Brevet FR2027672A1 — publié le 19701002

i 2027672 La présente invention concerne d'une façon générale les éléments de protection et d'étanchéité pour des dispositifs contenant une charge de liquide et en particulier un dispositif pour empêcher 1'endommagement du fait de la dilatation d'un fluide dans un tel 5 dispositif. Il existe de nombreux appareils contenant une charge de liquide dans lequel un gaz est dissous , cette charge étant enfermée ou limitée dans des éléments fragiles» Un grand nombre de ces appareils sont des appareils électro-chimiques, la charge de liquide XO étant un électrolyte et l'élément fragile pouvant être une électro-de, un catalyseur ou une membrane semi-perméable. La charge de liquide est en général enfermée de façon étanche dans l'appareil par une enceinte rigide» Cependant, dans le cas drappareils utilisés dans des condit ions environnantes telles que celles rencontrées ^5 dans la mer, dans les couches supérieures de l'atmosphère ou dans l'espace interplanétaire, il existe des problèmes spéciaux résultant des variations importantes de la pression et de la température. En particulier, les variations de la température et de la pression provoquant le dégagement du gaz de la charge de liquide ou la dila-20 tation du liquide lui-même peuvent provoquer des contraintes appréciables agissant sur les éléments fragiles enfermant le liquide et pouvant par suite endommager ces éléments. Il en résulte que ces appareils ne conviennent pas pour de telles applications„ L'invention a pour objet un dispositif pour protéger les 25 éléments fragiles d'un appareil contenant une charge de liquide enfermée. L'invention a aussi pour objet un dispositif permettant la dilatation d'un fluide d'une charge d'un liquide enfermé tout en assurant l'étanchéité pour ce fluide» Conformément à l'invention, un appareil du type considéré 30 ci-dessus comporte une vessie ou poche mince dilatable formant une paroi étanche autour d'une charge de liquide contenant, un gaz dissous et un élément fragile adjacent à cette charge. Quand un gaz est dégagé du liquide ou en. cas de dilatation du liquide, la vessie est déformée pour supprimer toute pression sur les autres éléments 35 enfermant la charge de liquidez- Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel; 69 45711 2 2027672 la figure 1 est. une eoupe axiale d'un appareil détecteur comportant un dispositif selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, et la figure 2 est une coupe d'une vessie en deux couches 5 suivant un autre mode de mise en oeuvre de l'invention» La figure 1 représente en coupe un détecteur d'oxygène comportant un dispositif suivant un mode de mise en oeuvre de l'inven-tion„ L'appareil représenté sur la figure 1 comporte une boîte de forme générale cylindrique 1 comportant une extrémité supérieure 10 taraudée dans laquelle est vissée une bague métallique filetée 2„ L'extrémité inférieure ouverte de la boîte 1 est fermée par une pièce en matière plastique isolante 3» Cette pièce 3 comporte deux parties saillantes reliées par une partie dépassant latéralement en forme de rondelle qui porte sur une vessie dilatable 4 15 décrite plus en détail ci-après. La partie saillante de plus grand diamètre de la pièce 3 comporte un filetage extérieur pour sa fixation au moyen d'une rondelle 5 et d'un écrou 6. Un trou taraudé de remplissage traverse axialement la pièce 3 et il est fermé par une vis en matière plastique 7 qui facilite le remplissage avec un 20 électrolyte liquide 8 pour former une charge liquide» La partie saillante ou bossage de plus petit diamètre est engagée dans une anode cylindrique poreuse 9 qui peut être en n!importe quelle matière convenable, par exemple, en cuivre, en cadmium ou en argent. Une cathode poreuse en forme de disque 12 portant sur le 25 côté supérieur une couche d'or ou de platine à l'~état métallique, est placée au-dessus de la charge de liquide pour servir à la fois comme catalyseur et comme électrode„ Le disque poreux 12 est en métal fritté assez fragile,, Un Joint étanche aux fluides est établi autour du disque poreux 12 par la partie supérieure de la vassie 4 30 qui est maintenue sous pression contre la surface supérieure du disque 12 par une rondelle 13 serrée contre la vessie par la bague filetée 2» Des conducteurs isolés 10 et 11 traversent de façon étanche la pièce 3 et sont connectés respectivement à l'anode 9 et à la catho-35 de 12 de la façon représentée.Les autres extrémités, ou extrémités extérieures des conducteurs 10 et 11, sont connectées à une charge représentée par une résistance 14 qui peut être d'après l'utilisation du détecteur l'enroulement d'un appareil de mesure, l'enroulement 69 45711 3 2027672 d'un, relais-étalonné ou un élément d'un instrument similaire„ Une rondelle en feutre de polyamide 15 saturée de 1?électrolyte 8 isole électriquement la cathode 12 de l'anode 9« Une barrière ai matière plastique 16 perméable aux gaz, de même diamètre qiB la cathode 12, 5 est placée entre cette cathode et la rondelle 13 pour régler la vitesse de pénétration de l'oxygène vers la cathode. Pendant l'utilisation, l'oxygène diffusant à travers la barrière 16 traverse la cathode 12 dans laquelle il se combine avec l'eau de 1'électrolyte en recevant des électrons de la cathode 12 et en formant des ions 10 hydroxyle. La matière de l'anode 9 (par exemple du cuivre) perd des électrons qui circulent à travers le conducteur 10, la charge 14 et le conducteur 11 vers la cathode 12. Le cuivre se combine avec les ions hydroxyle de 1'électrolyte 8 en formant de l'oxyde cuprique et de l'eau. Comme toutes ces réactions ont lieu dans des conditions 15 stoechiométriques en accord avec les lois de Faraday de l'électrolyse, le courant traversant la charge est une mesure de la vitesse d'arrivée de l'oxygène à la surface de l'électrode 12, et par suite de la pression partielle de l'oxygène sur le côté exposé de la barrière 16. L'utilisation de la vessie dilatable 4, d'une forme sensi-20 blement cylindrique autour de la charge d'électrolyte empêche l'endom-magement par un dégagement de gaz à partir du liquide ou la dilatation du liquide d'éléments fragiles tels que le disque fritté 12 et l'anode poreuse en cuivre 9. En cas de dilatation du liquide ou de dégagement de gaz à partir du liquide, la vessie dilatable 14 est 25 déformée radialement vers l'extérieur du fait de la pression exercée par le liquide ou les gaz. Le fluide pouvant être contenu dans l'espace compris entre la surface extérieure de la vessie 4 et la surface intérieure de la boîte 1 échappe à travers des évents 17 de la paroi de la boîte auand la vessie est dilatée radialement vers l'ex-3C térieuro L'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure cfela vessie 4 sont serrées entre des éléments du détecteur pour établir des joints étanches pour le fluide contenu dans l'appareil. Pour un fonctionnement satisfaisant, la vessie '4 doit être suffisamment dilatable pour pouvoir être facilement gonflée 35 pour suivre rapidement la dilatation du fluide et pour empêcher ainsi quuie pression de fluide n'endommage les éléments fragiles en contact avec le fluide. Il est préférable, mais pas nécessaire, que la vessie soit en matière élastique afin qu'elle puisse subir un allongement 69 45711 4 2027672 récupérable pour l'adaptation à la dilatation du fluide. Par exemple, la vessie dilatable peut comporter une partie ondulée déformée pour l'adaptation à la dilatation du fluide sans que cette dilatation dépende d'une élasticité de la matière de la vessie. Bien entendu, les 5 ondulations doivent être suffisamment souples pour permettre la déformation de la partie ondulée- La vessie doit aussi être en matière inerte par rapport au fluide contenu dans l'appareil et empêchant le passage de contaminants, solides ou fluides, vers la charge de liquide à travers la vessie. Par suite, la vessie peut être en une 10 couche, en plusieurs couches ou comporter des revêtements, les matières préférables étant des matières plastiques et des caoutchoucs synthétiques ou naturels. La vessie de la figure 1 est une pièce en une seule couche de chloroprène. La figure 2 représente une vessie à deux couches comportant du chloroprène à l'intérieur et du caout-15 chouc "butyle" à l'extérieur, le chloroprène étant inperméable à 1'électrolyte 8 contenu dans le détecteur et le caoutchouc "butyle" empêchant la diffusion de l'oxygène à travers la vessie vers l1électrolyte 80 Une vessie selon l'invention peut être utilisée pour de 20 nombreux autres appareils tels que des détecteurs d'hydrogène, des piles à combustible et des piles ou accumulateurs quand un élément fragile est situé à côté d'une charge de liquide et quand l'appareil peut être soumis à des variations importantes de la pression et de la température. Des exemples de certains éléments parmi les plus 25 fragiles devant ainsi être protégés sont des éléments hautement poreux, des membranes minces tendues de façon importante et des membranes très minces en acier et en aluminium. Le dispositif de protection selon l'invention n'est en général pas nécessaire quand les conditions environnantes sont nor-30 maies. Par contre, il est nécessaire quand un appareil est soumis à des variations importantes de la température ou de la pression. Par suite, un dispositif selon l'invention est particulièrement utile quand le milieu environnant est de l'eau, les couches atmosphériques supérieures, l'espace interplanétaire, des chambres contenant un 35 milieu environnant dans lesquelles la pression et la température peuvent être substantiellement différentes des conditions atmosphériques normales, et dans certaines régions de la surface de la terre dans lesquelles il existe des températures ou des pressions extrêmes, 69 45711 5 2027672 par exemple les régions tropicales, les régions polaires et les hautes altitudes» Il résulte de ce qui précède que l'invention apporte un moyen simple et peu coûteux pour protéger les éléments fragiles con-5 tre les pressions de fluides, ce dispositif pouvant être utilisé dans un appareil sans modification ou avec très peu de modification et pouvant servir aussi comme dispositif d'étarcbéité aux fluides, Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres 10 variantes sans que l'on sorte de son cadre„ 69 45711 6 2027672 5EVENDXGATIONS 1 - Appareil comportant un élément contigu à une charge de liquide contenant un gaz dissous, caractérisé par une vessie dilatable formant avec cet élément une enceinte scellée 5 autour de la charge de liquide, cette vessie g"adaptant au dégagement de" gaz à partir de la charge de liquide et à la dilatation thermique de la charge de liquide pour empêcher l'action de la pression du fluide sur l'élément, 2 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en 10 ce que la vessie est élastique. 3 - Appareil selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la vessie a une forme générale cylindrique et peut subir une dilatation radialement. 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3 15 caractérisé en ce que la vessie est imperméable au liquide contenu dans l'appareil et est pratiquement imperméable aux gaz. 5 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la vessie est au moins partiellement en chloroprène . 20 6 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la vessie est formée au moins de deux couches » 7 - Appareil selon la revendication 6 caractérisé en ce que la vessie comporte une couche de chloroprène et une couche 25 de caoutchouc "butyle".