Brevet FR2310637A1 — publié le 19761203

La présente invention concerne les générateurs électrochimiques. On cannait des générateurs électrochimiques munis d'une sounape destinée à limiter la pression interne. Dans une telle soupape, lorsque la surpression interne du générateur atteint une certaine valeur, elle provoaue la déformation élastique d'une pièce, par exemple une pastille d'élastomere ou un ressort métallique, qui ouvre un chemin de fuite pour les gaz. S'il est assez facile d'assurer pour une telle soupape, dans une fabrication de série, une pression d'ouverture précise et reproductible de tordre de plusieurs dizaines de bars, il en est tout differennent lorsque la pression d'ouverture voulue se situe par exemple au-dessous d'un bar. Pans cette hypothèse, la précision mécanique exigée entraîne des coûts de fabrication élevés. L'invention a pour but de réaliser une soupape a faible pression d'ouvertu- re, précise et facile à fabriquer, pour un générateur électrochimique. L'invention a pour objet un générateur électrochimique possédant un boîtier délimitant un espace intérieur contenant une atmosphère gazeuse, caractérisé par le fait qu'il présente une canalisation ayant une premiere extrémité, une seconde extrémité située à un niveau plus haut que la première extrémité et une région intermédiaire située à un niveau plus bas que la première extrémité, ladite première extrémité débouchant dans ladite atmosphère gazeuse et ladite seconde extrémité communiquant avec l'extérieur du générateur, ladite canalisation étant apte à recevoir un liquide dans ladite région intermédiaire de façon à interdire le passage des gaz par la canalisation en l'absence d'une différence de pression déterminée entre ses deux extrémités, et à permettre ce passage dans le cas contraire. Les relations de niveau indiquées s'entendent pour la position normale de fonctionnement du générateur. Lorsqu ####surpression apparatt dans le bottier du générateur, le niveau du liquide s'abaisse entre la première extrémité et la région intermediaire de la canalisation et s'élève entre la région intermédiaire et la seconde extrémité. Lorsque la surpression atteint une certaine valeur, un passage pour les gaz s'ouvre par la région intermédiaire. Cette pression d'ouverture est fonction de la densité du liquide et des caractéristiques géométriques de la canalisation. Elle peut sans difficulté être réglée à des valeurs très faibles, par exemple de l'ordre du millibar. Le générateur peut être normalement étanche, auquel cas seul le fonctionnement de la soupape permet l'évacuation des gaz. Alternativement, le boîtier peut présenter un orifice pour la sortie directe des gaz en marche normale, la soupape intervenant lorsqu'accidentellement la vitesse de formation des gaz dans le générateur devient supérieure à la vitesse d'évacuation autorisée par orifice. Selon l'invention, l'élévation du niveau du liquide entre la région inter médiaire et la seconde extrémité peut être utilisée pour produire un signal, servant par exemple a commander l'interruption du courant de charge ou de decharge du générateur Le dispositif selon l'invention peut encore être utilis en association avec une chambre de recorlLinaison cataîrtique de ltoxygène et de l'hydroaene dégagés dans le générateur, séparée de l'atmosphère gazeuse nar des moyens limitant le débit des gaz.La chambre de recombinaison est alors disposée plus haut que la seconde extrémité de la canalisation, des moyens étant prévus pour permettre à l'eau formée par la recombinaison des gaz de s'écouler dans la canalisation par la seconde extrémité pour constituer ledit liquide. En marche normale, la totalité des gaz formés passe dans la chambre de recombinaison. Au cas où le débit des gaz dégagés est supérieur à celui admis par la chambre de recombinaison, la pression croît dans l'atmosphère du générateur jusqu a ce que la soupape s'ouvre, mettant en communication cette atmosphère avec l'extérieur du générateur. L'invention sera mieux comprise grâce à la description donnée ci-apres de quelques exemples de réalisation donnés à titre illustratif et non limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel : Les figures la, lb et lc sont des vues partielles en coupe d'un générateur électrochimique selon l'invention, dans trois étapes de fonctionnement. Les figures 2a, 2b et 2c sont des vues partielles en coupe d'un accumulateur selon l'invention, dans trois étapes de fonctionnement. Les figures la, lb et lc montrent une portion du couvercle 1 du bottier d'un générateur électrochimique, présentant un orifice 2 libre et un orifice 3 obturé par un dispositif décrit ci-apres. Le corps 10 en matière plastique de ce dispositif forme une canalisation ayant une première extrémité 4, une seconde extrémité 5 située à un niveau plus haut que l'extrémité 4 et une région intermédiaire 6 située à un niveau plus bas que l'extrémité 4. Deux fils métalliques 7 et 8 plongent dans la canalisation par l'extrémité 5 jusqu'à un niveau plus haut que la région 6. L'extrémité 5 est fermée de façon non étanche par un couvercle 9. L'extrémité 4 s'ouvre dans l'atmosphère gazeuse 11 du générateur. La partie basse de la canalisation contient du mercure 12. A la figure la, la pression régnant dans l'atmosphère gazeuse 11 du générateur est égale à la pression atmosphérique. Le niveau de mercure est donc le même dans les deux branches de la canalisation situées de part et d'autre de la région 6. Ce niveau est situé au-dessus de l'extrémité inférieure du fil 8 et au-dessous de l'extrémité inférieure du fil 7. Il en résulte que les fils 7 et 8 sont isolés l'un de l'autre. En outre, la présence du mercure 12 interdit la sortie des gaz par la canalisation. En revanche, les gaz peuvent s'échapper de l'atmosphère il par l'orifice 2, prévu pour laisser passer les gaz dégagés lors du fonctionnement normal du générateur. La figure lb correspond à un état où le débit des gaz dégagés est plus élevé, de sorte qu'il ne peut plus être absorbé par l'orifice 2 sans perte de charge. La pression de l'atmosphère Il est donc supérieure à la pression extérieure, ce qui provoque une dénivellation du mercure dans la canalisation. son niveau dans la branche de gauche atteint l'extrémité du fil 7 qu'il met en court-circuit avec le fil 8. Ce court-circuit ferme un circuit électrique non représenté procurant un signal électrique. Ce signal peut par exemple déclencher une alarme, ou commander automatiquement l'arrêt du courant de charge ou de décharge du générateur. Si pour une raison quelconque, la pression interne continue de croître, on arrive à 1 1état montré à la figure Ic. Le niveau du mercure dans la branche de droite de la canalisation atteint la région 6 de telle sorte que-les gaz peuvent passer dans la branche de gauche et s'échapper par l'extrémité 5. Le dispositif joue alors le roule d'une soupape, et la surpression est stabilisée à la valeur correspondant à la dénivellation R du mercure entre les deux branches, cette valeur étant fonction de la quantité de mercure et des caractéristiques dimensionnelles du dispositif. Le dispositif des figures la à lc convient pour un générateur dégageant normalement une faible quantité de gaz, mais pouvant accidentellement produire des quantités de gaz importantes. L'orifice 2 est alors prévu pour admettre le débit de gaz normal. Pour un générateur fonctionnant normalement sans aucun dégagement de gaz, on peut supprimer l'orifice 2, la seule évacuation possible de gaz ayant lieu grâce à la soupape. Par ailleurs, le mercure peut être remplacé par un liquide non conducteur, le contact entre les fils 7 et 8 pouvant par exemple être réalisé par un flotteur présentant une partie conductrice. La signalisation peut aussi être assurée non par des moyens électriques mais par d'autres moyens sensibles à l'élévation du niveau du liquide, par exemple des moyens optiques ou mécaniques. Elke peut encore être purement et simplement supprimée, le dispositif jouant seulement le rôle de soupape. Dans l'accumulateur des figures 2a, 2b et 2c, le couvercle 21 présente un orifice 22 obturé par le corps 20 du dispositif selon l'invention. Une chambre 23 de recombinaison catalytique est définie par le corps 20, une virole 24 en acier inoxydable et un couvercle métallique 25 muni d'un orifice d'évacuation 42. La chambre 23 communique avec l'atmosphère gazeuze 26 du générateur par un orifice 27 ménagé dans le corps 20 et barré par un diaphragme poreux 28. Elle contient un catalyseur de recombinaison de ltoxvgène et de l'hydrogène, constitué par exemple par un dépôt de palladium divisé sur un support poreux d'alumine 29. La portion de l'intérieur du corps 20 non occupée par la chambre 23 forme une seconde chambre 30, fermée par un couvercle 38 muni d'un orifice 39. Le corps 20 se prolonge vers l'intérieur du générateur par un élément constitué de deux parois tubulaires coaxiales 31 et 32, le tube 32 étant obturé à son extrémitn inférieure par un bouchon 23. L'espace annulaire compris entre les deux tubes 31 et 32 constitue une première branche d'une canalisation, ##s'étendant d'une première extrémité 34 à une région intermédiaire 36 adjacente au bouchon 33, et espace intérieur au tube interne 31 constitue la seconde branche de la meme canalisation, s'étendant de la région 36 la seconde extrgnité 37.La première extrémité 34, située plus haut que la région 36, communique par des ouvertures 35 avec l'atmosphère 26 du générateur, et la seconde extrémité 37, située plus haut que la première extrémité 34, débouche dans la chambre 30. Supposons que l'accumulateur soit mis en charge sans qu'aucun liquide ait été introduit dans le dispositif qui vient d'être décrit et que le passage du courant de charge se poursuive au-delà de la charge complète des deux électrodes. Ce courant provoque alors l'électrolyse de l'eau de l'électrolyte et le dégagement d'oxygène et d'hydrogène, avec un débit proportionnel au courant. Une partie de ces gaz traverse l'orifice 27 et le diaphragme 28 et arrive dans la chambre 23 où elle se recombine sur le catalyseur. La vapeur d'eau formée se condense et s'écoule le long de la paroi métallique 24 et se rassemble dans une gouttière 40 ménagée dans la base du corps 20, et dans laquelle plonge la partie inférieure de la virole 24. Lorsque l'eau atteint un certain niveau dans cette gouttière, elle se déverse par une encoche de trop-plein 41 dans la chambre 30, et pénètre dans la canalisation par l'extrémité 37. Lorsque la région 36 est remplie, les gaz ne peuvent plus sortir par la canalisation et passent en totalité dans la chambre de recombinaison.Il stétablit alors dans l'atmosphère 26 une pression d'équilibre égale à la pression atmosphérique régnant dans la chambre 23, augmentée de la perte de charge provoquée par le débit des gaz à travers le diaphragme 28. Le processus se poursuivant, la canalisation se remplit jusqu'à ce que le niveau dans la branche externe atteigne les orifices 35, le niveau dans la branche interne étant plus élevé d'une hauteur h correspondant à la surpression d'équilibre, puisque la chambre 30 est aussi à la pression atmosphérique. A partir de ce moment, toute quantité d'eau recombinée retourne à l'électro- lyte du générateur par les orifices 35 et la quantité d'électrolyte ne diminue plus, si ce n'est par l'effet du rendement imparfait de la recombinaison des gaz et de la condensation de la vapeur d'eau. L'état du système est alors celui représenté par la figure 2b. Si on arrete le courant de surcharge, le dégagement des gaz s'interrompt, et la pression dans l'accumulateur revient progressivement à la pression atmos phérique. L'état du système est alors celui illustré par la figure oa, qui sera l'état de départ lors de la charge suivante. Il est d'ailleurs possible, avant la mise en service de l'accumulateur, de remplir d'eau la canalisation. L'état de la figure 2b est alors atteint plus rapidement lors de la surcharge et avec une perte moindre d'électrolyte. Si par suite d'une manoeuvre accidentelle l'accumulateur est traversé par un courant de surcharge très supérieur au courant normal, le débit des gaz augmente et par conséquent la perte de charge dans le diaphragme 28. L'élévation de la pression dans l'atmosphère 26 déplace l'eau de la canalisation, son niveau baissant dans la branche extérieure et montant dans la branche intérieure. La pression peut augmenter jusqu'à ce que le niveau d'eau dans la branche extérieure affleure à l'extrémité inférieure du tube 31, comme montré à la figure 2c. A ce moment, les gaz s'échappent par la canalisation, la chambre 30 et l'orifice 39 et la pression se stabilise à la valeur correspondant à la dénivellation H entre les deux branches.Si la surcharge à fort régime se poursuit, l'eau de recombinaison, ne pouvant plus revenir à l'électrolyte de l'accumulateur par les orifices 35, s' accumule dans la chambre 30. Le niveau d'eau dans cette chambre s'élevé jusqu a un orifice d'évacuation 43 prévu dans le corps 20 à un niveau plus bas que le diaphragme 28, permettant à l'eau excédentaire de s'échapper à l'extérieur. Lorsque la situation anormale cesse, le système revient à l'état de la figure 2a ou à celui de la figure 2b, selon que le courant de surcharge est arrêté on réduit à sa valeur normale. Ainsi le fonctionnement du système peut être schématisé de la façon suivante : lorsque le courant de surcharge est normal, la totalité des gaz dégagés passe dans la chambre de recombinaison et l'eau formée par la recombinaison de ces gaz retourne à l'électrolyte. Lorsque le courant de surcharge est anormalement élevé pendant une courte durée, une partie seulement des gaz dégagés passe dans la chambre de recombinaison et l'eau formée est recueillie pour être ultérieurement restituée à ltélectrolyte, le reste des gaz étant évacué par la soupape. Enfin, si la surcharge à fort courant se prolonge, l'eau de recombinaison est elle aussi évacuée et l'eau consommée par électrolyse est perdue en totalité. L'intérêt du dispositif est de limiter le débit des gaz dans la chambre de recombinaison. En effet, la recombinaison de l'oxygène et de l'hydrogène étant exothermique, la température du support du catalyseur est fonction croissante de la vitesse de recombinaison, donc du débit des gaz arrivant au catalyseur. Si celui-ci est trop élevé, la chaleur dégagée est susceptible d'endommager les pièces voisines du catalyseur, et même de provoquer l'explosion des gaz. Dans le dispositif selon l'invention, le débit des gaz arrivant dans la chambre de recombinaison est limité par le diaphragme poreu@ 28 à une valeur non dangereuse. Si le débit des gaz dégagés est suprieur à cette valeur, la pression croît dans le générateur, la soupape s'ouvre et permet l'évacuation, des gaz exccdentaires. La pression d'ouverture de la soupape est choisie elle aussi à une valeur non dangereuse, c'est-a-dire n'entraînant pas une déformation exces- sive ou la rupture du boîtier. La fonction du diaphragme (28) pourrait également être remplie par un orifice calibré. Bien entendu, l'invention n'est nullement limite au mode de réalisation qui vient d'être décrit, on peut sans sortir du cadre de l'invention, changer certains moyens par d'autres moyens techniquement équivalents. REVENDICATIONS 1/ Générateur électrochimique possédant un boîtier délimitant un espace intérieur contenant une atmosphère gazeuse, caractérisé par le fait qu'il présente une canalisation ayant une première extrémité, une seconde extrémité située à un niveau plus haut que la première extrémité et une région intermédiaire située à un niveau plus bas que. la première extrémité, ladite première extrémité des bouchant dans ladite atmosphère gazeuse et ladite seconde extrémite communiquant avec l'extérieur du generateur, ladite canalisation étant apte à recevoir un liquide dans ladite région intermédiaire de façon à interdire le passage des gaz par la canalisation en l'absence d'une différence de pression déterminée entre ses deux extremités, et à permettre ce passage dans le cas contraire. 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit boîtier présente un orifice permettant le passage direct des gaz de ladite atmosphère à 1 'extérieur. 3/ Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractériser par le fait qu'il comporte des moyens pour produire un signal lorsque le niveau dudit liquide entre ladite région intermédiaire et ladite seconde extrémité atteint une hauteur prédéterminée 4/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il possède en outre une chambre de recombinaison catalytique de ltoxygène et de l'hydrogène, co lniquant avec ladite atmosphère et disposée plus haut que ladite seconde extrémité, des moyens étant prévus pour permettre à l'eau formée par la renom binaison des gaz dans ladite chambre de s'écouler dans ladite canalisation par ladite seconde extrémité pour constituer ledit liquide. 5/ Générateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens consistent en ce que la partie inférieure de la paroi latérale de ladite chambre de recombinaison plonge dans une gouttière apte à recevoir l'eau de recombinaison et munie d'un trop-plein qui dirige l'eau vers ladite seconde extrémité. 6/ Générateur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour limiter le débit de gaz de ladite atmosphère à ladite chambre de recombinaison. 7/ Générateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens de limitation du débit sont constitués par un orifice calibré. 8/ Générateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens de limitation du débit sont constitués par un diaphragme poreux.