Brevet FR2060266A1 — publié le 19710618

La présente invention aessentiellement pour objet une soupape perfectionnée en particulier pour générateurs électrochimiques pouvant fonctionner de façon étanche. On connait des soupapes, en particulier pour générateurs éleekochimiques, susceptibles de mettre en communication une enceinte avec un milieu extérieur, et comprenant un corps élastiquement compressible , constitué en un matériau alvéolaire à cellules fermées remplies de gaz, formant obturateur monté dans un logement, une cavité ou analogue, dont les parois forment siège pour ledit corps, laquelle cavité ou analogue s'ouvre dans ladite enceinte et communique avec ledit milieu extérieur par au moins un orifice, ledit corps étant comprimé sur son siège afin d'obturer cet orifice tant que des conditions données de pression différentielle ne sont pas atteintes entre ladite enceinte et ledit milieu, et permettant de dégager ledit orifice par sa déformation élastique consistant en une diminution du volume en établissant ainsi le passage direct des gaz de 11 enceinte vers le milieu extérieur lorsque des conditions données de pression différentielle apparatssent. Ce type de soupape empêche enpermanence la pénétration à ltintérxur de l'enceinte des fluides venant de l'extérieur tout en permettant la sortie vers l'extérieur des gaz ayant atteint une certaine surpression à llintérieur de lfenceinte. Dans ce type de soupape, l'étanchéité est assurée grâce à la compression du corps compressible précité sur une surface relativment limitée entourant ledit orifice.Il en résulte une déformation locale permanente de ce corps, habituellement constitué en caoutchouc alvéolaire ou analogue, déformation résultant des irrégularités de répartition des contraintes de compression dans la masse compi- mée de lUlastomère, ce qui entraîne un vieillissement plus rapide des zones les pluscomprimées, c'est à dire des zones qui se trouvent au voisinage dudit orifice et qui sont les plus importantes pour le fonctionnement de la soupape. Ce phénomène est d'ailleurs facile à constater expérimentalement. En démontant une soupape de ce type on trouve un élastomère portant l'empreinte de ldrifice sur une face qui est, de surcroît durcie par rapport à l'autre face. Le remplacement des élastomères des soupapes ntétant pas toujours possible et représentant quant il l'est -une dépense supplémentaire, l'invention a pour objet de remédier aux difficultés mentionnées en prévoyant une soupape perfectionnée dans laquelle la cause de vieillissement local de 11 élastomère est supprimée. Les. soupapes selon l'invention ont donc une durée de vie plus importante que les soupapes connues. Elles sont en outre de conception très simple, donc faciles à fabriquer et peu coûteuses Une soupape selon l'invention se caractérise notamment en ce qu'un corps élastiquement compressible et monté, radialement comprimé dans un logement qui comprend une entrée vers l'intérieur de l'enceinte, une sortie vers l'extérieur et une paroi latérale, continue, sans orifice, ledit corps compressible portant contre ladite paroi selon au moins une bande de hauteur appréciable, établissant ainsi une fermeture continue entre l'intérieur et l'extérieur Ce corps se trouve ainsi très fortement comprimé à partir de son-pourtour en contact avec ladite paroi tandis que ses deux sentions extrêmes ne se trouvent pratiquement soumises à aucune compression lors du montage Suivant un mode de réalisation préféré, ledit corps compressible est monté à la manière dsun bouchon dans ledit logement qui a la forme d#un goulot de bouteille ou analogue, la partie inférieure dudit goulot formant l'entrée précitée et sa partie supérieure formant la sortie précitée. AvaSageusement la matière qui constitue ledit corps est un élastomère à pores fermés . Comme il apparaîtra plus clairement plus loin, le-fontionnement d'une telle soupape est entièrement nouveau. En cas de surpression déterminée à l'intérieur de l'en- ceinte, le gaz s'immisce entre le corps élastiquement compressible et la paroi adjacente du logement dans lequel le corps est monté comprimé , et chemine sous forme de bulles ou-de microbulles vers en endéformant localement ledit corps compressible sur la surface de la bande précitée qui matérialise le contact entre ledit corps et la paroi adjacente dudit logement.En effet, ce cheminement se trouve favorise par l'apparition d'une surpression à l'in- térieur de l'enceinte, cette surpression se traduisant pratiquement par une compression supplémentaire dans le sens axial à partir de l'intérieur. Guette compressinn supplémentaire combinée avecla compression latérale exercée par la paroi latérale du logement a pour effet de provoquer une réduction du volume du corps élastiquement compressible, ce qui provoque à son tour une application moins énergique dudit corps contre la paroi latérale du logement , d'oui la possibilité accrue pour les gaz de-se glisser entre ladite paroi et ledit corps. En d'autres termes, quand la pression augmente progressivement dans lteneente, le fluide sous pression sedéplace par petites quantités, pouvant s'apparenter à des bulles ou desmicrobulles, entre la paroi duXogement et le corps élastiquement compressible qui s'écarte de ladite paroi pour laisser avancer la microbulle en se refermant derrière elle pour s'appliquer à nouveau sur ladite paroi. Ainsi cette compression locale du corps compressible ne peut entraîner le phénomène de vieillissement local défini plus haut, puisqu'il n'y a pas déformation permanente au contact dtune surface rigide, mais déformation transitoire non localisée au même emplacement puisqu'elle semanfeste au contact d'un fluide sous pression qui chemine au hasard par petites quantités. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'illustration de quelques exemples non limitatifs de l'invention . Dans ces dessins: - la figure 1 est une vue éclatée en coupe axiale montrant un mode de réalisation d'une soupape fabriquée suivant l'invention; - la figure 2 montre la même soupape en vue assemblée - les fulgures 5 à 6 sont des schémas illustrant le fonctionnement de la soupape, les déformations ayant été exagérées dans ces schémas - les figures 7 et 8 sont des vues semblables respectivement à celles des figures 1 et 2 et relativement à une variante- ; ; - la figure 9 montre en cuve avec arrachement une autre réalisation d'une soupape conforme à lXinvention montée sur un générateur électrochimique. Suivant le mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2 une soupape conforme à l'invention comprend essentiellement un obturateur O fabriqué en un corps élastomère à pores fermés et non communiquants qui est monté dans un logement L qui s'ouvre d'un côté vers l'intérieur de l'enceinte 11 et de l'autre côté vers le milieu extérieur 12. Comme il apparaît clairement à la figure 1, le logement L étant formé par un trou cylindrique par exemple circulaire, le diamètre d de ce trou est inférieur au diamètre D de l'obturateur O à l'état non comprimé. Autrement dit, dans cet #exemple, l'obturateur O est enfoncé à la manière d'un bouchon comprimé radialement dans le goulot d'une bouteille, dont l'axe est repéré z'z dans la figure 1, aucune compression ne s'exerçant pratiquement sur les sections transversales. Dans l'exemple représenté la hauteur h axiale du logement t est sensiblement égale aux trois quart de son diamètre d. Une barre 15 vient en outre coiffer 11 obturateur 0 de façon à le maintenir en place lorsqu'il est soumis à une surpression interne, la baze 13 étant par exemple soudée en 14 sur la paroi 15 dans laquelle est ménagé le logement B. On se reportera maintenant aux figures 3 à 7 pour donner une explication possible du fonctionnement de la soupape. Dans la figure 3 on a montré l'obturateur O monté comprimé radialement dus le trou du logement t dont la paroi a été repérée en p. Cette figure correspond au moment où les pressions régnant à l'intérieur de l'enceinte en 11 et à l'extérieur en 12 sont égales, et par exemple équivientes à la pression atmosphérique Pa. Du fait du montage à force de l'obturateur O dans le logement X, la partie de l'obturateur O qui est en contact avec la paroi p du logement L suivant une surface continue de préférence cylindrique subit une contrainte radiale de compression qui va en diminuant lorsqu'on s'éloigne #de la paroi p. Pour la clarté et la simplification de l'exposé, on a repéré en 17 une ligne choisie arbitrairement séparant une zone extérieure plus comprimée d'une zone intérieure moins comprimée, étant bien entendu que le#s variations de compression peuvent être plus ou moins importantes sion la constitution du corps élastiquement compressible selon le degré de compression latérale.# La pression à l'intérieur de enceinte il augmentant de Pa à ~à +aS P) la surface de l'obturateur O en contact avec le fluide sous pression se déforme comme illustré à la figure 4.Dans cette figure on retrouve la ligne arbitraire 17 séparant une zone exté rieure plus comprimée d'une zone intérieure moins comprimée, et l'on a tracé des lignes intermédiaires 16, 18 qui suggèrent variation du gradient de compression dans l'obturateur . On observe également à la partie inférieure des décrochements 19 de l'obturateur le long de la paroi p . Ces décrochements provien nent~du fait de la discontinuité de la matière alvéolaire portant contre la paroi. On voit ainsi que ledit corps a subi une certaine diminution de volume,- ce qui a pour effet de provoquer une diminution de l'application de ltélastomère poreux contre la paroi latérale du logement. Un moment plus tard, la pression continuant à augmenter dans l'enceinte 11, pour unepression Pa +est, du gaz s'immisce en 19 entre la paroi p et l'obturateur formant ainsi une microbulle de gaz 20 qui a été très fortement agrandie pour la clarté du dessin. Dans la figure 5, de même que dans la figure 4, on a repéré en 17, 16 et 18 les diverses lignes figurant le gradient de-compression dans l'obturateui#. Un instant plus tard, comme montré à la figure 6, la bulle de gaz 20, poussée en avant par les parties plus comprimées de 11 obturateur qui sont situées en arrière, a cheminé pour venir en 21 le long de la paroi p , l'élastomère se refermant derrière cette bulle. Lorsque la bulle arrive a la partie supérieure du goulot que forme la paroi p du logement X, elle peut s'échapper à l'extérieur 1-2. De cette manière, un peu de gaz s'échappe de enceinte vers l'extérieur, et on retrouve sensiblement les conditions de la figure 4. il s'agit là, bien entendu, d'une explication schématique constitust une tentative pour mieux comprendre le résultat obtenu grâce à la présente invention, les phénomènes réels pouvant etre plus complexes. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 7 et 8,le logement t a la forme d'une cheminée qui est solidaire de la paroi supérieure 22 d'un bac de générateur électrochimique. L'obturateur O est monté comprimé radialement comme dans les figures 1 et 2, mais il est empêché de sortir vers l'extérieur 12 grâce à un capot ou analogue rapporté 23 qui coiffe la cheminée, des rainures 24 ou analogues étant prévues par exemple dans la paroi intérieure du cap@t 23 pour le passage des gaz vers l'extérieur. Suivant le mode de réalisation illustré dans la figure 9 qui concerne un accumulateur alcalin cadmium-nickel ou cadmiumargent, la soupape comprend un obturateur O ou #un élastomère à pores armés qui est monté dans une pièce 25 formant couvercle d'un générateur électochimique 26. te couvercle métallique 25 est serti par l'intermédiaire d1un joint isolant 27 dans la paroi métallique 28 du générateur . Pour recevoir l'obturateur O la pièce 25 présente une cheminée 2:9 formant le logement L qui reçoit 1 t obturateur. Pour éviter que l'obturateur O ne puisse sortir du logement L on peut poser, par exemple élastiquement à force, un capot métallique 30 analogue au capot 23 des figures 7 et 8. Ce capot peut en outre servir de borne de prise de courant pour le générateur. Au besoin, pouzn le cas d'un vide éventuel, on peut prévoir une pièce (non représentée) pour maintenir l'obturateur O du côté intérieur. Un collecteur (non représenté) relie les électrodes d'une polarité au couvercle 25. Dans cette réalisation le fonctionnement de la soupape est évidemment semblable à celui qui a été précédemment décrit. Divers essais ont été effectués de manière à déterminer une plage de fonctionnement étagé de soupapes selon l'invention. tes essais ont été effectués en modifiant la nature du corps élas tiquement compressible, les formes et dimensions relatives du corps et du logement, ainsi que les taux de compression radiale du corps compressible Des résultats très satisfaisants ont été obtenus avec des élastomères ayant- une porosité initiale de l'ordre de 50 à 80 fo et travaillant dans des conditio-ns temps que la porosité résiduelle après miseen place du co#sdans son logement est de Lardre de 10 à 50 %06 tes exemples donnes ci-après illustreront mieux ces essais. Exemple 1 Dans un logement cylindrique présentant un diamètre d égal à 4mm, on a introduit en le comprimant radialement un obturateur cylindrique constitué en néoprène à pores fermés ayant une poro sité de 60 % et présentant un diamètre initial D égal à 6mm. Un calcul simple montre que dans ce cas, compte tenu de la quantité de néoprène (non compressible) contenu dans la masse spongieuse à pores fermés qui forme l'obturateur, la porosité résiduelle de l'obturateur en place est de l'ordre de 10 %. Une telle soupape fonctionne dans ces conditions pour une surpression de l'ordre de 4 à 5 bars. tes essais ont montré que la hauteur h de l'obturateur n'avait pas d'influence notable sur le fonctionnement de la soupape, pourvus qu'elle ne soit pas trop restreinte. Une hauteur de tordre de 3,5 à 4,5 mm convenait parfaitement. Exemple 2 Dans cet exemple les conditions opératoires sont les mêmes que dans l'exemple 1 aux dimensions près du logement et du corps compressible. Les dimentions étaient les suivantes- : d = 17 à 18 mm D = 21 mm; h = 6 mm Un calcul simple montre que dans ces conditions la porosité résiduelle est cette fois voisine de 40 % (en supposant que le matériau constituant l'obturateur est toujours du néoprène ayant une porosité de 60 %). Dans ces conditions on constate que la soupape fonctionne pour une surpression comprise 500 et 800 millibars. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée# aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont'été donnés qu'à titre d'exemple, ltinvention comprenant tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaîsôns si celles-ci sont exécutés suivant son esprit. En particulier, de façon à favoriser le passage des gaz entre ltobturateur et la paroi du logement dans laquelle il est monté, il peut etre avantageux de prévoir vers la section d'entrée des gaz une partiede plus petit diamètre ou un chanfrein sur l'obturateur et1ou un plus grand diamètre pour la paroi du logement de façon à favoriser un effet de coin. De meme la forme du logement 'est pas~ nécessairement cylindrique, pouvant ee pyramidale, tronconique, parabolique, etc... R E V E g D I C A T iONS 1. Soupape , en particulier pour générateurs électrochimiques pouvant fonctionner de façon étanche, susceptible de mettre en communication une enceinte avec un milieu extérieur, du type comprenant un corps élastiquement compressible, constitué en un matériau alvéolaire à cellules fermées remplies de gaz, formant obturateur monté dans un logement dont les parois forment siège pour ledit corps, lequel logement s'ouvre dans ladite enceinte et communique avecpe milieu extérieur par au moins un orifice, ledit corps étant comprimé sur son siège afin d'obturer cet orifice tant que des conditions données de pression différentielle ne sont pas atteintes entre ladite enceinte et ledit milieu et permettant par sa déformation élastique le passage des gaz de ltenceinte vers le milieu extérieur lorsque des conditions données de pression différentielle appraraîssent, ladite soupape étant caractérisée en ce que ledit corps élastiquement compressible est monté, radialement comprimé dans ledit logement qui comprend une entrée vers l'intérieur, une sortie vers ltextérieur et uneEaroi latérale continue, sans orifice, ledit cops compressible portant contre ladite parDi selon au moins une bande de hauteur appréciable, établissant ainsi une fermeture continue entre l'intérieur et l'extérieur. 2. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit corps est monté à la manière d'un bouchon dans ledit logement qui a la forme d'un goulot de bouteille ouanalogue, la partie inférieure dudit goulot formant l'entrée précitée et sa partie supérieure formant la sortie précitée. 3. Soupape suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que des moyens de butée, d'accrochage ou analogue empêchent le déplaoment d'ensemble dudit corps dans son logement, soit de l'intérieur vers l'extérieur, soit de l'extérieur vers l'intérieur , soit les deux. 4. Soupape suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de butée, d'accrochage ou analogues qui empêchent le déplacement d'ensemble dudit corps dans son logement dans le sens intérieur de l'enceinte vers l'extérieur sont constitués par un capot métallique ou analogue enfoncé extérieurement à force sur la paroi ladite cavité, à l'extérieur de 11 enceinte , et qui coiffe ledit passage, ledit capot pouvant constituer une borne électrique du générateur 5. Soupape suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit corps élastiquement compressible est constitué en un matériau alvéolaire à cellules fermées remplies de gaz et présentant une porosité initiale de l'ordre de 60 à 80 r#. 6. Soupape suivant la revendication 5, caractérisée en-ce que la porosité résiduelle du corps élastiquement compressible monté dans son logement est compris entre 10 et 50 %.