Brevet FR2485814A1 — publié le 19811231

La présente invention se rapporte d'une manière générale à un détendeur permettant d'éliminer la surpression qui règne dans un récipient. Plus précisément, elle concerne le type de détendeur dans lequel il existe, monté dans la paroi du loge- ment d'une cellule galvanique hermétique, un diaphragme dont une face est exposée à la pression interne des gaz de la cel- lule et l'autre face est exposée à un point de perforation qui, lorsque le diaphragme se déforme dans une mesure suffisante sous la pression des gaz, perfore ce dernier. On connaît déjà des types variés de cellules galvaniques hermétiques dans lesquelles le fonctionnement électrochimique s'accompagne d'un dégagement de gaz. Lorsqu'on utilise pour ces cellules des récipients clos, les gaz peuvent développer des pressions élevées, risquant d'aboutir à la rupture du ré- cipient. Pour résoudre ce problème, on a mis au point des dé- tendeurs de sécurité consistant en un diaphragme logé dans la paroi du récipient et qui est rompu ou perforé lorsqu'il appa- rait des pressions excessives. La solution courante consiste à disposer un point de perforation au voisinage du diaphragme, celui-ci se déformant sous la pression interne de la cellule et venant alors en contact avec le point de perforation. Ce type de détendeur a connu un certain succès mais la fiabilité du fonctionnement est affectée par des variations dans la finesse du point de perforation, les propriétés d'é- lasticité de la matière du diaphragme, par une perforation partielle éventuelle du diaphragme au cours de l'assemblage en raison de l'étroitesse de l'ajustage couramment pratiqué et par un défaut de la détente dû à une perforation tro? len- te. Ainsi donc, il existe toujours un besoin pour un détendeur de sécurité économique et fiable pour les cellules galvaniques fermées et les récipients analogues. Dans un mode de réalisation de l'invention, une cellule galvanique fermée normale ou un récipient analogue porte un diaphragme souple disposé sur une ouverture du récipient de la cellule. Ce diaphragme présente une forme telle que, sous l'action de la pression interne des gaz contenus dans le ré- cipient, agissant sur sa face interne, il se déforme brutale- ment vers sa face extérieure. Au moment o il subit cette dé- formation brutale vers l'extérieur, il entre en contact avec un dispositif capable de le perforer, ce qui permet la déten- te de la pression. Lorsqu'on parle de "déformation brutale vers l'extérieur", on veut dire par là que sous l'action d'une pression croissante, le diaphragme prend lentement une forme bombée vers l'extérieur, jusqu'au moment o on atteint une certaine pression interne sous laquelle, en raison de sa for- me géométrique, il subit une déformation soudaine et rapide vers l'extérieur, entrant en contact avec le point de perfo- ration voisin qui le perfore, permettant la détente de la pression. Dans le mode de réalisation recommandé de l'invention, le diaphragme comprend une région centrale déprimée vers l'in- térieur et un collet périphérique en disposition radiale. Lorsque la pression augmente, la région centrale déprimée se déforme brutalement vers l'extérieur, passant d'un côté à l'autre 'du collet périphérique. Entre la région centrale dé- primée et le collet, le diaphragme comprend une partie côni- que. Le diaphragme est maintenu entre une bague d'étanchéité annulaire et un couvercle qui supporte un point de perfora- tion. On parvient à un effet de déformation brutal efficace lorsque le collet présente un diamètre intérieur qui repré- sente environ 1,3 fois le diamètre de la région centrale; la hauteur de la partie cônique représente de 0,056 à 0,089 fois le diamètre de la région centrale et de 3 à 5 fois l'épais- seur du diaphragme. La suite de la description se réfère à la figure anne- xée qui représente, en élévation verticale et en coupe, une cellule galvanique fermée équipée d'un détendeur de sécurité selon l'invention. Une cellule galvanique fermée de conception classique à l'exception du détendeur de sécurité, comprend un logement ou récipient cylindrique 10 dont l'extrémité inférieure 12 est fermée et l'extrémité supérieure 14 est ouverte, avec un bord périphérique 16. A l'intérieur du récipient 10, des électro- des de polarités opposées 18, 20 sont séparées par une feuil- le isolante mais poreuse 22, et enroulées en spirale sous une forme générale cylindrique s'adaptant à l'intérieur du récipient 10. Une électrode ou patte 24 dirigée vers le haut part de l'électrode positive et une patte analogue 26 part de l'électrode négative, en contact avec le récipient 10. Un joint annulaire ou une bague d'étanchéité 28 est en contact avec le bord 16; ce dispositif d'étanchéité est maintenu en place par un collier de renfort 30. Un diaphragme souple pour détente de la pression 32 se- lon l'invention est disposé sur l'ouverture du logement 10 définie par le diamètre intérieur de la bague d'étanchéité 28. Le diaphragme 32 consiste de préférence en un disque circulai- re mince d'une matière élastique telle qu'un acier à faible teneur en carbone et il comprend une région centrale déprimée 34 de forme circulaire de diamètre d, une partie cônique-an- nulaire solidaire, en disposition radiale vers l'extérieur et ouverte vers le haut, d'une hauteur h, un collet périphérique annulaire solidaire d'orientation radiale situé dans un plan qui se trouve au-dessus de la région déprimée 34, d'un diamè- tre intérieur D, et un collet périphérique solidaire d'orien- tation axiale 40. Les collets 38 et 40 sont fixés sur la ba- gue d'étanchéité 28 ou portent de toute autre manière contre cette bague comme représenté sur la figure. Un couvercle bombé vers l'extérieur 42 avec collet de ba- se solidaire d'orientation radiale 40 repose sur le dessus du diaphragme 32, le collet de base 44 étant en contact avec le collet périphérique 38 et la bague d'étanchéité 28. La paroi supérieure 46 du couvercle 42 est déformée au voisinage de son centre, de manière à former un point de perforation 48 dirigé vers le bas et de forme générale triangulaire (lorsqu'on le regarde de côté, de sorte que celà n'apparait pas sur la fi- gure); ce point de perforation s'arrête à une courte distan- ce au-dessus du diaphragme 32. Pour compléter la liaison élec- trique de la cellule, la patte 24 est soudée sur la face infé- rieure du diaphragme 32, lequel est à son tour en contact élec- trique avec le couvercle 42 par l'intermédiaire des collets 38 et 44. La position basse de la région déprimée 34 facilite la soudure de la patte 24, comparativement à des dispositifs de la technique antérieure dans lesquelles le diaphragme est plan. Lorsqu'on fait fonctionner une cellule galvanique du type représenté sur la figure, il y a dégagement de gaz qui se rassemblent dans les espaces vides du récipient 10. Lorsque la pression de ces gaz augmente, le diaphragme 32 commence éventuellement à se bomber vers l'extérieur. Si la pression augmente encore, la région déprimée 34 vient se placer dans une position intermédiaire au-dessous du point de perforation 48. En raison de la forme géométrique spéciale du diaphragme 32, un déplacement au-delà de cette position intermédiaire se caractérise par une accélération rapide (un "claquement") vers une nouvelle position qui se trouve du côté opposé du plan du collet 38. En d'autres termes, la région centrale déprimée 34, la partie cônique 36 et le collet d'orientation radiale 38 forment ensemble un dispositif qui conduit le diaphragme à se déformer brutalement vers l'extérieur sous l'action de la pres- sion interne des gaz du récipient agissant sur sa face inté- rieure. En l'absence du point de perforation 48, le diaphragme 32, à la suite de cette déformation brutale, se trouverait dans une position essentiellement identique à celle représen- tée en pointillé en 50 sur la figure. Toutefois, le point de perforation 48 empêche ce mouvement complet de la totalité du diaphragme 32 qui vient s'empaler lui-même sur le point de perforation et libère les gaz provoquant la surpression à l'in- térieur du récipient 10. Dans un mode de réalisation effectif de l'invention, le diaphragme 32 a été réalisé en acier à faible teneur en car- bone, calmé à l'aluminium, résistant à la corrosion, d'une épaisseur nominale de 125 microns et d'une épaisseur minimum de 88 microns. Le diamètre d était de 6,75 à 7 mm; le diamè- tre D était de 9 à 9,25 mm et la hauteur h de 375 microns à 3,13 mm. Le point de perforation 48 était constitué de la même matière que le diaphragme 32 mais d'une épaisseur d'environ 0,5 mm, avec un angle de 43 à 47 entre les faces de son extré- mité essentiellement triangulaire (non représentée sur la figu- re). L'extrémité de la pointe 48 était à un niveau de 50 à 300 microns audessous de la face intérieure du collet de base 44, ce qui la mettait à une distance de 75 à 575 microns de la sur- face supérieure du diaphragme 32. En général, on peut parve- nir à l'effet recherché de déformation brutale du diaphragme32 avec des matières présentant une élasticité analogue lorsque le rapport du diamètre D au diamètre d est d'environ 1,3, la hauteur axiale h représente de 0,056 à 0,089 fois le diamètre d et 3 à 5 fois l'épaisseur du diaphragme 32. On peut régler la pression à laquelle la déformation brutale se produit en faisant varier l'épaisseur du diaphragme et le diamètre et la profondeur de la région déprimée. Bien que le dispositif selon l'invention ait été décrit en référence particulière à l'utilisation sur des cellules galvaniques fermées, les techniciens en la matière apprécie- ront qu'un détendeur de sécurité selon l'invention peut être utilisé pour relâcher la pression dans un type quelconque de récipient. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Détendeur de sécurité à utiliser en combinaison avec un récipient normalement fermé(10)soumis à une pression inter- ne provoquée par les gaz, et caractérisé en ce qu'il comprend un diaphragme souple(32)pouvant être disposé sur une ou- verture(14)du récipient, ce diaphragme comportant une région déprimée(34)qui conduit à une déformation brutale du diaphrag- me vers sa face extérieure en réponse à la pression interne provoquée par les gaz dans le récipient et agissant sur sa face intérieure; et un dispositif(48)qui peut être placé dans l'ouverture pour provoquer la perforation du diaphragme au moment o il se déforme brutalement vers l'extérieur, et par suite, la dé- tente des gaz contenus à l'intérieur du récipient. 2 - Détendeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diaphragme comprend un collet périphérique d'orien- tation radiale(38>et une région centrale(34)partant du collet et située au-dessous du dispositif de perforation, cette ré- gion centrale étant déprimée au-dessous du plan du collet vers l'intérieur du récipient. 3 - Détendeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen provoquant la déformation brutale du dia- phragme consiste en une région centrale(34)du diaphragme si- tuée au-dessous du dispositif de perforation et une portion annulaire(38) du diaphragme, solidaire de la région centrale et entourant cette dernière, la portion annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la région centrale et vers le haut, enidirection du dispositif de perforation. 4 - Détendeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de perforation com- prend un couvercle(42)disposé au-dessus du diaphragme sur sa face extérieure, ce couvercle portant un point de perforation (48) dirigé vers le bas et en position telle qu'il provoque la perforation du diaphragme au moment o celui-ci subit sa dé- formation brutale vers l'extérieur. - Détendeur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un premier collet en disposition radiale(38) sur le diaphragme, un joint d'étanchéité annulaire(28)pouvant être disposé entre le premier collet en disposition radiale et le bord de l'ouverture, et un second collet en disposition radiale(44)sur le couvercle, ce second collet étant en contact avec le premier collet. 6 - Détendeur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un collet(40)dirigé vers le haut à partir du premier collet en disposition radiale, le joint d'étanchéité annulaire étant également apte à être placé entre ce collet dirigé vers le haut et le bord de l'ouverture. 7 - Détendeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen provoquant la déforma- tion brutale du diaphragme comprend une région centrale circulaire (34) du diaphragme située au-dessous du dispositif de perforation (48), un collet annulaire (38) entourant la région centrale et présentant un diamètre intérieur qui est d'environ 1,3 fois le diamètre de la région centrale et une portion conique (36)du diaphragme s'étendant entre la région centrale et le collet annulaire, la hauteur axiale de cette portion cônique repré- sentant de 0,056 à 0,089 fois le diamètre de la région centra- le et de 3 à 5 fois l'épaisseur du diaphragme. 8 - Détendeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récipient est une cellule gal- vanique.