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DISPOSITIF D'EXTINCTION DE FEU
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne les appareils de lutte
contre l'incendie, autrement dit les extincteurs. En
particulier, l'invention trouve son application dans
les dispositifs d'extinction de feu à poste fixe qui
peuvent être déclenchés à distance, dans lesquels
l'agent extïncteur stocké dans un réservoir est expulsé
au moment de l'utilisation.
L'invention porte plus particulièrement sur
un dispositif de mise ."sous pression contrôlée du
réservoir contenant l'agent extincteur.
~TAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
On sait que les extincteurs à réservoir
d'agent extincteur sont classés en deux grandes
catégories. La première catégorie concerne des
appareils à pression permanente dans lesquels un gaz
assure la pressurisation permanente de l'agent
extincteur au sein d'une bouteille unique lui servant
de réservoir ; l'agent extincteur est libéré par une
vanne à la sortie de ladite bouteille. Dans la deuxième
catêgorie, un gaz propulseur n' est libéré qu' à la mise
en service de l'extincteur et libère l'agent
extincteur, qui n'est donc pas stocké sous pression.
A titre d'illustration comme extincteur du
premier type, on peut considérer les extincteurs
actuellement utilisés pôur éteindre un feu de moteur
d'aéronef. Ces dispositifs, utilisant du halon comme
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agent extincteur, non seulement permettent d'éteindre
le feu, mais préviennent également toute extension
dudit feu.
L'agent extincteur est contenu dans une
bouteille, la plupart du temps de forme sphérique,
pressurisée par un gaz inerte ; en fonction des
exigences de sécurité, deux extincteurs ou plus peuvent
être installés. Une ou plusieurs canalisations de
distribution, connectées à ladite bouteille, permettent
la distribution de l'agent vers les zones à protéger. A
l'extrémité inférieure de la bouteille, un opercule
calibré permet d'obturer chaque canalisation de
distribution. Un capteur de pression est également
installé afin de vérifier, de- façon continue, la '
pressurisation de la bouteille. Lorsqu'un feu est
détecté, un détonateur pyrotechnique est déclenché.
L'onde de choc qui en résulte permet de percer
l'opercule obturateur, ce qui entraîne la vidange de la
bouteille et l'évacuation de l'agent extincteur sous
l'effet de la pression contenue dans la bouteille vers
les zones à protéger, via les canalisations.
Un premier inconvénient de ce type
d'extincteurs pressurisés est leur sensibilité aux
micro-fuites,'_ce qui les soumet à des conditions
sévères de surveillance, de vérification et
d'entretien.
En outre, les réglementations introduisent
des contraintes en exigeant des durées et
concentrations minimales propres à garantir
l'extinction du feu. La concentration C(t) obtenue dans
une zone est fonction notamment du débit Qi d'agent
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extincteur injecté dans ladite zone, du volume V de
ladite zone, de la disposition des moyens d'éjection
ainsi que de la ventilation de la zone, c'est-à-dire du
débit Qr d'air de renouvellement. Par exemple, dans le
cas où l'air de renouvellement ne contient aucun agent
extincteur et où de l' agent extincteur seul arrive sur
la zone feu par une canalisation, on obtient l'équation
(k constante) .
Q.
(1) C(t)=k.exp - Qr VQl t +~r+Ql
Par exemple, dans le domaine de
l'aéronautique, il est actuellement imposé, comme
critère à respecter dans le cas particulier des
extincteurs au halon, que la concentrâ~ion en halon
pour toutes les zones de feu du moteur soit
simultanément au moins de 6 % pendant une durée
minimale de 0,5 secondes. Or, sitôt l'opercule
obturateur percé, l'agent extincteur, poussé par le gaz
sous pression, va s'écouler dans les canalisations de
distribution jusqu'aux zones feu du moteur. La pression
de la bouteille chutant rapidement, la concentration en
agent extincteur suit une courbe en cloche.
Sur la figure 1, les cinq courbes
représentent l'évolution de la concentration en halon
pendant la décharge pour cinq points de mesure . on y
voit les trois étapes de décharge, à savoir la mise en
régime (a), la concentration maximale (b) puis la chute
de concentration (c) liée à la baisse de pression dans
la bouteille jusqu'à la vidange complète. Les
contraintes de la réglementation en vigueur (d) sont
représentées sur cette figure . la concentration de gaz
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extincteur, pour toutes les zones feu du moteur, doit
être supérieure à 6 % pendant une dure minimale de 0,5
secondes. Sur cette figure, seule une zone feu a été
représentée, mais c'est sur la simultanéité d'action de
toutes les zones feu que s'applique le critère de la
réglementation. On s'aperçoit donc que le respect de ce
critère de réglementation (d) oblige à atteindre des
pics locaux de concentration bien supérieurs à la
concentration minimale imposée (de 50 % à 100 % de
concentration en plus), sans pour autant augmenter
sensiblement l'efficacité de l'extinction. I1 en
résulte donc un inconvénient supplémentaire, à savoir
qu'il faut avoir une quantité d'agent extincteur
supérieure à celle strictement nécessaire. -
Enfin, l'agent extincteur ne remplit pas
complètement la bouteille puisque celle-ci doit pouvoir
contenir le gaz de pressurisation.
En ce qui concerne les extincteurs de la
deuxième catégorie, ils utilisent un dispositif séparé
de mise sous pression. Ces appareils de lutte contre
l'incendie sont généralement équipés d'un premier
réservoir de gaz comprimé et d'un second réservoir pour
l'agent extincteur. Lorsque l'appareil est utilisé, le
gaz comprimé contenu dans le premier réservoir est mis
en communication par l'intermédiaire d'un orifice avec
le second réservoir d'agent extincteur pour la
pressurisation de la bouteille contenant l'agent
extincteur. Lorsque l'agent extincteur est pressurisé,
il est éjecté pour lutter contre l'incendie, comme pour
les appareils de la première catégorie d'extincteur. De
fait, une fois le gaz propulseur libéré, il convient de
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noter que la deuxième catégorie d'extincteur est
identique à la première, et donc présente les mêmes
inconvénients.
Dans certains cas, pour des générateurs de
5 deuxième catégorie, le premier réservoir de gaz
comprimé peut être remplacé par un générateur de gaz,
comme décrit dans le document WO 98/02211. Cependant,
le temps de réaction nécessaire entre le déclenchement
de l'extincteur et l'éjection de l'agent extincteur est
rédhibitoire pour certains cas de feu, ou suspicions de
feu, par exemple en aéronautique. De plus, le problème
du contrôle de la concentration en agent extincteur
dans la zone à protéger n'est pas résolu.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour objet de remédier aux
inconvénients cités des extincteurs pour feu, notamment
dans les moteurs d'aéronef, entre autres avantages.
Pour ce faire, l'invention concerne sous
l'un de ses aspects un dispositif extincteur de feu
dont l'agent extincteur est chassé du réservoir dans
lequel il est stocké par un gaz sous pression, le gaz
sous pression étant amené et maintenu dans ledit
réservoir de façon régulée. Du fait que la pression
dans le réservoir suit un profil prédéterminé en
fonction du temps, il est possible d'obtenir une
concentration en agent extincteur dans la zone à
traiter aussi proche que possible d'une loi de
concentration recherchée.
De manière avantageuse, le dispositif
d'extinction selon l'invention comprend un réservoir
dans lequel est stocké l'agent extincteur, ledit
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réservoir étant en premier lieu connecté, de préférence
près du point d'accumulation dudit agent, â un réseau
de distribution d'agent extincteur vers les zones à
traiter et êtant, en second lieu, connecté, en général
bien que non limitativement en un point sensiblement
opposé au précédent point d'accumulatïon, à un moyen de
génération d'un gaz sous pression.
Des moyens d'obturation du réservoir
contenant l'agent extincteur empêchent l'agent
d'extinction de s'écouler dans le réseau de
distribution en absence de pression dans ledit
réservoir. Lesdits moyens d'obturation peuvent
consister en une vanne dont l'ouverture est commandée
au cours de la séquence de déclenchement de
l'extincteur, soit par un ordre extérieur, soit par la
mise en pression du réservoir. Ils peuvent aussi
consister en un opercule étanche calibré pour se rompre
sous la pression lorsque le réservoir atteint cette
derniëre.
Suivant la géométrie du réseau de
distribution, les dimensions et la ventilation des
zones à traiter, l'homme de l'art détermine la pression
qui doit être exercée dans le réservoir contenant
l'agent extincteur pour que le débit d'agent extincteur
conduise à la concentration recherchée dans la zone à
traiter (prise en compte des pertes de charge,
géométrie des zones à traiter,...) , calculs qui pourront
être affinés lors d'expérimentations. Les paramètres
pourront être utilisés pour le choix et/ou le
paramétrage de moyens de régulation.
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Des moyens de régulation de la pression
dans le réservoir permettent de limiter le débit de
sortie de l'agent extincteur à la valeur souhaitée,
valeur qui peut varier selon un profil défini au cours
du temps, sans qu'une quantité inutilement excessive
d'agent extincteur ne soit envoyée dans les zones à
traiter ; il est ainsi possible soit de traiter plus
longtemps et de manière plus efficace une zone avec une
quantité donnée d'agent, soit d'utiliser moins d'agent
tout en garantissant la concentration d'agent
extincteur pendant une durée déterminée. En
particulier, les moyens de régulation peuvent être
choisis et/ou paramétrés de façon à obtenir un profil
de pression K en créneau » dans lequel la pression dans
le réservoir est sensiblement constante pendant un
certain temps, c'est-à-dire qu'elle évolue entre deux
valeurs proches. En particulier, la pression réelle ne
dévie pas de plus de 10 %, de préférence 5 %, de la
valeur nominale. Des plateaux successifs peuvent
également être choisis comme profil. La durée de la
rêgulation est choisie en fonction de l'usage, par
exemple supérieure ou égale à 2 s, ou à 5 s.
Une mesure de la concentration en agent
extincteur dans les zones à traiter permet,
éventuellement, une régulation en boucle fermée, plus
fine encore, de la pression du gaz dans le réservoir.
Selon un mode de réalisation, les moyens
pour générer le gaz sous pression peuvent comporter un
stockage de gaz sous pression . le gaz sous pression
est stocké dans une bouteille séparée, reliée audit
réservoir d'agent extincteur, par l'intermêdiaire par
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exemple d'un conduit de communication. Les moyens de
rgulation de la pression peuvent tre constitus de
vannes de rgulation de dbit ou de pression qui
peuvent tre commandes entre une fermeture complte
des moyens de communication entre bouteille de gaz sous
pression et rservoir d'agent extincteur, jusqu' une
ouverture maximale. Avantageusement, les vannes de
rgulation sont pilotes suivant une loi donne et
dfinie par l'utilisateur, ventuellement en utilisant
les informations provenant de capteurs de concentration
en agent extincteur (rgulation en boucle ferme ou en
boucle ouverte selon le cas). La rgulation peut
galement tre assure par d'autres organes de
rgulation tels qu'un dtendeur associ ou non un
dispositif qui cre une diffrence de pression
(diaphragme, tuyre).
I1 est possible de dterminer les capacits
en gaz (volume et pression) de la bouteille sous
pression pour que la pression attendue tout instant
dans le rservoir d'agent extincteur soit assure
jusqu' la chasse complte dudit agent dans la zone
traiter. La capacit de la bouteille de gaz pressuris
prend avantageusement galement en compte les effets
des micro-fuites pour que ces dernires soient sans
consquences sur les aptitudes oprationnelles d'un
dispositif conforme l'invention, au moins entre deux
contrles priodiques. Dans ce mode de ralisation, il
est galement possible de stocker ledit gaz sous
pression dans deux ou plusieurs bouteilles, connectes
audit rservoir d'agent extincteur, soit par un nombre
de moyens de rgulation de pression gal au nombre de
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bouteilles, soit par un nombre inférieur en regroupant
des bouteilles sur un même moyen de régulation de
pression.
Selon un autre mode de réalisation, le gaz
qui assure la mise en pression dudit réservoir d' agent
extincteur, est généré au moment de l'utilisation de
l'extincteur par la combustion d'un bloc de matériau
pyrotechnique . les moyens de génération peuvent
consister en un générateur de gaz. Dans ce cas, la
géométrie du bloc de matériau pyrotechnique permet, de
façon similaire aux systèmes de propulsion à poudre de
fusées, de générer des gaz de combustion suivant une
loi prédéterminée en fonction de l'utilisation
souhaitée. Une fois déclenchée, la combustion du bloc
de matériau pyrotechnique ne nécessite plus de
contrôle, les moyens de régulation étant constitués par
la géométrïe du générateur de gaz et le mécanisme
d'initiation de la réaction. Une vanne peut cependant
être également présente.
Sous un aspect de l'invention, le
dispositif d'extinction peut être déclenché par un
opérateur à distance. I1 peut également être mis en
opération directement par un dispositif recevant les
informations d'un capteur, qui va détecter les
conditions liées à la probabilité d'un feu.
Pour éviter des déclenchements non
appropriés, en particulier lors des opérations
d'entretien, le dispositif pourra être équipé de moyens
de neutralisation.
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BR~TB DESCRIPTION DES DESSTNS
Les figures des dessins annexés permettront
de mieux comprendre l'invention, mais ne sont données
qu'à titre indicatif et ne sont nullement restrictives.
5 La figure 1, déjà décrite, représente les
courbes de concentration en agent extincteur en
différents points d'une même zone de feu pour un
extincteur classique sous pression.
La figure 2 représente un dispositif
10 d'extinction conforme à l'un des modes de réalisation
de l'invention.
La figure 3 montre une alternative au
dispositif d'extinction selon l'invention.
La figure 4 montre un autre mode de
réalisation de l'extincteur selon l'invention.
La figure 5 représente une courbe de
concentration en agent extincteur en un point d'une
zone feu avec un extincteur connu et un extincteur
conforme â l'invention.
Les figures 6A et 6B montrent un exemple de
géométrie de bloc de propergol et les profils de
concentration et débit de gaz associés.
Les figures 7A et 7B montrent un autre
exemple de géométrie de bloc de propergol et les
profils associés.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Ainsi que le montre la figure 2, le
dispositif d'extinction, ou extincteur, 1 comporte une
bouteille 4, par exemple sphérique, qui sert de
réservoir d'agent extincteur 6. La bouteille 4 est de
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préférence sous pression ambiante ; l'agent extincteur
6 peut être un liquide . en effet, le contrôle précis
de la pressurisation décrit ci-après tout au long de
l'éjection de l'agent extincteur hors de la bouteille 4
permet l'utilisation de nouveaux agents extincteurs
difficiles à pulvériser, par exemple à très faible
tension de vapeur saturante (proches de solvants) qui
se présentent plutôt à l'état liquide, notamment dans
la gamme de températures intéressant l'application
aéronautique.
La bouteille 4 comporte un ou plusieurs
orifices de sortie e, qui peuvent être couplés à des
conduites de distribution 10, afin de permettre
l'éjection ~de l'agent extincteur 6 vers une zone à
traiter 12. De façon préférêe, les orifices de sortie 8
sont localisés du côté où l'agent extincteur 6
s'accumule, c'est-à-dire en règle générale vers le bas
de la bouteille 4. Avantageusement, chaque orifice de
sortie 8 est fermé par un dispositif de fermeture 14
afin de garder l'agent extincteur dans la bouteille 4
tant que son action n'est pas sollicitée. En
particulier, si l'orifice 8 est unique, le dispositif
de fermeture 14 peut par exemple être un opercule taré,
c'est-à-dire une membrane, qui se rompt ou s'ouvre dès
que la pression à l'intérieur de la bouteille 4 atteint
un certain seuil. Le dispositif de fermeture 14 peut
également être une vanne, avantageusement contrôlée à
distance, soit par commande manuelle, soit par un
mécanisme de commande couplé par exemple aux moyens de
mettre la bouteille 4 sous pression. D'autres
dispositifs de fermeture 14 sont connus par exemple de
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WO 93/25950 ou US-A-4 877 051, et disponibles dans le
commerce.
Par ailleurs, le dispositif d'extinction 1
comporte des moyens pour générer un gaz sous pression
16 couplés à des moyens 18 pour réguler la pression
dans la bouteille 4. Les moyens 16 pour générer un gaz
sous pression sont connectés à la bouteille d'agent
extincteur 4 par l'intermédiaire d'un conduit 20 et
d'une ouverture 22 sur la bouteille 4. Avantageusement,
l'ouverture 22 des moyens de communication 20 entre le
réservoir d'agent extincteur 4 et les moyens de
génération d'un gaz sous pression 16 est localisée de
façon opposée à l'orifice de sortie 8.
_ Les mo~Tèns 16 pour générer un gaz sous
pression peuvent, dans un mode de réalisation de
l'invention illustré sur la figure 2, consister en un
réservoir de gaz sous pression. I1 est dans ce cas
avantageux de prendre comme moyens 18 pour réguler la
pression dans la bouteille 4 une vanne, ou valve,
localisée sur le conduit 20. La valve peut être
prédéfinie de façon à assurer un débit de gaz dans le
conduit 20 tel que la pression à l'intérieur de la
bouteille 4 suive un profil prédéterminé. Par exemple,
elle peut voir son diamètre d'ouverture dépendre
directement de la pression régnant dans la bouteille 4.
En effet, la pression dans la bouteille 4 dépend
directement de son contenu en gaz sous pression . en
connaissant les dimensions de la bouteille 4 ainsi que
le débit instantané d'éjection de gaz couplé à l'agent
extincteur par l'orifice de sortie 8, il est facile de
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modéliser la loi de pression rêgnant à l'intérieur de
la bouteille 4 en fonction du débit de gaz entrant.
De façon préférée, la valve 18 est
connectée à un dispositif de commande 24 qui permet de
modifier les paramètres, soit manuellement soit en
fonction de commandes mesurées (voir plus loin),
d'ouverture et/ou fermeture de la vanne 18 grâce à une
ligne de commande 26. I1 est également possible de
contrôler la décharge de l'agent extincteur en fonction
de la mesure de sa concentration dans la zone feu 12.
Dans ce cas, on peut avoir une commande simultanée des
organes 18 et 24.
La ligne de commande 26 peut également être
-- utilisée « dans l'autre yens » afin d'utiliser les
paramètres de débit dans le conduit de communication 20
et/ou les paramêtres de pression dans la bouteille 4
pour commander d'autres fonctions du dispositif
d'extinction 1. Par exemple, le système de commande 24,
en réaction à un signal issu de la vanne 18, peut
commander, par la ligne de commande 28, l'ouverture de
la valve 14 située sur la conduite de distribution 10,
afin de la retarder jusqu'à ce qu'une pression minimale
soit atteinte dans la bouteille 4, ou en contrôler les
paramètres d'ouverture afin de les adapter à cette
pression et assurer ainsi une concentration constante
èn agent extincteur 6 sur la zone feu 12. Une autre
possibilité de réaliser la régulation selon l'invention
est d'opérer une commande de régulation 30 directement
sur les moyens 16 pour générer un gaz sous pression.
Par exemple, si du gaz est comprimé mécaniquement, à la
demande, dans un réservoir 16, il est possible d'agir
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sur les paramètres mécaniques afin d'augmenter ou
diminuer la pression générée dans le réservoir 16, et
ainsi de modifier la pression à l'intérieur de la
bouteille 4. Dans ce cas, la valve 18 localisée sur le
conduit de communication 20 peut être simplifiée pour
ne posséder que deux positions, à savoir ouverture et
fermeture.
Un autre mode de réalisation concerne la
présence de plusieurs réservoirs de gaz pressurisé
comme moyens pour générer un gaz sous pression dans la
bouteille d'agent extincteur 4 . voir figure 3. Dans ce
cas, il est possible que chaque réservoir 161, 162 soit
mis en communication avec la bouteille 4 par son propre
conduit 201, 202 muni de sa valvé de régulation 181,
182. I1 est également possible de prévoir une seule
vanne 186 localisé sur un conduit 206 menant à la
bouteille 4 et à plusieurs réservoirs 163, 164, 165
couplés entre eux.
I1 apparaîtra clairement à l'homme du
métier que ces exemples sont illustratifs . d'autres
moyens peuvent être utilisés suivant le principe de
l'invention, pour générer un gaz sous pression afin
d'assurer l'éjection de l'agent extincteur. Des
réactions chimiques, par mélange de produits par
exemple, ou des pompes comprimant un gaz pris dans
l'environnement proche ou éloigné dudit dispositif sont
concevables.
Un autre mode de réalisation concerne ainsi
un générateur de gaz 32 à cartouche pyrotechnique. De
façon avantageuse, et tel qu'illustré sur la figure 4,
le générateur est extérieur à la bouteille 4 ; il est
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constitué d'une enceinte 34 munie d'un dispositif
~3'allumage 36, et contenant une cartouche 38 d'un
matériau pyrotechnique comme le propergol. Les gaz
engendrés par la combustion du matériau pyrotechnique
5 38 sont dirigés vers la bouteille 4 par l'intermédiaire
de l'orifice de sortie 40 de l'enceinte 34. De façon
avantageuse, l'orifice de sortie 40 est muni d'une
tuyêre 42, conformée si possible de manière à ce que la
vitesse du son soit atteinte au minimum de section de
10 la tuyëre 42, ce qui permet d'isoler le générateur de
gaz 32 de la bouteille 4 et ne perturbe donc pas la
combustion du matériau pyrotechnique 38 (en l'absence
de tuyère, la pression est identique dans la bouteille
4 et le générateur 32).
15 Avec un tel dispositif, il est possible de
calibrer le bloc de matériau combustible 38 de façon à
obtenir un débit de gaz sortant de l'enceinte 34 par
l'ouverture 40 déterminé . les moyens de régulation de
la pression sont alors directement intégrés au
générateur de gaz sous pression 32, et une. simple
commande sur le dispositif d'allumage 36, par exemple
par un système similaire à celui décrit dans la figure
2, permet de contrôler la pression à l'intérieur de la
bouteille, et donc en sortie 8 d'extincteur 1 ; ainsi
la concentration d'agent sur la zone feu 12 peut suivre
le profil prédéterminé.
En effet, différentes formules permettent
de relier entre eux les différents paramètres
(pression, vitesse et surface de combustion, débit de
gaz généré,...) afin d'optimiser la géométrie du bloc de
matériau combustible, de l'enceinte, et les conditions
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initiales pour un matériau pyrotechnique afin d'aboutir
au résultat et au débit souhaités. Ainsi, le débit de
gaz engendrê par la combustion d'un matériau
pyrotechnique 38 comme le propergol est .
( 2 ) Q = pS~V~ avec
Q . débit (kg/s)
p : masse volumétrique du propergol (kg/m3)
S~ :surface de combustion du propergol (mZ)
V~ :vitesse de combustion du propergol (m/s)
D'autre part, la vitesse de combustion du
propergol V~ est fonction de la pression régnant dans
la chambre de combustion, appelée également pression
d'arrêt, soit .
( 3 ) V~ = aPn avec
a,n . coefficients dépendant de la composition du
propergol et déterminés expérimentalement
P . pression d'arrêt (Pa)
Le débit de gaz passant à travers une
tuyère s'exprime de la façon suivante .
2 0 ( 4 ) Q = P At avec
Cet
P . pression d'arrêt (Pa)
At . surface au col de la tuyère (m~)
1/Cet . coefficient de débit, dépendant de la nature du
gaz (s/m)
I1 suffit de résoudre ces équations par
itérations, en fonction des caractéristiques
intrinsèques du propergol choisi (p, a, n, Cet) et des
conditions d'éjection du gaz inerte (At, P, V~) telles
que souhaitées pour contrôler le débit Q du gaz
engendré par 1a combustion du matériau.
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Le contrôle du débit Q entraîne alors un
contrôle de la pression régnant dans la bouteille 4 au
cours du temps et de l'écoulement.
En particulier, il est souhaitable d'avoir
une concentration optimale d'agent extincteur 6 dans la
zone feu 12. Sur la figure 5 est donné un exemple de
réalisation de courbe de concentration d'agent
extincteur en sortie d'extincteur 1 selon l'invention.
La courbe 44 représente la concentration en agent
extincteur en un point d'une zone feu 12 selon l'art
antérieur tandis que la courbe 46 représente la
concentration en agent d'extincteur en un même point
d'une zone feu avec un dispositif conforme à
l'invention, dont la loi de débit est choisie pour être
« en créneau ~, c'est-à-dire un débit pratiquement
constant au cours de l'éjection d'agent extincteur
pressurisé (à savoir pendant la combustion du bloc
pyrotechnique dans le cas où cette solution est
adoptée) à l' exception des phases de mise en régime et
d'arrêt. La limite 48 correspond aux critères de la
réglementation en vigueur dans l'aéronautique. Comme on
peut le voir sur cette figure, il est possible de gérer
la pression dans la bouteille de manière à avoir une
concentration constante pendant un laps de temps défini
ou d'avoir une concentration évolutive en fonction des
besoins sur la zone feu considérée. De ce fait, le
dispositif selon l'invention permet de créer des
créneaux de concentration carrés (ou autres si
nécessaires) ce qui permet d'améliorer la capacité
d'extinction en augmentant le temps de simultanéité au-
dessus du seuil de concentration d'agent extincteur
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nécessaire â l'extinction et/ou de diminuer 1a masse
d'agent à embarquer poux une même efficacité
d'extinction attendue.
En particulier, le profil prédéterminé de
pression obtenu grâce à la régulation selon l'invention
peut être tel que la pression est quasi-constante dans
le réservoir pendant une certaine durée habituellement
supérieure â 2 s, c'est-à-dire que la pression ne varie
pas plus de 10 %, de préférence moins de 5 %, voire
moins de 2 % par rapport à une valeur nominale. La
pression peut suivre, pour ce palier, un profil
linéaire, ou être sous la forme d'une gaussienne
aplatie
La durée du profil général de régulation
peut être supérieure à ce palier, par exemple de
l'ordre de 6 s. Durant la période concernée par la
régulation, il est possible ainsi de considérer par
exemple des seuils différents de concentration en zone
feu, et d'avoir ainsi une suite de paliers de
pressions, ou une gaussienne aplatie suivie d'une
décroissance linéaire contrôlée.
Exemple
Dans le cadre de cet exemple, l'agent
extincteur 6 est considéré comme ayant des
caractéristiques proches de celles du halon. En
particulier, sa pression de vapeur saturante est telle
que, du fait de la pressurisation, il est à l'état
liquide et supposé incompressible dans la bouteille 4
et dans la tuyauterie d'alimentation 10 jusqu'au niveau
de la buse d'éjection. En aval, il est pulvérisé et se
vaporise dans la zone feu 12.
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Grâce aux moyens de régulation de la
pression, on peut définir une première phase (dite de
« booster ~) pendant laquelle la durée pour atteindre
une concentration en agent dans la zone feu 12
concernée supérieure ou égale à celle permettant
l'extinction est fixée. Dans cette première phase, on
sait qu'au temps t = 0, la concentration est nulle,
d'où .
(1) C1(t)= ~i ~1-eXp - Qr +Qi t
Qr ~- Qi V
En négligeant les pertes de charges dans la
canalisation 10 entre la bouteille 4 et la zone feu 12,
on obtient un débit instantané Qi dans la zone feu 12 .
Qm = ~-Sb- (2Pi. (Pi-Pa) ) °.s~ avec . '
Itb coefficient de débit de la buse d'éjection 10,
Sb surface de passage de cette même buse d'éjection,
pi masse volumique de l'agent extincteur 6 en phase
liquide,
Pi pression régnant dans la bouteille 4,
Pa pression régnant dans la zone feu 12.
Suite à cette phase, il est souhaitable de
maintenir la concentration dans la zone feu à un niveau
voisin de celui atteint en fin de la première phase .
phase de « sustainer ~. On a alors .
( 1 ) Cz( t ) = Cm~ - Qi . eX Qr + Qi ~ t + Qi = Cte
Qr + Qi V Qr + Qi
Qr
ce qui entraîne Qi2 =Cm~ .
C max
En particulier .
- soit une bouteille 4 de 8 litres, sous une pression
de 50 bars avant ouverture de l' orifice d' éj ect ion 8
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(avec une buse d'éjection 10 de caractéristiques
Kb = 0, 85 et Sb = 9, 8 . 10-6 m2) , dont l' agent extincteur
6 a une masse volumique pl = 1538 kg/m3 en phase
liquide et pg = 6,647 kg/m3 en phase gazeuse,
5 - on souhaite agir sur une zone feu de volume
V = 5,04 m3 à la pression P$ = 1 atm, qui subit un
renouvellement d'air Qr = 0,59 m3/s,
- on choisit d'atteindre la quantité Cm~ de 7 % au bout
de 2,8 sec ;
lo on obtient un débit dans la zone feu 12 lors de la
première phase égal à Qil = 1,023 kg/s soit 0,665 1/s
d'agent extincteur liquide sortant de la bouteille ; en
deuxième phase, le débit est de Qi2 = 0,29 kg/s soit
0,19 1/s- de liquide sortant de la bouteille, -~e qui
15 impose une pression dans la bouteille de 4,94 bar.
Tel que précisé plus haut, le gaz
nécessaire à la pressurisation de la bouteille peut
être stocké dans une enceinte sous pression 16 avec un
dispositif de régulation de débit installé entre cette
20 enceinte et la bouteille 4. I1 est également possible
d'utiliser un générateur de gaz pyrotechnique 32. Les
calculs seront effectués avec un propergol, choisi
uniquement à titre illustratif et non limitatif, dont
les caractéristiques sont les suivantes .
Cet = 1034 m/s
p = 1600 kg/m3
a = 1,7.10-6
n = 0, 5
rendement gazeux de gaz généré par masse brûlée .
1, 2 1/g
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Le débit que l'on désire est donc lors de
ïa première phase Qil = 0, 665 1/s, soit un débit de gaz
50.0,665
sortant du générateur . Q= =27g/s=0, 027 kg/s
1,2
La vitesse de combustion dans la chambre,
a et donc l'épaisseur à brûler Ep pendant les 2,8
secondes que dure la première phase et pendant laquelle
on essaie de garder la pression P de l'ordre de
50 bars, est .
(3) V~ = 1, 7.10-6. (5. lOs) ~.s _ 3, 8.10 3 m/s
Ep = 2,8.V~ = 10,6 mm
Ceci équivaut à une surface de combustion .
(2) S~ = Q =4440mm2
._
Pendant la deuxième phase, le débit est
Q;,2 = 0, 19 pour Pi = 4, 94 . Le débit du générateur est
donc Q = 0,19.4,94 = 0,94 1/s = 0,78.10-3 kg/s, ce qui
mène à une surface de combustion S~ = 406 mmz pour une
durée de 3,4 secondes.
Les surfaces (4440 et 406 mm2) peuvent être
obtenues de plusieurs façons, avec des blocs brûlant
sur une seule face (K en cigarette ~.), sur plusieurs
faces, chaque face pouvant être partiellement inhibée,...
La forme â donner au bloc dépend des conditions de
manufacture, de l'évolution de surface, mais aussi du
mode d'allumage (â un côté ou sur une surface par
exemple). Il est possible d'optimiser l'évolution de la
surface de combustion au cours du temps pour obtenir
une loi de débit comme souhaitée.
Un exemple de réalisation de bloc 60 est
illustré en figure 6A. La surface de combustion pour la
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phase ~ booster », est une face 62 circulaire de rayon
R ; pour la phase ~ sustainer », le débit souhaité
étant beaucoup plus faible, la surface de combustion se
limite à une couronne 64 de rayon externe R et
d'épaisseur E. La combustion de cette couronne de
propergol ne débute que lorsque la face pleine 62 de
rayon R s'est déjà consumée (le bloc 60 brûle en
cigarette de gauche à droite, à l'exception des
surfaces inhibées 66). En prenant R - 37,6 mm, et
E = 2 mm, on obtient les surfaces de combustion
adéquates, avec l'épaisseur à brûler EP = 10,6 mm.
Pour la deuxième phase, l'épaisseur à
brûler (dans le sens axial) est au moins égale au temps
de combustion multiplié.par la vitesse de combustion, à
la pression de fonctionnement, soit Ep2 = 4,1 mm. I1 est
possible d'augmenter cette épaisseur si la tenue
mécanique du bloc de propergol 60 le nécessite . on
est, à ce moment, en fin de vidange de la bouteille 4
et la durée de combustion peut être rallongée sans
aucune pénalité autre gue la masse de propergol.
Tel qu'on le voit sur la figure 6B, dans la
phase « booster », la surface de combustion importante
du bloc de propergol 60 conduit rapidement à une
génération de gaz suffisante pour élever la pression
dans la bouteille jusqu'à 50 bars. A cette pression, le
volume d'agent extincteur sortant de la bouteille
(après rupture de l'opercule), est juste équilibré par
le volume entrant de gaz généré par la combustion du
bloc, et il y a donc stabilisation de la pression à
50 bars et du débit d'agent qui reste aussi constant.
Ce débit d'agent extincteur cause l'augmentation rapide
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de la concentration C en agent extincteur dans la zone
feu, jusqu'à atteindre le maximum désiré, soit 7 %.
A ce moment, l'é~rolution de la combustion
du bloc 60 est telle que la surface de combustion se
réduit à la surface annulaire 64. Le débit de gaz n'est
plus suffisant pour entretenir une pression de 50 bars
dans la bouteille, et un nouveau régime d'équilibre
s'établit entre le volume de gaz entrant et le volume
d'agent sortant, à la pression d'environ 5 bars. Avec
cette pression, le débit d'agent est tel que la
concentration en agent dans la zone feu reste constante
(ou quasi-constante) au niveau atteint en fin de
première phase, soit 7 %.
La fin de la phase « sustainer » est
atteinte quand la bouteille d'agent est vide. On entre
ensuite dans la phase appelée « renouvellement » où la
concentration en agent extincteur baisse rapidement,
alors que la zone est ventilée.
I1 est à noter qu'il est également possible
d'utiliser deux propergols différents pour les deux
phases de combustion, ce qui permet d'avoir un degré de
liberté supplémentaire sur la surface de combustion.
Ces paramètres sont calculés à titre
indicatif, et il est clair que des modifications sont
envisagées. L'homme du métier déterminera facilement
les différentes options à sa disposition pour coller au
mieux à ses souhaits, et notamment pour que la pression
à l'intérieur de la bouteille 4 suive le profil de
concentration d'agent extincteur idéal pour
l'utilisation escomptée.
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En particulier, suivant l'application, on
peut désirer plus de deux phases. Par exemple, pour une
zone de feu de volume V - 4,39 m3 assez fortement
ventile avec un dbit de renouvellement d'air
Qr = 2,99 m3/s, on souhaite une phase booster
similaire la prcdente. On souhaite galement
maintenir cette concentration pendant une premire
phase sustainer 1 d'une dure de 3 s, puis faire un
autre palier dans une phase sustainer 2 de dure de
2,9 s une concentration de 6 % et ce jusqu' la
vidange totale de la bouteille.
Les calculs se font de manire identique
ceux effectus pour l'exemple prcdent avec les
nouvelles valeurs numrique, et on obtient .
- phase booster . dbit d'agent = 1,728 kg/s sous
une pression de 50 bars, ce qui mne une surface de
combustion de 7695 mm2 avec les caractristiques
donnes prcdemment ;
- phase sustainer 1 . dbit d'agent = 1,497 kg/s
sous une pression de 37,8 bars, ce qui mne une
surface de combustion de 5795 mm2 ;
- phase sustainer 2 . dbit d'agent = 1,2 kg/s sous
une pression de 27,4 bars, ce qui mne une surface de
combustion de 4186 mm2.
Une forme potentielle de bloc de propergol
70 permettant le fonctionnement tel que spcifi est
donne en figure 7A, le bloc brlant en cigarette de
gauche droite, l'exception des surfaces inhibes
72 ; le profil de concentration ainsi obtenu avec
l'utilisation d'un tel bloc est illustr en figure 7B.
Les longueurs sont les suivantes .
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R = 49,5 mm EP = 10,6 mm
R1 = 24,6 mm EP1 = 9,9 mm
R2 = 3 3 , 4 mm EP2 >_ 8 , 1 mm
Par ailleurs, et tel que montré sur la
figure 2, il est possible de prévoir des moyens pour
détecter la concentration en temps réel de l'agent
extincteur 6 sur la zone feu 12, par exemple par la
5 présence d'un capteur localisé en zone feu 12 ou sur la
conduite 10. La concentration dêtectée 50 peut être
utilisée par les moyens de commande 24 pour réguler
plus finement la pression à l'ïntérieur de la bouteille
et/ou l'ouverture de la vanne 14 d'éjection.
10 D'autres paramètres peuvent être pris en
compte pour contrôler les moyens de régulation 18 de la
pression dans la bouteille. Par exemple, un signal 52
issu d'un détecteur d'incendie peut être utilisé comme
déclencheur de l'ouverture des moyens de communication
15 20 entre réservoir pressurisé 16 et bouteille
d'extincteur, ou comme déclencheur d'un mécanisme
d'allumage 36 dans le cas d'un générateur de gaz 32. Il
peut être préférable de prévoir un dispositif de
neutralisation 54 des moyens de commande 24. I1 peut
20 également être utile de prévoir un dispositif de
déclenchement manuel 56 sur le boîtier de commande 24
et/ou les moyens de régulation de la pression 18.
La description présentée ci-dessus n'exclut
naturellement pas toutes les alternatives que l'homme
25 du métier ne manquera pas de relever. pour réaliser un
objet selon l'invention. En particulier, diverses
combinaisons sont possibles entre les différents modes
de réalisation présentés. Par ailleurs, si des moyens
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de commande 24 sont ici centra.Lisés peur contrôler les
différents mécanismes, il est c~air qu'il est
envisageable de ne pas avoir de boitier de contrôle
unitaire mais des commandes séparées pour chaque
capteur et/ou dispositif à commander.
