WO2025012005A1 - Structure souple gonflable optimisée - Google Patents

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WO2025012005A1
WO2025012005A1 PCT/EP2024/068483 EP2024068483W WO2025012005A1 WO 2025012005 A1 WO2025012005 A1 WO 2025012005A1 EP 2024068483 W EP2024068483 W EP 2024068483W WO 2025012005 A1 WO2025012005 A1 WO 2025012005A1
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WO
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drain
sealed chamber
inflation fluid
inflatable structure
pressure
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PCT/EP2024/068483
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Inventor
Jean-François LHOSPITALIER
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C27/00—Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas
    • A47C27/08—Fluid mattresses
    • A47C27/081—Fluid mattresses of pneumatic type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C27/00—Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas
    • A47C27/08—Fluid mattresses
    • A47C27/088—Fluid mattresses incorporating elastic bodies, e.g. foam
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure
    • E04H2015/201—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure with inflatable tubular framework, with or without tent cover

Definitions

  • the present invention relates to the field of inflatable objects or structures, more particularly of the type comprising at least one inflatable tube, such as buoys, mattresses, tubes and more particularly large inflatable structures, parts of the framework of enclosures, shelters or tents when covered with a canvas, or comprising one or more inflatable tubes used in the manufacture of furniture or floating objects.
  • at least one inflatable tube such as buoys, mattresses, tubes and more particularly large inflatable structures, parts of the framework of enclosures, shelters or tents when covered with a canvas, or comprising one or more inflatable tubes used in the manufacture of furniture or floating objects.
  • inflatable structures comprising a frame comprising airtight inflatable tubes or, more generally, without any implied shape, airtight inflatable chambers most often contained in a structural envelope comprising a reinforcing fabric or merging with the structural envelope in the case of fabrics made airtight by impregnation of a airtight matrix.
  • the inflatable chambers are most often provided with inflation valves which are a form of access but not necessarily or only, the structure being able to be maintained under pressure by being connected to a pump regulating a nominal pressure or operating pressure proposed by the manufacturer of the structure, for example through a connection tube, the pump compensating for any losses of inflation fluid due to any imperfections in the sealing. After inflation, the airtight chambers ensure the shape and stiffening of the structure.
  • Some of these structures are self-supporting (FR2980341_Bl, FR3044958Al), once inflated they maintain their shape and support covers or doors, in the case of enclosures or shelters, or they support trays or other furniture elements, in the case of furniture, such as tables or inflatable seats.
  • These structures may include inflatable or non-inflatable appendages, fabrics, ropes, a whole set of various elements that can interact with the structure and the inflatable chamber(s) and tie knots around a portion of the sealed chamber preventing easy inflation and deflation. Furthermore, even for simple tubes, it is possible to have uses including interactions with objects placed on the middle of the tube when deflated, preventing the inflation of a portion of the tube, access to the sealed chamber of the fluid being, for a portion of the tube prevented by the object exerting pressure, the object applying pressure which can also be an inflatable structure, and in the same way, for deflation.
  • one of the common problems with inflatable appendages is that during deployment of the structure or storage of the structure, the appendage twists by making several turns on itself at a point of flexibility.
  • these twists can create sub-chambers that are sealed against the rest of the inflatable structure and require human intervention on a structure that has not finished inflating and is therefore potentially unstable and on which it is therefore difficult to intervene.
  • the inventors set themselves the objective of solving these problems inherent in flexible inflatable structures which, during their use, inflation or deflation, can create sub-cavities which are sealed against the inflation fluid, the inflation fluid then no longer being able to circulate between said sub-cavity and the rest of the structure, including preventing total or partial inflation or deflation of the structure.
  • an inflatable structure comprising:
  • At least one flexible inflatable sealed chamber capable of being filled with an inflation fluid at a nominal pressure P, via at least one access to the sealed chamber, the chamber having in its inflated state a section of smaller length Le,
  • the drain being permeable to the inflation fluid and capable of maintaining the circulation of the inflation fluid between the two ends As and Bs of the sealed chamber, when a pressure greater than the nominal pressure P is applied to at least part of the structure such that the inflation fluid is prevented from circulating between the ends As and Bs of the sealed chamber except by the drain.
  • the invention therefore consists in providing a drain making it possible to continue to supply all or part of the sealed chamber located between the ends of the drain As and Bs, even if any object applies a pressure between the ends of the drain As and Bs on all or part of the structure including the drain, pressure higher than the nominal pressure, preventing the circulation of the inflation fluid between the ends As and Bs of the drain in the inflation chamber outside the drain.
  • the drain remains permeable to the inflation fluid even when compressed to a pressure higher than the nominal or use pressure.
  • the drain remains permeable to the inflation fluid even when compressed to a pressure equal to the burst pressure of the inflatable structure.
  • the invention can be used in a wide range of pressures and for many uses, it is therefore difficult to quantify a priori the pressure resistance that the drain must have, this resistance is more linked to the objects likely to apply the pressure preventing the circulation of the inflation fluid in the structure except in the drain than to the operating pressure.
  • the drain must remain permeable to the inflation fluid even compressed to a pressure equal to the burst pressure of the inflatable structure, beyond this pressure, the structure will suffer a breakdown, either by loss of its sealing or by rupture of any reinforcing elements that it includes.
  • a drain is a passive device allowing the flow of a fluid or a gas from one point to another, being passive it does not have any mechanical means within it to trigger, block or accelerate the flow.
  • This invention solves a large part of the problems for inflating appendages that tend to twist on themselves for inflatable structures. To do this, it is sufficient to place a drain on either side of the place where the twist occurs, which is most often the same. If the twist risks being positioned at any point in the chamber, it is sufficient to place the drain over the entire length of the sealed chamber from the access to the chamber to the point of the chamber furthest from it. In fact, the drain makes it possible to double the torque applied by the inflation fluid to the twist. Indeed, certain structures that tend to twist untwist themselves under the effect of inflation when the torque exerted on the inflatable structure by the inflation fluid is greater than the resistive torque that keeps the sealed chamber in the twisted position.
  • this torque is related to the mass of a part of the structure, in this case, or in the cases of a fold which can also prevent the circulation of the inflation fluid between the ends of the drain, the object applying a pressure higher than the nominal pressure is the sealed chamber itself, or the inflatable structure.
  • this torque is not sufficient, it is possible, to increase the torque, to increase the pressure at the risk of damaging the sealed chamber, or to multiply the torque by two by using a drain according to the invention without increasing the pressure and therefore without any risk for the chamber.
  • the sealed chamber being empty, certain points of the wall of the chamber in contact with the inflation fluid, which in the inflated state, are distant from each other by a non-zero distance, can be in contact in the deflated state.
  • the sealed chamber consists essentially of a membrane, single layer or multilayer, excluding drain, whose bending rigidity is negligible compared to its tensile rigidity, by negligible, we mean by negligible at least 100 times lower.
  • the invention also allows a structure to deploy completely even if objects come to put pressure on the chamber to obstruct part of it, voluntarily or not. This can be of interest in certain particular configurations.
  • the drain extends along a mean curve, or neutral line, between its ends As and Bs. Perpendicular to this curve, it is possible to define a section S of the drain which can be in its state at atmospheric pressure circumscribed in a rectangle of smaller area, which rectangle having a length and a width. The length of this rectangle is the greatest length Ld of the section of the drain, its width the smallest length of the section of the drain. The same is true for the sealed chamber to define the smallest length Le of the section of the sealed chamber. If the sealed chamber or the drain have variable sections, the lengths of the sections will be measured on the parts which maximize the surface area of the section of the sealed chamber or the drain.
  • the drain or the structure have sections where respectively the greatest length Ld and the smallest length Le are clearly defined by their geometric shapes, these values will be taken without any difficulty.
  • the smallest length is equal to the greatest length, we will take one or the other because they are the same. For example, a square being a rectangle where the length is equal to the width, this does not prevent the use of the words length and width.
  • the sealed chamber comprises a flexible, sealed material such as polyvinyl chloride plastic film, rubber such as butyl or any other material known to make reinforced or non-reinforced sealed chambers.
  • the invention is more particularly dedicated to inflatable structures with air or neutral gas such as nitrogen but it can be used for any inflatable structure with an inflation fluid for which the sealed chamber is suitable.
  • a force displacement curve measurement will be adapted over a significant length of the drain by applying the force perpendicular to the normal vector to the drain section.
  • the person skilled in the art will know either to use existing standards such as the ASTDM D3574 standard for foams, or to generalize their principles.
  • the drain is not necessarily of constant section but for ease of realization, it is interesting that the drain section is constant. In the case of a non-constant section, several measurements can be made if necessary.
  • the drain is a three-dimensional fabric, called 3D fabric, or a foam, or a pipe, plastic, rubber, reinforced or not, opening or multi-perforated, namely with a multitude of perforations allowing the circulation of the inflation fluid at all points of the sealed chamber between the ends of the drain while maintaining compression rigidity.
  • 3D fabric a three-dimensional fabric
  • foam a foam
  • pipe plastic, rubber, reinforced or not
  • opening or multi-perforated namely with a multitude of perforations allowing the circulation of the inflation fluid at all points of the sealed chamber between the ends of the drain while maintaining compression rigidity.
  • the drain always allows the circulation of the inflation fluid between the ends of the drain or, if necessary, between all the points located between the ends of the drain.
  • the advantage of these solutions, in particular 3D fabrics, is that in certain uses, even at pressure levels much higher than the nominal inflation pressure, these fabrics become rigid in compression while remaining porous to the inflation fluid, in particular an inert gas.
  • a 3D fabric is a fabric comprising at least two superimposed woven layers comprising a plurality of wefts and warps, the different wefts and warps creating a fabric with a thickness, either for example, such that two superimposed fabrics of low thickness are linked by one or more threads thus creating thickness, or for example such that the wefts and warps pass from one superimposed layer to the other (US6103641A1, EP3545124B1).
  • the drain is at least adherent to the sealed chamber at its ends in order to perform its function.
  • This adhesion can be done by any physical means. known, seams, glue, thermal or chemical welding, laser, etc.
  • a preferred solution to prevent the movement of the drain between its two ends from creating stresses at the points where the drain joins the sealed chamber is for it to adhere to the inflatable structure or to the sealed chamber at at least one point between the two ends As and Bs of the drain, preferably at numerous regularly spaced points whose distance is at most equal to 20 cm, preferably continuously between the ends As and Bs.
  • volume of the drain represents at most 10% of the volume of the volume of the inflatable structure in its inflated state at the nominal pressure, the drain not having to significantly increase the volume of the structure in particular in its deflated state.
  • the drain has a thickness at atmospheric pressure at most equal to 5 cm, preferably 2 cm.
  • This solution was used for an inflatable structure composed of several 10 m long tubes, substantially cylindrical with a diameter of approximately 45 cm in the inflated state with acceptable operation.
  • one of the ends As or Bs of the drain is at a distance at most equal to 10 cm from an access to the at least one sealed chamber. This option allows for circulation of the fluid in the entire sealed chamber where the drain is located regardless of the folding state of the sealed chamber. This can allow automatic inflation in certain cases, even if folds or twists in certain sealed chambers assembled in series prevent air from circulating in the structure.
  • the drain being connected to an access of the sealed chamber, allows a vacuum pump to remove the inflation fluid in all the parts of the sealed chamber in which it is present, without human intervention, whatever the deflation dynamics of the structure even if the latter tends to make folds or twists, preventing, in the absence of the drain, the emptying of all the inflation fluid from the sealed chamber.
  • the inflatable structure may comprise reinforcing elements, preferably textile reinforcing elements.
  • the inflatable structure may be a membrane comprising textile reinforcements coated in a polymer matrix ensuring the cohesion of the reinforcements and the sealing.
  • the inflatable structure may also be composed of superposition of layers, preferably from the inside to the outside of the structure, a polymeric sealing layer, reinforcing layers absorbing the pressure forces.
  • the reinforcements are preferably natural textile fibers or synthetic to maintain the flexibility of the structure in the deflated state while giving it rigidity in the inflated state, particularly in bending, torsion and traction.
  • the angles of the reinforcing elements can also vary according to the needs.
  • Some inflatable structures have sealed chambers that contain internal membranes, or other devices based on pressure stress-relieving ropes connecting two opposite faces of the sealed chamber, which can, but without any guarantee of the result, partially avoid this type of problem. Indeed, these stress-relieving devices form folds in the event of torsion or compression and constitute in certain configurations a natural drain between the different points that they connect.
  • a membrane connecting two faces of a sealed chamber, or another system generally increases the mass of the sealed chamber by 30%, which is not acceptable for maintaining the optimum lightness of the structure.
  • the invention makes it possible, compared to these systems, to guarantee the solution while optimizing the weight of the structure, the lightness of inflatable structures being one of their primary interests.
  • the drain it is appropriate for the drain to be light and compact and for its length to be optimized to reach its two ends.
  • the length of the drain is at most 1.5 times the curvilinear distance between the ends As and Bs in the sealed chamber.
  • the drain may be a little longer than its geometric optimum in the chamber represented by the curvilinear distance between the ends As and Bs, but in a restricted manner.
  • the section of the drain must be significantly less than the section of the sealed chamber and therefore the large length L of the section S of the drain is at least less than 0.25 times the small length Le of the section of the sealed chamber.
  • drain length we mean the length of the mean or neutral line of the drain.
  • the drain have a volume flow rate under nominal pressure at least equal to 1 m 3 /h, which allows inflation and deflation with an acceptable speed of the structures, the objective of the drain not being to assist in the inflation of the entire structure but to allow the minimal inflation of all the sections where it is present, once this first inflation is done and the chamber slightly inflated, the inflatable fluid passes naturally through the chamber.
  • the drain has only its ends in the sealed chamber and is outside between the two - in this case the drain itself is watertight from one end to the other.
  • the drain in order to be able to supply inflation fluid to all sections of the watertight chamber common to the drain, it is advantageous for the drain to be located in the watertight chamber.
  • a preferred solution is, moreover, that the drain allows the circulation of the inflation fluid at any point of the drain located between the two ends As and Bs of the drain.
  • pump or compressor
  • pump we mean any device allowing the inflation fluid to be moved, and/or put under pressure: pump, compressor, fan, etc.
  • Figure 1 shows a flexible inflatable structure according to the invention comprising a sealed inflatable flexible chamber (1) comprising a sealed layer (2), a structural layer (3) provided with textile reinforcement elements taking up the pressure forces in the chamber and an access (6) to the sealed chamber.
  • This flexible structure is shown in the inflated state by an inflation fluid (4), the sealed chamber comprising a drain (5) permeable to the inflation fluid, with ends As and Bs.
  • Figure 2 shows the cross-section AA of the inflatable structure showing its smallest length Le - the chamber being of circular section, its largest length is equal to its smallest length and equal to its diameter, as well as the largest length of the drain section Ld.
  • Figure 3 shows a canopy tested for the invention, composed of 4 pillars made up of 4 watertight chambers connected together two by two by 4 crosspieces also watertight chambers.
  • the inflation valve is unique on one of the pillars.
  • a fabric forms a roof and provides shade or protection from the rain. The stability of the system is ensured by cables fixed to the ground, not shown here.
  • the invention was tested on an inflatable structure composed of several tubes at least 2.5 m long, 20 cm in diameter, assembled together to form a canopy in accordance with Figure 3.
  • This canopy for reasons of operating cost but also safety in the event of strong and sudden winds, must be able to be stored as quickly as possible.
  • the tubes are composed of a sealed polyurethane chamber surrounded by a structural membrane comprising polyester fibers ensuring good rigidity to the tubes once inflated to the operating pressure of 0.5 bar and a burst pressure of approximately 1.2 bar.
  • the problem is that when the first pillar deflates under the effect of a pump, it buckles and twists the entire structure, creating folds and windings that require human intervention to ensure the inflation fluid (air) is emptied and methodical storage to reduce the risk of overpressure in the event of non-compliance with the folding, overpressure that can damage the waterproofing of the canopy. Furthermore, once folded, it requires several operators to inflate and unfold it correctly, in order to ensure the structure is correctly inflated and to avoid any waterproof folds.
  • the inventors glued a drain composed of a 3D polyester fabric of the commercial reference "T5683 Müller textile” 6 mm thick and with a section width of 100 mm in all the tubes and transverse tubes so that all the points of the structure are connected by the drain to the inflation/deflation valve.
  • the drain remains permeable to air under a pressure at least equal to 1.5 bar.
  • removing air from the canopy no longer requires human intervention once the vacuum pump is connected and the folding can be done in no particular order and without any risk of excess pressure in an occluded part of a tube, the drain ensuring the homogeneity of the pressure in the structure.
  • the inventors have also used the invention in a large inflatable structure comprising several tubes approximately 10 m long, this structure being rolled up around a storage cylinder comprising an air inlet and outlet connected to the structure.
  • a drain of the same nature as the previous example is glued into the inflatable structure from the air inlet at the storage cylinder to each of the ends of the inflatable structure.
  • the drain When the structure is unfolded and inflated, the drain allows the structure to be stored by rolling the structure onto the storage cylinder without the need to deflate it, which is advantageous if one wants to avoid contact between the structure and the ground on which there may be sharp objects.
  • the rotation of the cylinder compresses the air in the structure near the air outlet which is evacuated. After one turn, the fabric rolling up compresses the rolled up fabric. Without a drain, air remains trapped in the structure due to the first turn on the cylinder which acts as a closed valve and the pressure in the structure increases with the number of turns, to the point that it can cause a tear in the inflatable structure. With the drain, the air is evacuated towards the entrance through the drain and storage can thus be carried out continuously by simply rolling up the structure.

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Abstract

Structure gonflable comprenant au moins une chambre souple gonflable étanche (1) apte à être emplie d'un fluide de gonflage (4) à une pression nominale (P), un drain souple (5), le drain souple (5) étant perméable au fluide de gonflage (4) et apte à maintenir la circulation du fluide de gonflage (4) entre ses deux extrémités (As et Bs) fixes de la structure gonflable, lorsqu'une pression supérieure à la pression nominale (P) s'applique sur au moins une partie de la structure gonflable de telle sorte que le fluide de gonflage (4) est empêché de circuler entre les extrémités (As et Bs) de la chambre souple gonflable étanche (1) excepté par le drain souple (5).

Description

Description
Titre : structure souple gonflable optimisée
[0001] La présente invention se rapporte au domaine des objets ou structures gonflables, plus particulièrement du type comportant au moins un boudin gonflable, telle que les bouées, matelas, boudins et plus particulièrement les structures gonflables de grandes dimensions, parties de l’ossature des enceintes, abris ou tentes lorsqu’elle est recouverte d’une toile, ou comportant un ou plusieurs boudins gonflables utilisés dans la fabrication des meubles ou des objets flottants.
[0002] On connaît dans ce domaine des structures gonflables comprenant une armature comportant des boudins gonflables étanches ou plus généralement sans sous-entendu de forme, des chambres gonflables étanches contenues le plus souvent dans une enveloppe structurelle comprenant un tissu de renfort ou se confondant avec l’enveloppe structurelle dans le cas des tissu rendus étanches par imprégnation d’une matrice étanche. Les chambres gonflables sont le plus souvent munies de valves de gonflage qui sont une forme d’accès mais pas obligatoirement ou uniquement, la structure pouvant être maintenue sous pression en étant reliée à une pompe régulant une pression nominale ou pression d’usage proposée par le fabricant de la structure, à travers par exemple un tube de branchement, la pompe compensant les éventuelles pertes de fluide de gonflage dues à d’éventuelles imperfections de l’étanchéité. Après le gonflage, les chambres étanches assurent la forme et le raidissement de la structure.
[0003] Certaines de ces structures sont autoportantes (FR2980341_Bl,FR3044958Al), une fois gonflées elles maintiennent leurs formes et supportent des couvrants ou des portes, dans le cas des enceintes ou abris, ou elles supportent des plateaux ou d’autres éléments de mobilier, dans le cas des meubles, tels les tables ou les sièges gonflables.
[0004] Ces structures peuvent comprendre des appendices gonflables ou pas, des tissus, des cordages, tout un ensemble d’éléments variés pouvant interagir avec la structure et la ou les chambres gonflables et faire des nœuds autour d’une partie de la chambre étanche empêchant un gonflage et dégonflage aisé. Par ailleurs même pour de simples boudins, il est possible d’avoir des usages comprenant des interactions avec objets posés sur le milieu du boudin alors dégonflé, empêchant le gonflement d’une partie du boudin, l’accès à la chambre étanche du fluide étant, pour une partie du boudin empêché par l’objet faisant pression, l’objet faisant pression pouvant être également une structure gonflable, et de la même manière, pour le dégonflement.
[0005] Par exemple, un des problèmes courant avec les appendices gonflables est qu’au cours du déploiement de la structure ou du rangement de la structure, l’appendice se vrille en faisant plusieurs tours sur lui-même en un point de souplesse. Sur une structure classique, ces vrilles peuvent créer des sous-chambres étanches vis à-vis du reste de la structure gonflable et demande une intervention humaine sur une structure n’étant pas finie de gonfler donc potentiellement instable sur lesquelles il est donc difficile d’intervenir.
[0006] Les inventeurs se sont donnés comme objectif de résoudre ces problèmes inhérents aux structures gonflables souples pouvant lors de leurs usages, de leur gonflage ou dégonflage, créer des sous cavités étanches au fluide de gonflage, le fluide de gonflage ne pouvant plus alors circuler entre ladite sous-cavité et le reste de la structure y compris empêchant le gonflage ou dégonflage total ou partiel de la structure.
[0007] Cet objectif a été atteint, selon l’invention, par une structure gonflable comprenant :
- au moins une chambre souple gonflable étanche apte à être empli d’un fluide de gonflage à une pression nominale P, par au moins un accès à la chambre étanche, la chambre ayant en son état gonflé une section de plus petite longueur Le,
- un drain souple, d’une section S de plus grande longueur Ld, ayant au moins deux extrémités As et B s fixes dans la chambre étanche,
- le drain étant perméable au fluide de gonflage et apte à maintenir la circulation du fluide de gonflage entre les deux extrémités As et Bs de la chambre étanche, lorsqu’une pression supérieure à la pression nominale P s’applique sur au moins une partie de la structure de telle sorte que le fluide de gonflage est empêché de circuler entre les extrémités As et Bs de la chambre étanche excepté par le drain.
[0008] L’invention consiste donc à mettre un drain permettant de continuer à alimenter tout ou partie de la chambre étanche située entre les extrémités du drain As et Bs, même si un objet quelconque applique une pression entre les extrémités du drain As et Bs sur toute ou partie de la structure y compris le drain, pression supérieure à la pression nominale, empêchant la circulation du fluide de gonflage entre les extrémités As et Bs du drain dans la chambre de gonflage hors le drain. Cela signifie que le drain reste perméable au fluide de gonflage même comprimé à une pression supérieure à la pression nominale ou d’utilisation. De préférence le drain reste perméable au fluide de gonflage même comprimé à une pression égale à la pression de rupture de la structure gonflable. L’invention est utilisable dans une vaste gamme de pression et pour de nombreux usages, il est donc difficile de quantifier à priori la résistance à la pression que doit avoir le drain, cette résistance est plus liée aux objets susceptibles d’appliquer la pression empêchant la circulation du fluide de gonflage dans la structure sauf dans le drain qu’à la pression d’utilisation. Pour assurer un fonctionnement du drain dans toutes les circonstances où la structure est susceptible de se trouver, le drain doit rester perméable au fluide de gonflage même comprimé à une pression égale à la pression de rupture de la structure gonflable, au-delà de cette pression, la structure va subir une déchéance, soit par perte de son étanchéité soit par rupture des éventuels éléments de renforcement qu’elle comprend. Un drain est un dispositif passif permettant l’écoulement d’un fluide ou d’un gaz d’un point à un autre, étant passif il ne dispose en son sein aucun moyen mécanique pour déclencher, bloquer ou accélérer l’écoulement.
[0009] Cette invention résout une grande partie des problèmes pour le gonflage des appendices qui tendent à se vriller sur eux-mêmes pour les structures gonflables. Il suffit pour cela de mettre un drain de part et d’autre de l’endroit où se produit la vrille qui est le plus souvent le même. Si la vrille risque de se positionner en tout point de la chambre, il suffit de mettre le drain sur toute la longueur de la chambre étanche depuis l’accès à la chambre jusqu’au point de la chambre le plus éloigné de celle-ci. En fait le drain permet de multiplier par deux le couple de torsion qu’applique le fluide de gonflage sur la vrille. En effet, certaines structures tendant à se vriller, se dévrillent seules sous l’effet du gonflage lorsque le couple qu’exerce sur la structure gonflable le fluide de gonflage, est supérieur au couple résistant qui maintient la chambre étanche en position vrillée. En général ce couple est lié à la masse d’une partie de la structure, dans ce cas, ou dans les cas d’un pli qui peut également empêcher la circulation du fluide de gonflage entre les extrémités du drain, l’objet appliquant une pression supérieure à la pression nominale est la chambre étanche elle-même, ou la structure gonflable. Quand ce couple n’est pas suffisant, on peut, pour augmenter le couple, augmenter la pression au risque de détériorer la chambre étanche, ou multiplier le couple par deux en utilisant un drain selon l’invention sans augmentation de pression et donc sans aucun risque pour la chambre .
[0010] Par structure souple, on entend que la chambre étanche étant vide, certains points de la paroi de la chambre au contact avec le fluide de gonflage, qui à l’état gonflé, sont distants l’un de l’autre d’une distance non nulle, peuvent être en contact à l’état dégonflé. La chambre étanche est constituée essentiellement d’une membrane, monocouche ou multicouche, hors drain, dont la rigidité de flexion est négligeable devant sa rigidité de traction, par négligeable, on entend par négligeable au moins 100 fois inférieure.
[0011] L’invention permet également qu’une structure se déploie en totalité même si des objets viennent faire pression sur la chambre pour en obstruer de manière volontaire ou non une partie. Cela peut avoir un intérêt dans certaines configurations particulières.
[0012] Le drain se déploie selon une courbe moyenne, ou ligne neutre, entre ses extrémités As et Bs. Perpendiculairement à cette courbe, il est possible de définir une section S du drain qui peut-être à son état à la pression atmosphérique circonscrite dans un rectangle de plus petite aire, lequel rectangle ayant une longueur et une largeur. La longueur de ce rectangle est la plus grande longueur Ld de la section du drain, sa largeur la plus petite longueur de la section du drain. Il en est de même pour la chambre étanche pour définir la plus petite longueur Le de la section de la chambre étanche. Si la chambre étanche ou le drain on des sections variables, on fera la mesure des longueurs des sections sur les parties qui maximisent la surface de la section de la chambre étanche ou du drain. Si le drain ou la structure ont des sections où respectivement la plus grande longueur Ld et la plus petite longueur Le sont clairement définies par leurs formes géométriques, on prendra ces valeurs sans aucune difficulté. Dans le cas où pour des sections carrées ou circulaires, la plus petite longueur est égale à la plus grande longueur, on prendra l’une ou l’autre car elles sont les mêmes. Par exemple un carré étant un rectangle où la longueur est égale à la largeur, cela n’empêchant nullement l’usage du mot longueur et largeur.
[0013] La chambre étanche comprend un matériau souple, étanche comme un film plastique en polychlorure de vinyle, en caoutchouc comme du butyle ou tout autre matériau connu pour fabriquer des chambres étanches renforcées ou non.
[0014] L’invention est plus particulièrement dédiée aux structures gonflables à air ou à gaz neutre tels que l’azote mais elle peut être utilisée pour toute structure gonflable avec un fluide de gonflage pour lequel la chambre étanche est adaptée.
[0015] L’intérêt des structures souples gonflables est d’être souples et pliables pour occuper un volume beaucoup plus grand sous leurs formes gonflées que sous leurs formes dégonflées. Il ne convient pas que la mise en place du drain dans la structure gonflable implique une rigidification de la structure au-delà du raisonnable. Le drain est donc déformable, élastique et également souple pour être pliable et conserver la souplesse de la structure. Cela exclut les drains étant des tuyaux métalliques, en plastiques rigides sans pour autant exclure l’usage de ces matériaux par des combinaisons permettant d’obtenir une telle souplesse. Pour conserver cette propriété, une solution préférée est que le drain soit élastique et son module en compression soit au plus égale à 1 MPa, de préférence inférieur à 0.1 MPa. Pour la mesure du module en compression, on adaptera une mesure de courbe effort déplacement sur une longueur significative du drain en appliquant l’effort perpendiculairement au vecteur normal à la section du drain. L’homme de l’art saura soit utiliser des normes existantes comme la nome ASTDM D3574 pour les mousses, soit généraliser leurs principes. Le drain n’est pas obligatoirement de section constante mais pour des facilités de réalisations, il est intéressant que la section du drain soit constante. En cas de section non constante, on pourra faire plusieurs mesures si nécessaires.
[0016] Ainsi une solution préférée est que le drain soit un tissu en trois dimensions, dit tissu 3D, ou une mousse, ou un tuyau, plastique, de caoutchouc, renforcé ou non, débouchant ou multiperforé, à savoir avec une multitude de perforations permettant la circulation du fluide de gonflage en tous les points de la chambre étanche entre les extrémités du drain tout en gardant une rigidité de compression. De telles solutions ont la souplesse nécessaire pour maintenir l’intérêt de la structure souple à savoir les rapports entre la taille de la structure gonflée, sa rigidité et sa masse et la capacité à plier la structure une fois dégonflée. L’homme de l’art selon l’utilisation prévue de la structure saura dimensionner le tissu 3D, la mousse et le tuyau de caoutchouc ou de matière plastique afin que sous une pression donnée supérieure à la pression nominale s’appliquant sur la structure gonflable et empêchant la circulation du fluide de gonflage dans la chambre étanche entre les extrémités du drain As et Bs, le drain permette toujours la circulation du fluide de gonflage entre les extrémités du drain ou si nécessaire entre tous les points situés entre les extrémités du drain. L’avantage de ces solutions notamment des tissus 3D est que dans certaines utilisations même à des niveaux de pression très supérieurs à la pression nominale de gonflage, ces tissus deviennent rigides en compression tout en restant poreux au fluide de gonflage notamment un gaz inerte. Un tissu 3D est un tissu comprenant au moins deux couches tissées superposées comprenant une pluralité de trames et de chaînes, les différentes trames et chaînes créant un tissu avec une épaisseur, soit par exemple, tel que deux tissus de faibles épaisseurs superposés soient liés par un ou plusieurs fils créant ainsi de l’épaisseur, soit par exemple tel que les trames et les chaînes passent d’une couche superposée à l’autre (US6103641A1, EP3545124B1).
[0017] Le drain est au moins adhérent à la chambre étanche aux niveaux de ses extrémités afin de réaliser sa fonction. Cette adhésion peut se faire par tous moyens physiques connues, coutures, colle, soudure thermique ou chimique , laser.... Une solution préférée pour éviter que le mouvement du drain entre ses deux extrémités ne crée des sollicitations aux points de jonction du drain à la chambre étanche est que celui-ci soit adhérent à la structure gonflable ou à la chambre étanche sur au moins un point entre les deux extrémités As et Bs du drain, de préférence sur de nombreux points régulièrement espacés dont la distance est au plus égale à 20 cm, de préférence de manière continue entre les extrémités As et Bs.
[0018] Une solution préférée est que le volume du drain représente au plus 10% du volume du volume de la structure gonflable en son état gonflé à la pression nominale, le drain ne devant pas augmenter significativement le volume de la structure notamment dans son état dégonflé.
[0019] Il est préféré que le drain ait une épaisseur à la pression atmosphérique au plus égale à 5 cm, de préférence 2 cm. Cette solution a été utilisée pour une structure gonflable composée de plusieurs boudins de 10 m de long, sensiblement cylindriques d’un diamètre d’environ 45 cm à l’état gonflé avec un fonctionnement acceptable.
[0020] Dans le cas où le drain permet le gonflage ou le dégonflage de la structure, il est intéressant qu’une des extrémités As ou Bs du drain soit à une distance au plus égale à 10 cm d’un accès à la au moins une chambre étanche. Cette option permet d’avoir une circulation du fluide dans l’ensemble de la chambre étanche où se trouve le drain quel que soit l’état de pliage de la chambre étanche. Cela peut permettre dans certains cas un gonflage automatique, même si des plis ou des torsions de certaines chambres étanches assemblées en série empêche la circulation de l’air dans la structure. Et de même, le drain, étant relié à un accès de la chambre étanche, permet à une pompe à vide, de retirer le fluide de gonflage dans toutes les parties de la chambre étanche dans lesquels il est présent, sans intervention humaine, quel que soit la dynamique de dégonflage de la structure même si cette dernière tend à faire des plis ou des torsions, empêchant, en l’absence du drain, de vider l’ensemble du fluide de gonflage de la chambre étanche.
[0021] Il est avantageux que la structure gonflable comprenne des éléments de renforcement de préférence des éléments de renforcement textile. Par exemple, la structure gonflable peut être une membrane comprenant des renforts textiles enrobés dans une matrice polymérique assurant la cohésion des renforts et l’étanchéité. La structure gonflable peut-être également composée de superposition de couches, préférentiellement de l’intérieur vers l’extérieur de la structure, une couche étanche polymérique, des couches de renfort reprenant les efforts de pression. Les renforts sont de préférence des fibres textiles naturelles ou synthétiques pour conserver la souplesse de la structure à l’état dégonflé tout en lui donnant une rigidité à l’état gonflé notamment en flexion, torsion et traction. Il peut y avoir plusieurs couches d’éléments de renforcement selon les besoins de l’usage, pour protéger la chambre étanche par exemple, ou augmenter les rigidités. Les angles des éléments de renforcement peuvent également varier selon les besoins.
[0022] Certaines structures gonflables ont des chambres étanches qui contiennent des membranes internes, ou d’autres dispositifs à base de cordes de reprise des efforts de pression reliant deux faces opposées de la chambre étanche, pouvant mais sans aucune garantie du résultat éviter en partie ce type de problème. En effet ces dispositifs de reprise d’effort forment des plis en cas de torsion ou de compression et constituent dans certaines configuration un drain naturel entre les différents points qu’ils relient. Cependant une membrane reliant deux faces d’une chambre étanche, ou un autre système augmente en général de 30% la masse de la chambre étanche, ce qui n’est pas acceptable pour maintenir la légèreté optimale de la structure. L’invention permet par rapport à ces systèmes de garantir la solution tout en optimisant le poids de la structure, la légèreté des structures gonflables étant un de leurs premiers intérêts. Pour cela, il convient que le drain soit léger et peu encombrant et que sa longueur soit optimisée pour atteindre ses deux extrémités. Ainsi il est préféré que la longueur du drain soit au plus à 1.5 fois la distance curviligne entre les extrémités As et Bs dans la chambre étanche. Pour des raisons de fabrication, le drain peut être un peu plus long que son optimum géométrique dans la chambre que représente la distance curviligne entre les extrémités As et Bs, mais de manière restreinte. De plus pour optimiser le poids, la section du drain doit être significativement inférieure à la section de la chambre étanche et donc la grande longueur L de la section S du drain est au moins inférieure à 0.25 fois la petite longueur Le de la section de la chambre étanche. Par longueur de drain, on entend la longueur de la ligne moyenne ou neutre du drain.
[0023] Pour certains usages envisagés, il est préféré que le drain ait un débit volumique sous la pression nominale au moins égal à 1 m3/h, ce qui permet une gonflage et dégonflage avec une vitesse acceptable des structures, l’objectif du drain n’étant pas d’aider au gonflage de toute la structure mais permettre le gonflement minimal de l’ensemble des sections où il est présent, une fois ce premier gonflement fait et la chambre légèrement gonflée, le fluide de gonflable passe naturellement par la chambre.
[0024] Il est toujours possible d’imaginer une structure où le drain n’a que ses extrémités dans la chambre étanche et est en dehors entre les deux- dans ce cas le drain est lui-même étanche d’une extrémité à l’autre. Cependant pour les usages envisagés, pour pouvoir alimenter en fluide de gonflage toutes les sections de la chambre étanche commune avec le drain, il est avantageux que le drain soit situé dans la chambre étanche. Une solution préférée est d’ailleurs que le drain permet la circulation du fluide de gonflage en tout point du drain situé entre les deux extrémités As et Bs du drain.
[0025] Comme un des avantages de la solution est de permettre des méthodes de gonflage et dégonflage améliorées soit par automatisation, soit en limitant l’intervention humaine, est inclus dans l’invention :
• Procédé de gonflage d’une structure gonflable par l’utilisation d’une pompe ou d’un compresseur dans lequel une pression supérieure à la pression de gonflage est appliquée sur la structure gonflable un instant entre les extrémités du drain As et Bs, empêchant le fluide de gonflage de circuler entre les extrémités As et Bs sauf par le drain, le fluide de gonflage circule à cet instant par le drain de l’accès à la chambre étanche vers une des extrémités As ou B s.
• Procédé de dégonflage d’une structure gonflable par compression de la structure ou par pompage du fluide de gonflage, dans lequel, une pression supérieure à la pression de gonflage est appliquée sur la structure gonflable entre les extrémités du drain As et Bs, empêchant le fluide de gonflage de circuler un instant entre As et Bs sauf par le drain, le fluide de gonflage circule au moins à cet instant par le drain d’une des extrémités As ou B s vers l’accès à la chambre étanche.
[0026] Par pompe, ou compresseur, on entend tout appareil permettant de déplacer le fluide de gonflage, et/ou de le mettre sous pression : pompe, compresseur, ventilateur. . .
[0027] L’invention sera mieux comprise par les figures 1 à 3, schématiques non représentées à l’échelle.
[0028] La figure 1 représente une structure souple gonflage selon l’invention comprenant une chambre souple gonflable étanche (1) comprenant une couche étanche (2), une couche structurelle (3) munie d’éléments de renforcement textiles reprenant les efforts de pression dans la chambre et un accès (6) à la chambre étanche . Cette structure souple est représentée à l’état gonflé par un fluide de gonflage (4), la chambre étanche comprenant un drain (5) perméable au fluide de gonflage, d’extrémités As et Bs.
[0029] La figure 2 représente la section transversale A-A de la structure gonflable montrant sa plus petite longueur Le - la chambre étant de section circulaire, sa plus grande longueur est égale à sa plus petite longueur et égale à son diamètre, ainsi que la plus grande longueur de la section du drain Ld.
[0030] La figure 3 représente un dais testé pour l’invention, composé de 4 piliers constitués de 4 chambres étanches reliées entre elles deux à deux par 4 traverses également des chambres étanches. La valve de gonflage est unique sur un des piliers. Un tissu forme un toit et permet de faire de l’ombre ou de protéger de la pluie. La stabilité du système est assurée par des câbles fixés au sol, non représentés ici.
[0031] L’invention a été testée sur une structure gonflable composée de plusieurs boudins d’au moins 2.5 m de long, de 20 cm de diamètre, assemblés les uns aux autres pour former un dais conformément à la figure 3. Ce dais pour des raisons de coût d’exploitation mais aussi de sécurité en cas de vent fort et subit, doit pouvoir être rangé aussi rapidement que possible. Les boudins sont composés d’une chambre étanche en polyuréthane entourée d’une membrane structurelle comprenant des fibres en polyester assurant une bonne rigidité aux boudins une fois gonflés à la pression d’usage de 0.5 bar et une pression de rupture de 1.2 bar environ.
[0032] Le problème est que lorsque le premier pilier se dégonfle sous l’effet d’une pompe, il flambe et fait vriller toute la structure créant des plis, des enroulements qui demandent une intervention humaine pour assurer la vidange du fluide de gonflage (air) et un rangement méthodique pour diminuer le risque de surpression en cas de non-respect du pliage, surpression pouvant détériorer l’étanchéité du dais. Par ailleurs, une fois plié, il faut pour le gonfler et le déplier correctement, plusieurs opérateurs afin d’assurer le gonflage correct de la structure, et éviter tout pli étanche.
[0033] Pour l’invention, les inventeurs ont collé un drain composé d’un tissu 3D en polyester de la référence commerciale « T5683 Müller textile » de 6 mm d’épaisseur et d’une section de largeur de 100 mm dans l’ensemble des boudins et des boudins transverses de sorte que tous les points de la structure sont reliés par le drain à la valve de gonflage/ dégonflage. Le drain reste perméable à l’air sous une pression au moins égale à 1.5 bar. Dans la solution selon l’invention, faire le vide d’air du dais ne demande plus d’intervention humaine une fois la pompe à vide branchée et le pliage peut se faire sans ordre particulier et sans aucun risque de surpression dans une partie occluse d’un boudin, le drain assurant l’homogénéité de la pression dans la structure. De même, le gonflage est facilité par la présence du drain qui permet de ne plus avoir à gérer la formation de plis ou de vrilles, créant des sous chambres étanches, mais nécessite simplement d’accompagner le dépliement de la structure en hauteur. [0034] Les inventeurs ont également utilisé l’invention dans une structure gonflable de grande taille comprenant plusieurs boudins d’environ 10 m de long, cette structure étant enroulée autour d’un cylindre de rangement comprenant une entrée et sortie d’air reliée à la structure. Un drain de même nature que l’exemple précédent est collé dans la structure gonflable depuis l’entrée d’air au niveau du cylindre de rangement jusqu’à chacune des extrémités de la structure gonflable. Lorsque la structure est dépliée et gonflée, le drain permet le rangement de la structure en enroulant la structure sur le cylindre de rangement sans nécessité de la dégonfler, ce qui est intéressant si on veut éviter le contact entre la structure et le sol sur lequel peut se trouver des objets coupants. La rotation du cylindre vient mettre en compression l’air dans la structure à proximité de la sortie d’air qui s’évacue. Après un tour, le tissu s’enroulant vient comprimer le tissu enroulé. Sans drain, de l’air reste prisonnier dans la structure en raison du premier tour sur le cylindre qui agit comme une vanne fermée et la pression dans la structure augmente avec le nombre de tours, a tel point qu’il peut provoquer une déchirure dans la structure gonflable. Avec le drain, l’air s’évacue vers l’entrée par le drain et le rangement peut ainsi s’effectuer en continu par simple enroulement de la structure. Pour dérouler, il suffit de mettre la pression dans la structure au niveau du tambour. Sans drain, l’enroulement empêche de gonflage de la structure. Il faut donc dérouler la structure puis mettre la pression, ou gonfler la structure depuis toutes les extrémités de la structure au niveau du dernier tour d’enroulement sur le tambour. Avec le drain, l’air, ou le fluide de gonflage, venant du cylindre, va à travers le drain jusqu’à la partie du dernier tour qui se gonfle puisqu’il n’est compressé par aucun tour précédent et si le tambour tourne librement, ce gonflage permet de dérouler une structure se gonflant tout en se déroulant et entrent en contact avec le sol de manière très différente qu’une structure déroulée dégonflée, ce qui peut avoir un grand intérêt pour contrôler la nature des points d’appuis de la structure avec le sol. Ce type de drain léger, facile à mettre en œuvre permet donc la facilitation de l'installation et la désinstallation de structure de grande taille - avec des boudins dépassant 3 m -par enroulement sur un cylindre.
[0035] Ceci démontre l’intérêt de l’invention.

Claims

Revendications
1. Structure gonflable comprenant :
• au moins une chambre souple gonflable étanche (1) apte à être empli d’un fluide de gonflage (4) à une pression nominale P, par au moins un accès (6) à la chambre étanche, la chambre ayant en son état gonflé une section de plus petite longueur Le,
• un drain souple (5), d’une section S de plus grande longueur Ld, ayant au moins deux extrémités As et B s fixes dans la chambre étanche (1),
• caractérisé en ce que le drain (5) est perméable au fluide de gonflage (4) et apte à maintenir la circulation du fluide de gonflage entre les deux extrémités As et Bs de la chambre étanche (1), lorsqu’une pression supérieure à la pression nominale P s’applique sur au moins une partie de la structure de telle sorte que le fluide de gonflage est empêché de circuler entre les extrémités As et Bs de la chambre étanche (1) excepté par le drain (5).
• En ce que le drain (5) a un débit volumique sous la pression nominale au moins égal à 1 m3/h.
2. Structure gonflable selon la revendication 1 dans laquelle le fluide de gonflage (4) est un gaz, de préférence un gaz inerte, tel que l’azote, ou de l’air.
3. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 dans laquelle le drain (5) est élastique et son module en compression est au plus égale à IMPa, de préférence inférieure à 0.1 MPa.
4. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le drain (5) est un tissu en trois dimensions, dit tissu 3D, ou une mousse, ou un tuyau débouchant ou multiperforé.
5. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le volume du drain (5) représente au plus 10% du volume de la chambre étanche en son état gonflé à la pression nominale.
6. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le drain (5) a une épaisseur à la pression atmosphérique au plus égale à 5 cm, de préférence 2 cm.
7. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle une des extrémités du drain est à une distance au plus égale à 10 cm d’un accès (6) à la une chambre étanche (1).
8. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la longueur du drain (5) est au plus égale à 1.5 fois la distance curviligne entre les extrémités As et Bs dans la chambre étanche.
9. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la plus grande longueur Ld de la section S du drain (5) est au moins inférieure à 0.25 fois la petite longueur Le de la section de la chambre étanche (1).
10. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le drain (5) est situé dans la chambre étanche (1).
11. Structure gonflable selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le drain (5) permet la circulation du fluide de gonflage en tout point du drain situé entre les deux extrémités As et B s.
12. Procédé de dégonflage d’une structure gonflable selon l’une des revendications précédentes, par compression de la structure ou par pompage du fluide de gonflage, dans lequel, une pression supérieure à la pression de gonflage est appliquée sur la structure gonflable entre les extrémités du drain As et Bs, empêchant le fluide de gonflage (4) de circuler un instant entre les extrémités As et Bs sauf par le drain, le fluide de gonflage (4) circule au moins à cet instant par le drain (5) d’une des extrémités As ou Bs vers l’accès (6) à la chambre étanche (1).
13. Procédé de gonflage d’une structure gonflable selon l’une des revendications précédentes par l’utilisation d’une pompe ou d’un compresseur dans lequel une pression supérieure à la pression de gonflage est appliquée un instant sur la structure gonflable entre les extrémités du drain As et Bs, empêchant le fluide de gonflage de circuler entre les extrémités As et Bs sauf par le drain, le fluide de gonflage circule à cet instant par le drain de l’accès à la chambre étanche vers une des extrémités As ou Bs.
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