Brevet FR2270685A1 — publié le 19751205

La présente invention a pour objet ltasorçage simultané d'une batterie de piles électro-chimiques a électrolyte liquide. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des batteries de piles de puissance a électrolyte liquide, par exemple des piles composées d'électrodes en Argent et Zinc placées dans de la potasse. Dans certaines applications, on utilise comme source d'énergie de forte puissance des batteries de piles électro-chimiques qui doivent supporter sans détérioration des temps de stockage de longue durée. C'est le cas, par exemple, pour les batteries entralnant les propulseurs de torpilles. La durée de conservation des piles est obtenue en conservant les piles seches pendant le stockage, c'est-à-dire sans ltelectrolyte et en amorçant celles-ci, au moment de les utiliser, l'amorçage consistant à introduire l'électrolyte dans chaque pile. L'amorçage simultané d'un grand nombre de piles dans un temps assez bref et avec une bonne fiabilité présente des difficultés. Il faut conserver ltelectrolyte, par exemple la potasse tres concentrée et donc corrosive, dans des enceintes#fermées, soumises à des conditions d'environnement sévères, par exemple dans des torpilles. Il faut assurer une répartition égale de l'électrolyte entre tous les éléments et ceci dans des positions diverses et à des températures très variables. Il faut que l'amorcage de la totalité de la batterie puisse être réalisé très rapidement, en quelques secondes. Il faut stocker dans le dispositif lui-même l'énergie nécessaire pour I l'amorçage et il faut éviter tout fonctionnement întempestif,particu- lièrement dans le cas de torpilles ou de projectiles portant une charge explosive. Certaines réalisations utilisent un procédé à amorçage individuel qui consiste à équiper chaque élément d'une batterie d'un récipient auxiliaire contenant une dose ##électrolyte qui est injectée au moment voulu dans 1 Ce procédé présente des difficultés de réalisation et d'utilisktion. Il nécessite autant de récipients auxiliaires que d'elements, chaque récipient devent être équipé d'un dispositif d'injection. La multiplication des dispositifs d'injection entrain une mauvaise fiabilité de l'amorçage et,ce qui est beaucoup plus grave, des risques accrus d' amorçage intempestif. Le procédé à amorçage individuel a été remplacé par des procédés d'amorçage simultané dans lequel l'électrolyte est contenu dans un récipient unique ou un petit nombre de récipients qui sont reliés aux divers éléments de la batterie de piles par des canalisations de distribution de l'électrolyte. Les procédés d'amorçage simultané soulèvent des difficultés pour répartir également l'électrolyte dans tous les éléments, en un temps très bref, de l'ordre de quelques secondes et pour éviter des projections d'éléctrolyte hors des éléments tout en purgeant l'air contenu dans ceux-ci. L'objectif de la présente invention est de résoudre ces difficultés en distribuant simultanément dans plusieurs piles l'électrolyte contenu dans un récipient relié auxdites piles par des canalisations. Cet objectif est atteint au moyen d'un procédé dans lequel on conserve l'électrolyte dans une enveloppe étanche et déformable et,pour provoquer l'amorçage, on déchire ladite enveloppe et Qn applique une pression à l'extérieur de celle-ci. Selon un procédé préférentiel, on applique, à l'extérieur de ladite enveloppe, la pression d'un gaz comprimé contenu dans un réservoir dont on commande l'ouverture au moyen d'un poinçon mû par la combustion d'une charge pyrotechnique. Un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention comporte au moins une enveloppe étanche et déformable, contenant un électrolyte et reliée à plusieurs piles par au moins une canalisation de distribution, laquelle enveloppe est placée à l'intérieur d'une enceinte rigide. A l'une de ses extrémités, chacune desdites enceintes rigides est raccordée par une canalisation à un réservoir de gaz comprimé équipé d'un poinçon de perforation mû par une charge pyrotechnique. La canalisation de raccordement entre chaque enceinte et le réser- voir de gaz comprimé passe à travers un distributeur à tiroir, mû par le gaz comprimé, dont le tiroir porte un couteau qui déchire ladite enveloppe. Ce distributeur à tiroir est situé, de préférence, à l'extrémité de enceinte rigide opposée à celle par laquelle ladite enceinte est raccordée au réservoir de gaz comprimé. Un dispositif selon-l'invention peut comporter, en outre, une vanne de purge reliée par au moins une canalisation à des orifices de purge de plusieurs piles. L'enceinte rigide comporte, de préférence, un clapet d'échappement taré. Le résultat de l'inventicn est l'amorçage simultané de l'ensemble des piles d'une batterie, en un temps très bref, de l'ordre de quelques secondes. Du fait que l'on provoque successivement le déchirement de chaque enveloppe puis la vidange de celle-ci, on obtient une grande sécurité de fonctionnement même dans le cas où la pression de gaz est anormalement basse par suite de fuites. L'utilisation d'un poinçon pyrotechnique permet d'utiliser des réservoirs de gaz entièrement scellés dont on perfore une paroi ce qui supprime pratiquement tout risque de fuite intempestive du gaz et conduit à une bonne sécurité de fonctionnement au moment de l'utilisation des piles,même après une durée de stockage de très longue durée. Le domaine d'emploi des procédés et dispositifs selon l'invention s'étend sur une large gamme de puissance, à des piles électro-chimiques devant être conservées pendant longtemps en enceinte fermée puis imprégnées rapidement d'éldctrolyte à la pression ambiante pour fonctionner en enceinte fermee. Ils permettent d'amorcer les piles dans des positions s'écartant notablement de l'horizontale, l'inclinaison pouvant atteindre 450. Les dispositifs selon l'invention peuvent fonctionner dans des gammes de température étendues, limitées uniquement par des conditions électrochimiques déterminées par la nature des électrodes et de l'électrolyte. Les dispositifs selon l'invention permettent d'assurer sans défaillance une conservation de longue durée sans amorçage intempestif et un bon fonctionnement lors de l'armoçage dans des- conditions d'environnement (chocs, vibrations, température.. .) sévères Le temps d'amorçage est très bref, de l'ordre de 6 secondes et peu influencé par la température. Une application des procédés et dispositifs selon l'invention est l'amorçage des batteries de piles entraînant le propulseur d'une torpille immédiatement avant le lancement de celle-ci. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention donné à titre d'exemple sans caractère limitatif. La figure 1 est une représentation schématique de l'ensemble du dispositif. La figure 2 est une coupe selon Il-Il de la figure 1. La figure 3 est une coupe longitudinale du réservoir de gaz. La figure 4 est une coupe longitudinale de l'enveloppe contenant l-'electrolyte placée dans l'enceinte rigide équipée du distributeur à couteau. La figure 1 représente un réservoir I contenant un gaz comprimé, par exemple de l'azote Ce réservoir est scellé en la ce qui assure une très bonne étanchéité et supprime les risques de fuite pendant la durée de stockage qui peut être longue. Ce réservoir-porte, à l'extrémité opposée au scellement, un poinçon mobile 2, solidaire d'un piston, qui est mû par les gaz produits par la combustion d'une charge pyrotechnique 3. Le repère 3a représente les conducteurs électriques permettant de télécommander la mise à feu de la charge 3. L'extrémité en forme de pointe du poinçon 2 vient perforer la paroi 4 du réservoir 1. Le poinçon 2 est creux et, lorsqu'il s'est enfoncé dans la paroi 4, il met en communication l'intérieur du réservoir 1 avec une canalisation 5. Sur cette canalisation est placée une vanne de sécurité 6, à boisseau sphérique, qui est ouverte manuellement avant les opérations d'amorçage. En position ouverte, la vanne 6 assure le passage du fluide sans perte de charge. En position fermée, elle évacue vers l'extérieur le gaz du réservoir en cas d'ouverture accidentelle de celui-ci. Le repère 7 désigne une enveloppe étanche et déformable contenant un électrolyte liquide, par exemple de la potasse concentrée. Cette enveloppe est, par exemple, en matière plastique inattaquable par l'électrolyte, scellée de façon étanche après remplissage. L'enveloppe 7 est placée à l'intérieur d'une enceinte rigide 8. L'enveloppe 7 est indépendante de l'enceinte 8, à l'exception 'de l'extrémité 7a qui forme une membrane liée par sa périphérie à l'enceinte 8. L'enceinte 8 est raccordée, par l'extrémité 8b, sur une canalisation 9 qui communique avec la canalisation 5 à travers un distributeur à tiroir 10 fixé à l'extrémité 8a de l'enceinte 8. Le tiroir il du distributeur 10 porte, à son extrémité ,un couteau 12 et une jupe 13. Lorsque le gaz comprimé est admis dans la canalisation 5, il repousse le tiroir 11 vers l'enveloppe 7. Le couteau 12 déchire la membrane 7a et la jupe 13 pénètre dans la découpe. Elle maintient les lèvres de celle-ci rabattues et porte des orifices calibrés à travers lesquels s'écoule l'électrolyte. Ces orifices sont raccordés sur une ou plusieurs canalisations 14 qui constituent des rampes de distribution de l'électrolyte aux orifices de remplissage 15a, 15b etc... des éléments 16a, 16b etc... constituant une batterie de piles. ees piles sont, par exemple,des piles avec électrodes d'Argent et Zinc. Bien entendu, la nature des électrodes et de l'électrolyte ne sont données qu'à titre d'exemple et le dispositif peut être appliqué à des couples électro-chimiques différents. Après que le tiroir 11 a été déplacé et que la membrane 7a a donc été déchirée, le canal 17, creusé à travers le tiroir 11, met en communica- tion les canalisations 5 et 9. La pression du gaz comprimé s'exerce dans l'espace intermédiaire entre ltenveloppe 7 et l'enceinte rigide 8. L'enveloppe 7 se déforme et l'électrolyte est chassé rapidement hors de l'envelop- pe 7. On voit que la déchirure de l'enveloppe précède obligatoirement l'expulsion de l'électrolyte ce qui assure une grande sécurité de fonctionnement. En effet, même si la pression du gaz comprimé est anormalement basse, elle s'exerce d'abord sur le tiroir 11, avant toute détente, et la poussée est suffisante pour déplacer le tiroir et déchirer l'enveloppe 7. L'extrémité 8b de l'enceinte rigide 8 communique également avec une vanne de purge 18. Cette vanne de purge est raccordée par une rampe 19 aux orifices de purge 20a, 20b etc... des éléments de pile 16a, 16b etc. La vanne de purge 18 comporte un clapet mobile 21 solidaire d'un piston 22 qui est poussé à l'encontre d'un ressort 23 par la pression du gaz comprimé. L'ouverture du clapet 21 met la canalisation 19 en communication avec l'atmosphère. Une fois que le gaz s'est détendu et que la pression est tombée, le clapet 21 se referme de sorte que les bacs des éléments 16a, 16b etc... ne sont mise l'atmosphère par la vanne 18 que pendant la phase d'amorçage. L'enceinte 8 est équipée d'un clapet taré 26 qui s'ouvre dès que la pression du gaz autour de l'enveloppe 7 atteint une valeur suffisante. Il permet de détendre le gaz à une valeur suffisante pour que le clapet de la vanne de purge 18 se referme sous l'action du ressort 23. Le tarage du clapet 26 est déterminé de telle sorte que la pression résiduelle à l'intérieur de l'enceinte 8, lorsque le clapet 26 se referme, soit suffisante pour éviter que l'électrolyte ne puisse remonter des piles vers l'enveloppe 7. La figure 2 est une coupe selon Il-Il à travers un élément de pile 16.0n voit sur cette coupe les rampes 14 et 19 qui communiquent respectivement avec l'orifice de remplissage 15 et l'orifice de purge 20. La communication entre la rampe 14 et l'orifice de remplissage 15 est réalisée par des embouts comportant un zifice calibré 24 afin d'assurer une équirépartition de l'électrolyte dans les différents éléments. Les liaisons entre les rampes 14 et 19 et les orifices 15 et 20 se font par des raccords 25 permettant un certain jeu, nécessaire pour assurer le montage et le calage dans un caisson léger, en stratifie, d'éléments dont le bac moulé présente certaines tolérances de dimensions. La figure 3 est une coupe plus détaillée du réservoir 1 sur laquelle on voit, à une extrémité, le scellement la qui enveloppe la soupape lb et, à l'autre extrémité, la paroi 4 de plus faible épaisseur, placée face à la pointe 2a du poinçon 2. On voit également sur cette figure 3 la charge pyrotechnique 3 et les conducteurs - 3a de mise à feu. Le poinçon 2 est creux et comporte des orifices périphériques 2b lesquels, après perforation de la paroi 4, communiquent avec le raccord Sa, sur lequel est branchée la canalisation 5. La figure 4 représente, en coupe, l'enveloppe 7, l'enceinte rigide 8 et le distributeur à tiroir 10 fixé sur l'enceinte 8. Cette figure montre le détail de la fixation étanche de l'extrémité 7a de l'enveloppe dans le goulot 8a de l'enceinte au moyen du raccord 27 qui est vissé sur l'enveloppe. Le détail du distributeur à tiroir 10 est représenté sur la figure 4 On voit le tiroir li solidaire du piston lia sur lequel agit la pression du gaz arrivant par la canalisation 5 branchée sur le raccord 5# et passant à travers le canal 5b. Le tiroir 11 porte une lumière périphérique 17 qui, après déplacement vers l'avant du tiroir, fait communiquer le raccord 5c avec le raccord 9a sur lequel est branchée la canalisation 9. On voit également le couteau 12 portant deux lames en croix, placé à l'avant de la jupe 13 qui est montée sur le tiroir articulée autour d'un axe 28 qui peut être remplacé par une rotule sphérique. Le distributeur comporte un déflecteur conique 31 qui canalise l'électrolyte sortant de ltenveloppe 7 à travers la jupe 13 vers le raccord 14a sur lequel est branchée une rampe de distribution 14. La jupe 13 joue une double fonction. En position de stockage, elle constitue un obturateur étanche qui protège le distributeur à tiroir contre d'éventuelles fuites dv électrolyte corrosif. Après déchirement de la membrane 7a par le couteau 12, elle pénètre dans l'ouverture et maintient les lèvres écartées. Les orifices 29 à travers lesquels s'écoule ltelectrolyte sont des orifices calibrés à travers lesquels l'électrolyte s'écoule avec un débit régulier. Une plaque chauffante 30 enveloppe l'enceinte 8 afin de réduire la viscosité de ltelectrolyte lorsque la température ambiante est faible. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront êtreapportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit à titre d'exemple. Notamment, le nombre d'enveloppes 7 et le nombre de rampes de distribution 14 et de purge 19 par enveloppe peut varier ainsi que le nombre d'éléments par rampe. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'amorçage simultané de piles à électrolyte liquide dans lequel on distribue simultanément dans plusieurs piles l'électrolyte contenu dans un récipient relié auxdites piles par des canalisations, caractérisé en ce que l'on conserve ledit électrolyte dans une enveloppe étanche et déformable et, pour provoquer l'amorçage simultané des piles, on déchire ladite enveloppe puis on applique une pression à l'extérieur de celle-ci pour chasser l'électrolyte vers les piles. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique, à l'extérieur de ladite enveloppe déformable, la pression d'un gaz compri me contenu dans un réservoir dont on commande ltouverture au moyen d'un poinçon mû par la combustion d'une charge pyrotechnique. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 pour amorcer simultanément plusieurs piles à électrolyte liquide, composé d'au moins un récipient contenant ledit électrelyte relié à plusieurs piles par au moins une canalisation de distribution, caractérisé en ce que chacun desdits récipients est constitué par une enveloppe étanche et déformable placée à l'interieur d'une enceinte rigide. 4 - Dispositif selon la revendication 3 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à l'une de ses extrémi- tés, chacune desdites enceintes rigides est raccordée par une canalisation à un réservoir dé gaz comprimé équipé d'un poinçon de perforation mû par une charge pyrotechnique. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite canali sation reliant chaque enceinte audit réservoir de gaz comprimé passe à travers un distributeur à tiroir, mû par le gaz comprimé, dont le tiroir porte un couteau qui déchire ladite enveloppe. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite enceinte rigide est raccordée également sur une vanne de purge laquelle vanne est reliée par au moins une canalisation aux ori fices de purge de plusieurs piles. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite vanne de purge comporte un clapet taré de mise à l'atmosphère lequel est repous se par la pression du gaz comprimé de sorte que les bacs des piles sont maintenus en pression. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite enceinte rigide est munie d'un clapet taré de mise à 1' échappement.