fluidique avec chaque dispositif de sécurité (4), un dispositif de sécurité (4) étant conformé pour libérer du gaz extincteur simultanément avec une libération de gaz inflammable. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Réservoir de gaz inflammable sous pression
L’invention concerne un réservoir de gaz inflammable sous pression, tel de l’hydrogène, préférentiellement un réservoir de type système de stockage de gaz (ou « Gas Storage System » en anglais, s’abbréviant GSS).
Un tel réservoir est, de manière connue, équipé d’au moins un dispositif de sécurité apte à libérer le gaz inflammable hors du réservoir, à l’air libre, en cas de détection d’une surchauffe. En effet, sous l’effet d’une surchauffe à proximité du réservoir, une surpression se produit et il est possible de créer une explosion, très dangereuse. Cependant, une libération de gaz inflammable reste dangereuse en ce que le gaz inflammable libéré peut alimenter un potentiel incendie, cause probable de la surchauffe.
Aussi, il est recherché une approche pour accompagner la libération du gaz inflammable, en le rendant non ou moins dangereuse, et en l’empêchant d’être apte à alimenter un incendie.
Pour cela, l’invention a pour objet un réservoir de gaz inflammable sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant au moins une bouteille primaire de gaz inflammable sous pression, ladite au moins une bouteille primaire étant individuellement équipée d’un dispositif de sécurité apte à automatiquement libérer le gaz inflammable contenu dans ladite au moins une bouteille primaire vers l’air libre en cas de détection d’une situation de surchauffe de l’au moins une bouteille primaire, où le réservoir comprend encore au moins une bouteille secondaire de gaz extincteur sous pression en connexion fluidique avec chaque dispositif de sécurité, un dispositif de sécurité étant conformé pour libérer du gaz extincteur simultanément avec une libération de gaz inflammable.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- un dispositif de sécurité est conformé pour libérer un volume de gaz extincteur supérieur au volume de gaz inflammable libéré,
- un dispositif de sécurité est conformé pour que le ratio du volume de gaz extincteur au volume cumulé de gaz inflammable et de gaz extincteur soit inférieur à 8 %, préférentiellement inférieur à 4%,
- le ratio du volume de gaz extincteur au volume cumulé de gaz inflammable et de gaz extincteur est déterminé par les sections respectives des canalisations d’amenée de gaz extincteur et de gaz inflammable,
- le réservoir comprend une unique bouteille secondaire,
- le gaz extincteur est un gaz inerte, tel que : azote, argon, hélium,
- un dispositif de sécurité est apte à mélanger gaz inflammable et gaz extincteur avant de les libérer,
- un dispositif de sécurité comprend un élément détecteur apte à détecter une surchauffe d’une bouteille primaire et un élément libérateur présentant une position fermée par défaut dans laquelle il obture les canalisations de gaz inflammable et de gaz extincteur et une position ouverte dans laquelle il libère les canalisations de gaz inflammable et de gaz extincteur, le passage en position ouverte étant commandé par l’élément détecteur,
- l’élément détecteur est confondu avec l’élément libérateur et comprend un élément fusible obturant les canalisations de gaz et se désagrégeant à la chaleur de manière à libérer les canalisations de gaz inflammable et de gaz extincteur,
- l’élément détecteur est distinct de l’élément libérateur et est apte à commander l’élément libérateur en cas de détection d’une surchauffe et l’élément libérateur comprend au moins une vanne disposée en travers des canalisations de gaz inflammable et de gaz extincteur, ladite au moins une vanne étant fermée par défaut.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
La montre, en vue schématique, un réservoir, ici un GSS,
La montre, en vue schématique, le fonctionnement en cas de surchauffe,
La montre, un dispositif de sécurité, selon un premier mode de réalisation,
La montre, un dispositif de sécurité, selon un deuxième mode de réalisation,
La montre, un dispositif de sécurité, selon un troisième mode de réalisation.
L’invention concerne un réservoir 1 de gaz inflammable sous pression. Un tel réservoir 1 comprend par exemple de l’hydrogène. Il peut, par exemple, être destiné à être embarqué sur un véhicule, l’hydrogène étant le carburant.
Un tel réservoir 1 comprend au moins une bouteille primaire 2 de gaz inflammable sous pression. Le réservoir 1 peut comprendre une unique bouteille 2 de gaz inflammable. Préférentiellement, tel qu’illustré à la , le réservoir 1 est un réservoir 1 de type GSS. Un réservoir 1 de type GSS est un réservoir 1 comprenant une pluralité de bouteilles primaires 2. Ces bouteilles primaires 2 sont généralement interconnectées fluidiquement de manière à répartir le volume et la pression de gaz stocké équitablement entre toutes les bouteilles primaires 2, disposées parallèlement les unes aux autres. Une connectique en rail permet typiquement une telle interconnexion. Le réservoir 1 GSS occupe alors sensiblement le volume d’un parallélépipède.
En cas de surchauffe d’au moins une bouteille primaire 2, la pression à l’intérieur de ladite bouteille primaire 2, augmente. Si la surchauffe se poursuit et qu’aucune mesure n’est prise, il existe un risque d’explosion de la bouteille primaire 2 surchauffée. Cette explosion est un événement critique que l’on cherche à éviter. Pour cela, chaque bouteille primaire 2 est individuellement équipée d’un dispositif de sécurité 4. Un tel dispositif de sécurité 4, est, de manière connue, apte à automatiquement libérer le gaz inflammable contenu dans la bouteille primaire 2 de manière à le laisser échapper vers l’air libre. Une canalisation 9 conduit le gaz inflammable de la bouteille primaire 2 au dispositif de sécurité 4. Une canalisation de libération 10, en sortie de chaque dispositif de sécurité 4, permet l’échappement du gaz depuis le dispositif de sécurité 4 vers l’air libre.
Une telle libération évite l’événement le plus critique : l’explosion de la bouteille primaire 2. Cependant, cette libération répand le contenu de la bouteille primaire 2, à savoir un gaz inflammable, dans l’environnement. Or, si la bouteille primaire 2 s’est échauffée, c’est qu’il existe un point chaud, voire une flamme vive, à proximité de la bouteille primaire 2. Aussi, le gaz inflammable risque désavantageusement de venir alimenter un incendie déjà initié ou même de venir s’enflammer au contact du point chaud. Aussi, cette libération résout un problème critique, mais crée un problème secondaire, à peine moins grave.
L’invention se propose de réaliser une libération du gaz inflammable en cas de surchauffe ou surpression qui ne pose pas le problème de risquer une possible inflammation du gaz libéré.
Selon une caractéristique, le réservoir 1 comprend encore au moins une bouteille secondaire 3 de gaz extincteur. Ce gaz extincteur est stocké sous pression dans ladite au moins une bouteille secondaire 3. Dans le cas d’un GSS, ladite au moins une bouteille secondaire 3 prend avantageusement la place d’au moins autant de bouteilles primaires 2. Elle n’est cependant pas connectée au rail de connexion des bouteilles primaires 2.
De plus, ladite au moins une bouteille secondaire 3 est en connexion fluidique, via au moins une canalisation 8, avec l’entrée de chacun des dispositifs de sécurité 4. Un dispositif de sécurité 4 est conformé pour libérer du gaz extincteur simultanément avec une libération de gaz inflammable, à savoir en cas de détection d’une situation de surchauffe de la bouteille primaire 2.
La illustre une telle libération. Une surchauffe est détectée sur la bouteille primaire 2 la plus à gauche de la figure. Aussi, son dispositif de sécurité 4 se déclenche et réalise une libération de gaz inflammable depuis la bouteille primaire 2, via la canalisation 9, complète avec un gaz extincteur en provenance de la bouteille secondaire 3, via la canalisation 8 et libère les deux gaz, inflammable et extincteur, à l’air libre, via la canalisation de libération 10. Les flèches noires représentent les circulations de gaz inflammable, tandis que les flèches blanches représentent les circulations de gaz extincteur.
Ici, il est supposé qu’une seule bouteille primaire 2 est en surchauffe. Le processus de libération, indépendant pour chaque bouteille primaire 2, du fait de l’indépendance de chaque dispositif de sécurité 4, s’appliquerait de manière analogue pour chaque bouteille primaire 2 en surchauffe. Du fait de la distribution commune de gaz extincteur, ce dernier se répartirait entre tous les dispositifs de sécurité 4, en tant que de besoin.
Selon une autre caractéristique, un dispositif de sécurité 4 est conformé pour libérer un volume de gaz extincteur supérieur au volume de gaz inflammable libéré. Ceci est, a minima, nécessaire pour garantir et pour respecter des conditions de non auto-explosion ou de non auto-allumage du gaz inflammable.
Selon une autre caractéristique, un dispositif de sécurité 4 est conformé pour que le ratio du volume de gaz extincteur au volume cumulé de gaz inflammable et de gaz extincteur soit inférieur à 8 %, préférentiellement inférieur à 4%. Soit, VEX/(VEX+VIN) < 8%, respectivement 4%, avec VEXle volume de gaz extincteur et VINle volume de gaz inflammable.
Selon une autre caractéristique, le ratio du volume de gaz extincteur au volume cumulé de gaz inflammable et de gaz extincteur est déterminé par les sections respectives des canalisations d’amenée de gaz extincteur et de gaz inflammable. Ainsi, si le volume de gaz inflammable doit être moitié du volume de gaz extincteur, la canalisation d’amenée 9 de gaz inflammable est conformée de manière à présenter une section moitié de la section de la canalisation d’amenée 8 de gaz extincteur.
Dans le cas d’un GSS, le réservoir 1 comprend un nombre de bouteilles primaires 2 connectées sur un rail de connexion. Le nombre de bouteilles secondaires 3 peut être quelconque. Plus il est important, plus la sécurité augmente, en ce qu’il est possible de sécuriser le réservoir 1 plus longtemps : le gaz extincteur pouvant accompagner plus longtemps une libération de gaz inflammable et/ou il est possible de sécuriser le réservoir 1 de manière plus importante : le débit de gaz extincteur libéré augmentant aussi avec le nombre de bouteilles primaires 2 en surchauffe. A contrario, le fait de dédier une bouteille secondaire 3 au stockage de gaz extincteur réduit d’autant la capacité de stockage utile, à savoir la capacité de stockage de gaz inflammable. Aussi, un compromis est à trouver entre la capacité de stockage utile et la sécurité.
Selon une autre caractéristique, privilégiant la capacité utile, le réservoir 1 comprend une unique bouteille secondaire 3.
Le gaz extincteur peut être tout produit, solide, liquide ou gazeux, limitant ou retardant une combustion. Selon une autre caractéristique, le gaz extincteur est un gaz inerte, tel que : azote, argon, hélium.
Il a été décrit que le gaz extincteur était libéré en même temps que le gaz inflammable, lorsqu’une surchauffe est détectée. Afin de mieux limiter les risques d’inflammation du gaz inflammable libéré, il est avantageux que le gaz inflammable soit libéré mélangé avec le gaz extincteur. Aussi, selon une autre caractéristique, un dispositif de sécurité 4 est apte à mélanger gaz inflammable et gaz extincteur avant de les libérer. Ceci est illustré plus loin, en relation avec les figures 3-5, avec trois modes de réalisation d’un dispositif de sécurité 4.
De manière générale, un dispositif de sécurité 4 comprend un élément détecteur 5 et un élément libérateur 6. L’élément détecteur 5 est apte à détecter une surchauffe de sa bouteille primaire 2. L’élément libérateur 6 comprend une position fermée dans laquelle il obture les canalisations de gaz et une position ouverte dans laquelle il libère les canalisations de gaz. La position fermée est la position initiale et la position par défaut. L’élément détecteur 5, lorsqu’il détecte une surchauffe, commande à l’élément libérateur 6 de passer en position ouverte.
Selon un premier mode de réalisation, plus particulièrement illustré à la , l’élément détecteur 5 est confondu avec l’élément libérateur 6. Le dispositif de sécurité 4 comprend dans ce cas uniquement un élément fusible 7. Cet élément fusible 7 obture initialement les deux canalisations de gaz en entrée : la canalisation 9 de gaz inflammable et la canalisation 8 de gaz extincteur. Il assure alors ainsi la fonction de l’élément libérateur 6 en position fermée. L’élément fusible 7 assure aussi la fonction de l’élément détecteur 5 en ce que, lors d’une surchauffe, sa constitution est telle que l’élément fusible se désagrège. Ce faisant, il assure alors la fonction de l’élément libérateur 6 en position ouverte, libérant le passage pour les gaz, qui, sous pression, circulent alors vers la canalisation de libération 10. Cette canalisation 10 assure encore le rôle d’une chambre de mélange des deux gaz, inflammable et extincteur, avant leur libération.
Selon un autre mode de réalisation, plus particulièrement illustré à la , l’élément détecteur 5 est distinct de l’élément libérateur 6. Dans ce cas, l’élément détecteur 5 est apte à commander l’élément libérateur 6 en cas de détection d’une surchauffe. Dans ce cas l’élément libérateur 6 peut, par exemple, comprendre une vanne 11 disposée simultanément en travers des canalisations de gaz 8, 9. Cette vanne 11, est initialement fermée et est fermée par défaut. L’élément détecteur 5, en cas de surchauffe, est apte à commander l’ouverture de la vanne 11.
Cet autre mode de réalisation, permet avantageusement de déporter la détection en un point différent du dispositif de sécurité 4, par exemple l’autre extrémité de la bouteille primaire 2. Ceci est par exemple illustré à la , pour la bouteille primaire 2 la plus à droite, avec un élément détecteur 5 disposé à l’extrémité de la bouteille primaire 2 opposée à celle accueillant son dispositif de sécurité 4.
La , illustre une variante du mode de réalisation de la . Dans le dispositif de sécurité 4 de la , une unique vanne 11 obture simultanément la canalisation 8 de gaz extincteur et la canalisation 9 de gaz inflammable. Alternativement, dans le dispositif de sécurité 4 de la , la vanne unique 11 est remplacée par une vanne 12 obturant la canalisation 9 de gaz inflammable et par une vanne 13 obturant la canalisation 8 de gaz extincteur. Le fonctionnement est identique à celui décrit pour le dispositif de sécurité 4 de la . Les deux vannes 12-13 sont initialement fermées et sont fermées par défaut. L’élément détecteur 5, en cas de surchauffe, est apte à commander l’ouverture simultanée de la vanne 12 et de la vanne 13.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

Claims (10)

  1. Réservoir (1) de gaz inflammable sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant au moins une bouteille primaire (2) de gaz inflammable sous pression, ladite au moins une bouteille primaire (2) étant individuellement équipée d’un dispositif de sécurité (4) apte à automatiquement libérer le gaz inflammable contenu dans ladite au moins une bouteille primaire (2) vers l’air libre en cas de détection d’une situation de surchauffe de l’au moins une bouteille primaire (2),caractérisé en ce quele réservoir (1) comprend encore au moins une bouteille secondaire (3) de gaz extincteur sous pression, en connexion fluidique avec chaque dispositif de sécurité (4), un dispositif de sécurité (4) étant conformé pour libérer du gaz extincteur simultanément avec une libération de gaz inflammable.
  2. Réservoir (1) selon la revendication 1, où un dispositif de sécurité (4) est conformé pour libérer un volume de gaz extincteur supérieur au volume de gaz inflammable libéré.
  3. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, où un dispositif de sécurité (4) est conformé pour que le ratio du volume de gaz extincteur au volume cumulé de gaz inflammable et de gaz extincteur soit inférieur à 8 %, préférentiellement inférieur à 4%.
  4. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où le ratio du volume de gaz extincteur au volume cumulé de gaz inflammable et de gaz extincteur est déterminé par les sections respectives des canalisations (8, 9) d’amenée de gaz extincteur et de gaz inflammable.
  5. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une unique bouteille secondaire (3).
  6. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où le gaz extincteur est un gaz inerte, tel que : azote, argon, hélium.
  7. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, où un dispositif de sécurité (4) est apte à mélanger gaz inflammable et gaz extincteur, avant de les libérer.
  8. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, où un dispositif de sécurité (4) comprend un élément détecteur (5) apte à détecter une surchauffe d’une bouteille primaire (2) et un élément libérateur (6) présentant une position fermée par défaut dans laquelle il obture les canalisations de gaz inflammable et de gaz extincteur et une position ouverte dans laquelle il libère les canalisations de gaz inflammable et de gaz extincteur, le passage en position ouverte étant commandé par l’élément détecteur (5).
  9. Réservoir (1) selon la revendication 8, où l’élément détecteur (5) est confondu avec l’élément libérateur (6) et comprend un élément fusible (7) obturant les canalisations de gaz et se désagrégeant à la chaleur de manière à libérer les canalisations de gaz inflammable et de gaz extincteur.
  10. Réservoir (1) selon la revendication 8, où l’élément détecteur (5) est distinct de l’élément libérateur (6) et est apte à commander l’élément libérateur (6) en cas de détection d’une surchauffe et où l’élément libérateur (6) comprend au moins une vanne (11-13) disposée en travers des canalisations (8, 9) de gaz inflammable et de gaz extincteur, ladite au moins une vanne (11-13) étant fermée par défaut.
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JP2011117543A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Toyota Motor Corp 高圧ガス容器の安全弁装置
WO2020242428A1 (fr) * 2019-05-29 2020-12-03 Леонид Нисонович КОНТОРОВИЧ Système de prévention d'explosion et d'incendie dans des équipements électriques haute tension

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