Brevet FR2256554A1 — publié le 19750725

La présente invention concerne des installations dtem pissement des éléments ataccumulateurs et plus particulièrement de telles installations qui sont utilisées pour traiter des suspensions épaisses hixolropes très visqueuses de particules cristallines individuelles finement divisées. Pour la production en série des éléments empotés drac- cumulateurs, il est devenu courant de pomper la pate au moyen d'une pompe à engrenages à alimentation libre par ltintermé diaire dtun élément de distribution tel qu'un ajutage sur un grillage mobile, du métal déployé ou autre type de substrat conducteur. Selon une caractéristique courante dtune telle ins- tallation, le débit volumique de la pâte déposée sur le substrat mobile ntest pas uniforme, ce qui nécessite ltutilisation de raclettes ou autres éléments pour enlever la pate en excès. Cela se traduit souvent par une perte de pâtre, un dép8t irrégulier de la ptte et, lorsque le substrat n'est pas de nature rigide, par une déformation ou un aplatissement du substrat malléable par la lame racleuse. L'importance de ces inconvénients augmente lorsque la pate est thixotrope et très visqueuse et ressemble à une suspension de fines particules de matières solides dans un véhicule. Une telle pate peut ressembler du point de vue rhéologique à des "arg-iles rapides", du mortier hydraulique, du ciment, etc.Les particules de matières solides finement divisées sont généralement d'une grosseur macromolécu laire plut8t que colloïdale. Ces matières en pate sont essentiellement non plastiques et se comportent comme des fluides non newtoniens,étant donné que la viscosité de la pate varie avec la valeur du gradient de vitesse dans le circuit fermé. Ainsi, la circulation et le dosage d'une quantité prédéterminée de la pate à un débit donné sur un substrat mobile et le fait d'éviter la prise de la pate posent de graves problèmes. Les installations classiques destinées à faire circuler des matières courantes de nature thixotrope, comme 12 installa- tion décrite dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique N 2 651 586, utilisent une pompe de circulation montée en série avec un distributeur à trois voies sollicité par une pression constante pour le dosage intermittent de la matière. Un tel dispositif de dosage du type à distributeur a été essayé et il s'est avéré peu efficace pour distribuer à un débit prédéterminé des fluides non newtoniens 'Brès visqueux comme ceux envisagés par la présente invention.Des exemples de lrétat actuel de la technique sont donnés dans les brevets des Stats~Unis-dgAmérique NO 2 479 603, NO 2 972 546 et NO 3 529 626. Brièvement, 12 invention concerne une installation et un procédé de dosage d'une pate thixotrope très visqueuse électrochimiquement active sur un substrat convenable formant une électrode. Ltinstallation comporte un circuit fermé reliant une pompe de circulation, alimentée par un réservoir, avec un dispositif de pompage et de dosage pour amorcer ltécoulement d'une partie de la pate en circulation et pour doser un débit volumique prédéterminé de la patte dans un ajutage de distribution ou élément analogue. La consistance et la durée de service de la pate sont améliorées par le mélange effectué par les passages répétés de la pate dans la pompe et dans le circuit fermé.En distribuant un débit sensiblement constant de la pâte, la vitesse de déplacement du substrat peut etre choisie de manière à empater uniformément le grillage sans gaspillage de la pate et sans utiliser de lames racleuses ou autres dispositifs de réglage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est un schéma de l'installation globale de pompage et de dosage d'une pâte selon ltinvention la figure 2 est une coupe partielle de la partie avant d'une pompe volumétrique dtun type préféré qui peut être soit la pompe 11, soit la pompe 13 de la figure 1 la figure 3 est une vue en bout de la sortie dtun ajutage de distribution utilisé dans l'invention les figures 4, 5 et 6 représentent différentes coupes de l'ajutage de la figure 3 suivant les lignes 4-4 et 5-5 de la figure 3 et suivant la ligne 6-6 de la figure 4, respectivement À. la figure 7 est une vue en bout de la sortie d'un autre type d'ajutage utilisé dans la présente invention ; et les figures 8, 9 et 10 représentent diverses coupes de ajutage de la figure ,, notamment suivant les lignes 8-8 et 9-9 de la figure 7 et suivant la ligne 10-10 de la figure 8, re#pectivement. On va se référer à# la figure 1 qui représente une installation de pompage en circuit fermé, de mise en circulation et de dosage d'une pâte pour éléments dtaccumulateurs comportant généralement une pompe de circulation 13, une pompe doseuse il reliées par un conduit #de transport 15 et un conduit de retour 17.La pâte pour éléments draccumulateurs est chargée dans le circuit fermé par un dispositif d'alimentation tel qu'un réservoir 19 comportant un élément de poussée destiné à appliquer une charge positive au coté aspiration de la pompe de circulation 13 et elle est distribuée par un conduit 18 et un ajutage 12 sur un substrat 14 dtelectrode. Ce dispositif de poussée du côté d'admission peut être choisi parmi un certain nombre de dispositifs convenables bien connus des spécialistes. Des exemples comprennent un cylindre à piston 21 comportant un poids 23, un ressort, une masselotte,-la pression d'un fluide ou une membrane formant diaphragme.Le dispositif de poussée protège de préférence la pAte d'une exposition à ltatmosphère pour éviter une dégradation éventuelle. la nature rhéologique dé la pate pour éléments d'accumulateurs mise en circulation dans l'installation a été décrite plus haut comme étant de nature très visqueuse, thixotrope et non newtonienne. Bien que les mesures de la viscosité de la pâte pour éléments d'accumulateurs effectuées sur un viscosimètre de Brookfield ne soient pas très significatives pour des fluides non newtoniens, les viscosités apparentes affichées de compositions de pâte pour éléments d'accumulateurs de l'invention sont souvent d'au moins 3 millions de cPo environ et très souvent-su- périeures à 7 millions de cPo environ. (Mesurées avec une broche du type "TF helipath't à un tr/mn après que se soit écoulée une durée d'au moins 1 minute et jusqu'à 50 minutes). Des exemples de telles patës comprennent des putes négatives et positives pour accumulateurs au plomb qui comprennent une proportion principale d'oxyde de plomb par exemple de la litharge, en suspension dans une faible proportion dtun vénicule, par exemple liteau. Les particules de litharge sont de préférence des particules cristallines individuelles finement divisées de nature cépami- que et de grosseur macroscopique. Des constituants supplémentaires de la pâte tels qu'un diluant, du plomb et Pb304 sont souvent présents. Il est préférable que la pate pour éléments d'accumulateurs ne contienne pas de fluides qui peuvent avoir pour effet de la dégrader par oxydation ou par un autre mécanisme. Afin de faire circuler de telles pâtes analogues à du ciment dans un circuit fermé, la pompe de circulation 13 est de préférence du type volumétrique, telle qu'une pompe à diaphragme ou du type à vis d'Archimède. Ce dernier type de pompe (qui est préféré pour des pates au plomb) est illustré par les pompes '?MONO" (marque déposée de la Robbins and Myers Co:rpôra- tion) utilisant une dispositòn à cavités progressives comme celle quton voit en partie sur la figure 2.Le principe de fonctionnement de la pompe est fondé sur deux éléments de pompage comprenant un rotor hélicoïdal 25 tournant dans un stator héli cotidal à double filetage 27. les surfaces hélicoïdales en prise repoussent la pate pour éléments d'accumulateurs vers l'avant le long des cavités successives 29 avec un mouvement uniforme et une faible turbulence de la même manière qu'un piston se déplaçant lentement dans un cylindre de longueur infinie. Le rotor analogue à une vis roule dans le stator en forme d'écrou avec un mouvement de roulement excentrique. La vitesse de rotation du rotor 25 et par suite le débit de la pAte dans le circuit fermé peuvent varier selon la vitesse d'entrafnement d'un moteur à vitesse variable 31. On a constaté que pour obtenir un dépit uniforme d'une pate à partir de l'ajutage 12 sur-un substrat convenable 14 pour électrode tel qu'un grillage en métal expansé ou une feuille perforée, il faut plus g;xlun mécanisme passif (par exemple un dis trffibuteur à trois voies) pour doser un débit volumique crédéterminé de la pate dans ltajutage de distribution 12.On a constaté gutun. distributeur à trois voies est inefficace, étant donné qu2il ne peut pas détourner et amorcer le débit d'une partie désirée particulière de la pate en circulation à partir du circuit fermé sans provoquer éventuellement une obstruction, un cheminement préférentiel et un bouchon. Afin de détourner et d'amorcer le débit de la quantité désirée de pâte hors du circuit représenté par les conduits 15 et 17, il faut utiliser une pompe volumétrique de dosage 11. Cette pompe peut entre convenablement entraînée par un moteur 16 dont la vitesse est de préférence directement proportionnelle à la vitesse de déplacement du substrat 14 passant sous l'ajutage de distribution 12 et à proximité de ce dernier.Cette pompe volumétrique de dosage il peut autre de divers types bien que l'on préfère le type à vis d1loechimede comme Exemple précité vendu sous la marque "MOYNO". En faisant varier la vitesse de rotation du rotor dans la pompe au moyen du moteur 16, le débit volumique de la pâte dans l'aju- tage de distribution 12 peut être réglé dans toute plage désirée. Cette possibilité de réglage est virtuellement indépendante dela température et de la pression interne de la pate exercée dans le circuit fermé,à condition qu'il existe une aspiration positire à l'entrée de la pompe et qutil ne se produise pas de cavitation dans cette dernière. Etant donné que la consistance et la durée de service de la patte sont améliorées par son. mélange dû au passage répété dans les pompes Il et 13, les vitesses relatives des deux pompes sont choisies de manière que seule une proportion désirée de la pate en circulation soit détournée dans le dispositif de distribution 12. Normalement, le rapport de la quantité de pate qui peut autre remise en circunation dans le circuit fermé à la quantité de pâte dosée dans le dispositif de distribution est avantageusement d'environ 50:1 à 15:1 et de préférence d'environ 30:1 à 2G:1. Le dispositif de distribution 12 est de préférence un ajutage dont la forme géométrique est destinera permettre un écouleL!!enD sensiblement libre de la pate visqueuse thixotrope. Une forme de réalisation du dispositif de distribution comporte un ajutage 12 qui est alimenté par la pompe doseuse 11 par l'in- termédiaire du conduit coudé 18. La tette de ajutage 12 présente de préférence une surface conique 19 qui est sensiblement parallèle au substrat mobile 14. Lorsque le substrat-est de nature molle et déformable (par exemple un grillage déployé en plomb de grande pureté), il est préférable que la surface 19 soit lé gercement au-dessus du substrat mobile.De cette manière, l'ajutage agit également comme lame racleuse sans déformer le substrat 14, Il est évident pour les spécialistes qu'on peut utiliser d'autres dispositifs de distribution convenant pour appliquer-la patte sur un substrat pour électrode. Les ajutages de conSigurationdpréférées sont ceux qui transforment un courant d'entrée sensiblement cylindrique rez ou lé par la pompe volumétrique en un courant rectangulaire en forme de ruban destiné à être appliqué au substrat. A cause de la rhéologie de la patate, il nia pas été possible d'utiliser des ajutages de forme classique car la p#te a tendance à adhérer aux surfaces internes de l'ajutage, ce qui ne permet sa distribution que pan la partie centrale de ajutage, phénomène qui est couramment appelé cheminement pMéférertielt'. On a constaté que des ajutages de deux types peuvent efficacement distribuer un tel fluide visqueux non newtonien après des heures d'utilisation continue sans cheminement préfé rentiel important. Le premier type est représenté sur les figures 3 à 6 et comporte des cotés sensiblement rectilignes 31 dans la partie de transition entre l'entrée cylindrique ou circulaire 33 et la sortie sensiblement rectangulaire 35. Dans la première forme de réalisation présentant des cotés rectilignes 31, il importe que la surface de section droite de l'intérieur de l'aju- tage, comme-indiqué par le numéro de référence 37 sur la figure 6, augmente très régulièrement de l'orifice d'entrée 33 à l'ori- fice de sortie 35. Ltajutage du second type est représenté sur les figures 7 à tO et présente une surface de section droite qui est cons tante ou sensiblement constante dans sa progression de 1# entrée cylindriqAe 41 à la sortie de forme rectangulaire 43. Pour maintenir une surface de section droite sensiblement constante, il importe que les surfaces internes 45 de l'ajutagt) comme on le voit sur la figure 8, soient sensiblement incurvées vers l'exté- rieur apparemment pour réduire au minimum la force de frottement de la couche limite qui semble dominer les forces de cisaillement engerflrées à l'intérieur de la pâte.De préférence, cette surface curviligne 45 est une partie ou ressemble sensiblement à une partie de ltune des sections coniques, lorsqu'on regarde perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide et à la longueur de la surface rectangulaire 43. Il est également préférable que la surface de section droite 39, au cours de sa progression de l'entre# 41 à la sortie 43, présente des bombemente vers l'intérieur 47 afin d'éviter le frottement; de la couche limite qui pourrait conduire à un cheminement préférentiel.- La fente 43 formant la sortie présente aussi de légers bombements 47t au centre pour empêcher un cheminement préférentiel. Il est ~évident pour les spécialistes que l'ajutage peut présenter d'autres configurations sans sortir du cadre de l'in- vention. Bien que l'on puisse utiliser diverses matières et diverses formes de réalisation des ajutages, des polymères thermo -durcissables usinés ou coulés tels que des résines époxy ou -polyester coulées ou des substances acryliques usinées se sont avérées appropriées. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent autre appor#tées à ltinstallation décrite sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Installation à circuit sensiblement fermé pour le pompage et le dosage d'une pSte thixotrope visqueuse électrochimiquement active, installation caractérisée en ce qutelle comporte un dispositif d'alimentation destiné à charger la pâte d'appoint dans le circuit fermé, ume première pompe pour agiter et faire circuler la pate dans le circuit, une seconde pompe située en aval de la première, pour amorcer le débit d'une partie de la pate en circulation# hors du circuit dans un dispositif de distribution, la seconde pompe dosant un débit volumétrique déterminé de la pâte dans le dispositif de distribution. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le débit de la pate distribuée est pratiquement indépendant de la pression interne de la pate exercée dans le circuit fermé. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation comPrend un réservoir contenant une pate pour éléments d'accumulateurs, et un dispositif de poussée appliquant une pression positive refoulant la pâte pour qu'elle entre dans le circuit fermé. 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pate a les caractéristiques d'un fluide non newtonien comprenant une proportion principale de particules cristallines individuelles finement divisées en suspension dans une proportion secondaire d'un véhicule. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les particules finement divisées comprennent des oxydes de plomb. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le véhicule est un milieu aqueux. 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première pompe est située en aval du dispositif dtalimentation et est une pompe du type volumétrique. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la première pompe est une pompe volumétrique du type à vis d'Archimede. 9. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde pompe est une pompe volumétrique du type à vis d'Archimède comportant un distributeur ou robinet de dosage. 10. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport de la quantité de pâte qui peut recirculer dans le circuit fermé à la quantité de pâte dosée dans le dispositif de distribution est d'environ 50:1 à 15:1. 11. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de distribution comprend un ajutage qui transforme un courant d'entrée sensiblemert cylindrique refoulé par la seconde pompe en un courant de sortie sensiblement rectangulaire destiné à entre appliqué uniformément à un substrat mobile. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les surfaces internes de l'ajutage sur lesquelles s'écoule le fluide sont sensiblement rectilignes et en ce que la section droite augmente deltentrée à la sortie lorsqu'on la mesure transversalement au sens d'écoulement du fluide. 13. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les surfaces internes de lrajutage sur lesquelles s'écoule le fluide sont sensiblement coniques en observant perperdiculairement au sens d'écoulement du fluide et à la longueur de la sortie rectangulaire. - 14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'ajutage présente une section droite sensiblement constante de Rentrée àla sortie lorsqu'on la mesure transversalement au sens d'écoulement du fluide. 15. Procédé de distribution uniforme d'une pate thlxotrope visqueuse sur un substrat destiné à constituer des éléments d'accumulateurs, procédé caractérisé en ce avril consiste à effectuer continuellement le pompage et la mise en circulation de la pâte pour éléments d 'accumulateurs au moyen d'une Première pompe dans une installation a circuit sensiblement fermé comportant un dispositif d'alimen1;;aticn et un dispositif de distribu- tion, à détourner du circuit fermé une partie de la pâte en cir culation au moyen d'une seconde palpe et à doser au moins une partie de la pâte détournée à un débit volumique sensiblement constant par l'intermédiaire du dispositif de distribftion pour appliquer la pate détoul:lée sur un substrat destiné à constituer des éléments d'accumulateurs. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la pate est mise continuellement en circulation dans le circuit fermé. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif de distribution présente une section sensiblement circulaire à son entrée et une section sensiblement rectan gulaire ou en forme de fente à sa sortie. 18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer un substrat destiné à ccnstituer des éléments d'accumulateurs ou électrodes sous le dispositif de distribution et à proximité de ce dernier à une vitesse qui est directement proportionnelle à la vitesse de fonctionnement de la seconde pompe.