Brevet FR2073475A1 — publié le 19711001

La présente invention concerne des carters ou bottiers pour dispositifs ou composants électriques et a trait plus particulièrement à des carters hermétiquement scellés entourant des componants électriques, par exemple une impédance ou bien une ou plusieurs piles produisant un courant électrique. Le terme "composant électrique" utilisé dans la présente description se rapporte à un élément nécessitant le passage d'un courant électrique entre lui-mame et ltestérieur du carter dans lequel il est logé. Un des problèmes les plus importants qui se posent en ce qui concerne la fabrication d'un dispositif comportant un carter hermétiquenent scellé renfermant des composants électriques est celui consistant à prévoir des conducteurs électriques entre l'intérieur et l'extérieur du carter d'une manière qui satisfasse aux deux impératifs essentiels dtisolement électrique et de scellement hermétique corrects. Ce problème devient particulièrement difficile à résoudre lorsque le dispositif doit être conçu pour résister à des températures fortement variables sans altération de l'étanchéité.Une telle altération risque le plus souvent de se produire au niveau de l'interface entre les conducteurs et le carter ou bien dans une masse de scellement située entre les conducteurs et le carter et elle résulte habituellement des différences entre les coefficients de dilatation thermique des matières utilisées dans la construction du dispositif, c'est-àdire entre les conducteurs électriques et le carter. En consé quence, on a proposé des dispositifs complexes et cojitewr pour résoudre ce problème mais ils n'ont pas toujours donné satisfac tison. Au contraire, l'invention a pour but de résoudre le probléme précité d'une manière relativement simple et peu coûteuse. Suivant l'invention, il est prévu un carter hermétiquement scellé qui renferme des composants électriques qui se compose d'une matière céramique ou plastique électriquement isolante et dans lequel une substance particulaire électriquement conductrice a été mélangée avec des parties isolées de la matière pour établir des voies distinctes et électriquement conductrices reliant la surface intérieure à la surface extérieure du carter. Le mélange de substances électriquement conductrices avec des matières électriquement non conductrices pour rendre ces dernières électriquement conductrices fait partie du domaine connu, Cependant il est important pour l'invention que la ou les matière constituant le carter aient sensiblement le mthe coefficient de dilatation thermique en vue d'6viter la création dans le carter de contraintes susceptibles de se produire sous l'effet de varia tions importantes de la température et pouvant altérer l'étanché- ité. Il est en conséquence préférable que la matière du carter soit homogène, c'est-à-dire qu'on utilise une matière céramique et une matière plastique.Il est préférable d'utiliser une matière plastique telle que du polyéthylène puisqu'il peut Autre soudé de manière à établir un joint hermétique très sflr et très robuste et qu'on évite ainsi la nécessité de sélectionner des agents de liaison appropriés et des matières adhésives présentant des coefficients de dilatation thermique différents ét qui detraient btre adaptés à celui de la matière constituant le carter. La substance particulaire électriquement conductrice qui est utilisée pour établir les voies conductrices distinctes peut Stre constituée par une substance ou par un mélange de substances connues, par exemple du carbone tel que du noir de fumée ou bien de l'argent de préférence sous forme pulvérulente. La construction au carter peut s'effectuer sous différentes formes. Par exemple, dans un mode préféré de réalisation de l'in Invention, au moins une des voies électriquement conductrice est incorporée à une paroi du carter, cette paroi étant soudée sur le reste de la matière du carter afin de constituer une structure homogène. De préférence, au moins une des voies électriquement conductrices se termine sous forme d'une saillie dépassant de la surface extérieure du carter.Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, au moins une des voies électriquement conductrices peut ttre incorporée à une paroi du carter autour de l'extérieur de laquelle est disposée une cosse électriquement conductrice formant borme, cette cosse établissant un contact électrique avec au moins une voie conductrice. On a déjà précisé qu'un carter hemiétiquement scellé suivant l'jnvention peut contenir des composants électriques tels qu'une ou plusieurs piles de génération de courant. Cela constitue un aspect particulièrement important de l'invention dans des cas où une étanchéité peut entre vitale pour éviter une évaporation ou une altération chimique, par exemple une oxydation, des composants de la ou des piles logées dans le carter. L'invention concerne en outre une pile Carter prenant un carter hermétiquement scellé suivant l'invention, ce/ contenant une anode, une cathode et un électrolyte, l'anode et la cathode étant en contact électrique direct ou indirect avec deux des voies distinctes et électriquement conductrices qui relient la surface intérieure à la surface extérieure du carter. La pile peut entre du type à réserve dans lequel l'électrolyte est une solution conservée dans un récipient logé à l'intérieur du carter, l'activation de la pile étant fonction de la rupture ou de l'ouverture du récipient par un autre moyen. En variante, la pile peut être du type actif dans lequel l'anode, la cathode et l'électrolyte sont en position active les uns par rapport aux autres. En outre, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pile électrochimique qui comporte un carter hermétiquement scellé qui est formé d'une matière électriquement isolante se composant d'une matière plastique ou d'une matière céramique et dans lequel des particules d'une substance électriquement conductrice sont dispersées dans des parties électriquement séparées de ladite matière pendant la fabrication du carter afin de former au moins deux conducteurs électriques distincts reliant chacun l'intérieur à l'extérieur du carter au travers de sa paroi, une cathode et une anode placées à l'intérieur du carter et reliées électriquement aux deux conducteurs avant ou bien pendant l'opération de scellement du carter. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels s Fig. 1 est une vue en perspective d'une pile électrochimique du type à réserve Fig. 2 est une vue enperipective du carter montrant seulement la pile représentée sur la fig. 1; Fig. 3 est une coupe verticale à échelle grossie de la meome pile montrant toutes les parties importantes intervenant dans sa construction, et Fig. 4 est une coupe longitudinale d'une pile électrochimique active différente suivant l'invention. Sur les fig. 1 à 3, on a représenté un carter de forme cylindrique qui est constitué d'une matière plastique telle que du polyéthylène ou d'une autre matière plastique soudable et non poreuse. Les parties du carter désignées par les références numériques 10 et Il sont non conductrices tandis que les parties 12 et 13 sont formées par mélange à la matière plastique de particules électriquement conductrices d'une substance telle que du carbone ou de l'argent sous forme pulvérulente afin de rendre ces parties électriquement conductrices. Ce mélange existe dans toute l'épaisseur de la paroi du carter, comme indiqué sur la fig. 2, afin de former des voies distinctes et électriquement conductrices reliant la surface intérieure à la surface extérieure du carter.La partie conductrice 13 comporte un téton 14 jouant le rôle de bornes et dépassant de la surface extérieure du carter. Le téton 14 est formé de la mgme matière que le reste du carter et constitue une partie intégrante de ce dernier. Sur la fig. 3 on a représenté une cosse ou pince 15 fixée sur la borne 14, cette pince 15 étant formée d'une matière métallique électriquement conductrice et établissant une connexion électrique externe appropriée. Pour établir un bon contact électrique entre la borne 14 et la cosse 15 dans une large plage de températures, la cosse 15 est chargée par un ressort (non représenté) afin de pouvoir se dilater et se contracter.En variante1 la cosse 15 peut entre partiellement encastrée dans la borne 14 et/oa dans la partie conductrice entourant la base de la borne 14 mais en aucune circonstance elle ne doit pénétrer dans la paroi du carter. Dans un mode de réalisation où la cosse 15 est partiellement encastrée dans la paroi, il est préférable qu'elle ait la forme d'un treillis métallique expansé afin de permettre sa dilatation et sa contraction sous l'effet de variations de la tem- pérature ou de la pression. Une cosse 16, d'une structure et d'un fonctionnement similaires à ceux de la cosse 15, entoure la partie conductrice annulaire 12 du carter et établit un contact électrique avec cette partie. La fig. 3 représente le carter décrit plus haut eingi que les composants électriques enfermés dans ce dernier, c'est-à-dire les composants d'une pile électrochimique dans l'exemple considéré. La pile représentée sur la fig. 3 est du type à action de réserve et un électrolyte, habituellement en solution, est emmagasiné dans un récipient avant l'activation de la pile. Cette activation est assurée par rupture, ou par ouverture d'une autre manière, du récipient, ce qui permet à l'électrolyte d'arriver au contact de la cathode et de l'anode. Dans le mode particulier de réalisation représenté sur la fig. 3, le récipient est cons titubé par une ampoule 26 susceptible d'être cassée et séparée du reste de la pile par une cloison 24 qui divise le carter en deux compartiments0 Le premier compartiment contient l'ampoule 26 et le second compartiment contient une structure de pile comprenant un collecteur d'anode 20 formé d'une matière électriquement conductrice ne réagissant pas chimiquement avec l'anode, désignée par 21 un séparateur poreux 22 et une cathode 23. la cloison 24 comporte une ouverture centrale de manière à permettre à la solution d'électrolyte de s'écouler de l'ampoule 26 dans le second compartiment de la pile en vue de l'activation de cette dernière.De façon similaire, la cathode 23 comporte un trou central aligné avec le trou de la cloison 24 afin de permettre à l'élec- trolyte de s'écouler directement au contact du séparateur poreux 22 et de l'anode 21. le courant -électrique est conduit de l'intérieur à l'exté- rieur du carter par l'intermédiaire des parties conductrices 12 et 13 du carter. Le collecteur d'anode 20 s'appuie étroitement contre la partie conductrice 13 sur la surface intérieure du carter et établit un contact électrique étroit entre une grande partie de l'anode 21 et la partie conductrice 13. Pour améliorer encore le contact, le collecteur d'anode 20 peut être partiellement encastré dans la partie conductrice 13. La cosse 15 constitue la borne d'anode de la pile. le séparateur poreux 22, qui peut Stre formé de papier ou d'une matière similaire, est interposé entre l'anode 21 et la cathode 23 qui vient s'appliquer contre la cloison 24. la cloison 24 est formée d'une matière condne- trice et sert de collecteur d'anode.Dans ce mode de réalisation, la cloison 24 est rendue électriquement conductrice de la meme manière que les parties 12, 13 et 14 et est emmanchée dans le carter. Cependant, en variante, la cloison 24 peut titre solidaire du carter et la partie conductrice 13 constituant la paroi d'ex trémité peut strie soudée sur le reste du carter après que les composants de la pile ont été introduits dans ce dernier. Dans un autre mode de réalisation, la cloison peut comporter un disque métallique emmanché et d'un diamètre choisi de façon à ne pas supprimer le contact avec la partie conductrice 12 par contraction à une température minimale prédéterminée. Cette der nière disposition n'est cependant pas préférée aux autres dispo sitions mentionnées plus haut. la cathode 25 et la cloison 24 sont en contact avec la partie conductrice annulaire 12 du carter entourant la périphérie interne de ce dernier.Cela permet d'établir un bon contact électrique sur une grande surface entre la cathode 23 et le segment conducteur 12. La cosse 16 constitue la borne de cathode En référence à la fig. 4, l# carter comprend un manchon cylindrique 50 formé d'une matière non-poreuse et non-conductricq gas exemple du polyéthylène de haute densité0 les extrémités du s hon sont obturées par des flasques 31 et 32 formés de la =me matière non-poreuse que le manchon 30. Cependant les flasques 31 t 32 sont électriquement conducteurs.La conductivité est obtenue, conte décrit plus haut, en mélangeant à la matière plastique des particules conductrices telles que du noir de fu mée ou de la poudre d'argent. Pour compléter l'étanchéité heri6- tique du carter, les flasques 31 et 32 sont scellés sur le manchon 30 à ses extrémités opposées en opérant par soudage, ce qui permet d'obtenir un carter hermétiquement scellé présentant une structure de paroi essentiellement homogène et continue. Deux voies électriquement conductrices et distinctes reliant la surface extérieure à la-surface intérieure du carter sont par conséquent constituées par les deux flasques d'extrémité du carter 31 et 32. Comme indiqué sur la fig. + le carter fait partie d'une pile électrochimique contenant les composants actifs de la pile, qui sont placés dans ce cas en position active les uns par rapport aux autres. La pile comprend une anode 33 présentant une forme allongée et partiellement encastrée à une extrémité dans le flasque 32. L'anode 33 s'étend à partir du flasque 32 le long de l'axe longitudinal du manchon cylindrique 30 du carter. En encastrant partiellement l'anode 33 dans le flasque 32, on établa un contact électrique étroit entre l'anode 33 et le flasque 32. Un séparateur poreux 34 enveloppe l'anode 33 en établissant une séparation entre l'anode 33 et la cathode 36. Une grille de collecteur de cathode 35 en forme de coupelle est encastrée partiellement dans le flasque 31 et s'étend à l'ex- térieur du flasque 31 en direction du flasque 32 de manière à entourer l'anode 33 et à s'6tendre sur la majeure partie de la longueur de l'anode. Le reste du volume intérieur du carter 30 est rempli par la composition cathodique~369 ce qui complète la pile. les connexions avec des charges extérieures sont faites au travers des flasques 31 et 32 électriquement conducteurs qui constituent les deux parois d'extrémité du carter. Des conducteurs externes 37 et 38 en forme de grille métallique sont encastrés dans les deux flasques 31 et 32, le conducteur 37 constituant la borne de cathode et le conducteur 38 la borne d'anode. Des conducteurs électriques peuvent entre fixés sur les conducteurs 37 et 38 d'une manière classique. La structure chimique de la pile ne fait pas partie de l'invention, excepté en ce que la matière du carter doit être choisie de façon à ne pas réagir avec les substances chimiques à l'intérieur de la pile. REVENI)ICÂTI0N# 1. Carter ou boftier hermétiquement scellé contenant des composants électriques et constitué d'une matière céramique ou plastique électriquement isolante, caractérisé en ce qu'une substance particulaire électriquement conductrice est mélangée à des parties isolées de la matière afin d'établir des voies électriquement conductrices et distinctes qui relient la surface intérieure à la surface extérieure du carter. 2. Carter suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il se compose d'une matière plastique et en ce qu'au moins une des voies électriquement conductrices est ménagée dans une paroi du carter, cette paroi étant soudée sur le reste de la matière du carter afin de constituer une structure homogène. 3. Carter suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une des voies électriquement conductrices se termine en forme de saillie ou téton dépassant de la surface extérieure du carter. 4o Carter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une des voies électriquement conductrices -est ménagée dans une paroi du carter autour de llexté- rieur de laquelle est disposé une borne électriquement conductrice en forme de cosse, cette cosse établissant un contact électrique avec an moins une voie conductrice. 5. Carter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite substance est du carbone. 6. Carter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite substance est de l'argent. 7. Carter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qugladite matière est une matière plastique du type polyéthylène0 8. Carter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les composants électriques comprennent une impédance électrique reliée au carter entre au moins deux desdites voies conductrices. 9. Pile électrochimique caractérisée en ce qu'elle comprend un carter ou bottier hermétiquement scellé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 72 ce carter renfermant une anode, nne cathode et un électrolyte, l'anode et la cathode étant en contact électrique direct ou indirect avec deux des voies électriquement conductrices et distinctes qui relient la surface intérieure à la surface extérieure du carter. 10. Pile électrochimique suivant la revendication 9, carae- térisée en ce que l'électrolyte est une solution contenue dans un récipient logé dans le carter et en ce que l'activation de la pile oet fonction de la rupture, ou de l'ouverture par toute autre manière du récipient. 11. Procédé de fabrication d'une pile électrochimique comportant un carter ou bottier hermétiquement scellé qui est formé d'une matière électriquement isolante se composant d'une matière céramique ou d'une matière plastique, caractérisé en ce que des particules d'une substance électriquement conductrice sont dispersées dans des parties électriquement séparées de ladite matière pendant la fabrication du carter afin de former au moins deux conducteurs électriques distincts qui relient la surface intérieure à la surface extérieure du carter au travers de sa paroi, une cathode et une anode placées à l'intérieur du carter et reliées électriquement aux deux conducteurs avant ou pendant ltopération de scellement étanche du carter.