Brevet FR2910589A1 — publié le 20080627

L'invention concerne un collecteur de fluides, tels que le chlore/anolyte et/ou hydrogène/soude dans une cellule à membrane de production de chlore, ainsi que son procédé de fabrication. Actuellement, les collecteurs nécessaires, soit dans une cellule d'électrolyse à membranes, soit dans un dispositif similaire assemblant des cadres fonctionnels identiques en série, tels que par exemple les filtres presses, sont de manière habituelle réalisés en chaudronnerie, utilisant soit des métaux nobles, type titane ou alliages spéciaux, soit des matières plastiques, type polypropylène (PP) ou polychlorure de vinyle chloré (CPVC), assemblant par soudure les divers éléments nécessaires. Pour des raisons économiques, les pièces les plus courantes sont réalisées en plastique. Le procédé actuel, consiste, manuellement, à partir d'un tuyau en CPVC ou en PP, coupé à la longueur voulue, à souder, d'une part les brides d'extrémité, de même matière et obtenues par moulage séparé, et, d'autre part, à effectuer les divers piquages de diamètres variables, localisés en grand nombre, en général entre 10 à 15 par mètre linéaire, sur toute la longueur de la pièce, lesdites brides destinées à recevoir les tuyaux flexibles provenant des cadres. Cet ensemble est ensuite contrôlé quant à l'étanchéité des soudures. Ensuite, la pièce est frettée par enrobage de fibres de verre imprégnées de résine polyester ou vinylester. Cette opération manuelle a comme but de conférer à la pièce des propriétés mécaniques que le CPVC ou le PP ne possède pas. Bien que très répandus, de tels collecteurs présentent de nombreux inconvénients. Tout d'abord, le procédé de fabrication est particulièrement long et délicat si l'on veut assurer l'obtention d'une pièce de qualité. Par ailleurs, l'enrobage de la pièce avec des fibres de verre imprégnées de résine polyester ou vinylester est particulièrement délicat car la fibre imprégnée doit renforcer, outre le tuyau principal, chacun des piquages, 2910589 2 ce qui rend le procédé de fabrication encore plus long et délicat. En outre, la réparation d'un piquage endommagé lors d'une intervention est très difficile, voire impossible. Le but de la présente invention est de proposer un collecteur 5 de fluides, tels que le chlore et/ou hydrogène/soude, qui pallie les inconvénients précités, notamment en ce qui concerne son procédé de fabrication. Un autre but de l'invention est de proposer un collecteur dont la fabrication peut être mécanisée et dont l'usinage est plus facile, même à 10 grande vitesse. Un autre but de la présente invention est de proposer un collecteur qui soit résistant aux chocs et à une température supérieure à 120 C. Un autre but de la présente invention est de proposer un 15 collecteur qui présente une résistance chimique en milieu corrosif et chaud, notamment une résistance au chlore, à l'acide chlorhydrique et à la soude. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui ne sont donnés qu'à titre indicatif et qui n'ont pas pour but de la limiter. 20 L'invention concerne un collecteur de fluides, tels que le chlore et/ou hydrogène/soude, notamment pour être utilisés dans des cellules d'électrolyse à membranes. Selon l'invention, ledit collecteur comprend une structure principale monolithique, de forme tubulaire, et présente au moins un piquage d'entrée, destiné à recueillir les fluides à collecter, ainsi qu'au moins 25 deux inserts et une bride pour fixer un tuyau de connexion. L'invention concerne également un procédé de moulage conçu pour la fabrication d'un tel collecteur. Selon la présente invention, ledit procédé de moulage comprend au moins les étapes suivantes : 30 - on introduit un tuyau en polymère dans une gaine cylindrique, 2910589 3 - on gonfle ledit tuyau jusqu'à l'obtention du diamètre souhaité, - on met en place des inserts métalliques dans un moule, - on introduit ledit tuyau gonflé entouré de ladite gaine 5 cylindrique à l'intérieur dudit moule, on injecte un polymère dans ledit moule fermé, on ouvre ledit moule et on extrait ledit tuyau et ladite gaine cylindrique, - on démoule ledit collecteur et on procède à son usinage. 10 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique un collecteur tel qu'il est connu aujourd'hui dans l'état de la technique, la figure 2 représente de façon schématique un collecteur 15 selon la présente invention, - la figure 3 représente une vue du collecteur selon la présente invention, -les figures 4, 5, 6, 7, 8 et 9 représentent les différentes phases de fabrication d'un collecteur tel que prévu dans la présente invention. 20 L'invention concerne tout d'abord un collecteur de fluides, tels que le chlore et/ou hydrogène/soude, notamment pour être utilisés dans des cellules d'électrolyse à membranes. Comme illustré à la figure 2, ledit collecteur 1 comprend une structure principale 2 monolithique, de forme tubulaire, et présente au moins 25 un piquage 3 d'entrée destiné à recueillir les fluides à collecter, ainsi qu'au moins deux inserts 4 et une bride 5 pour fixer un tuyau de connexion, notamment flexible 7. Une comparaison entre les figures 1 et 2 permet de constater la différence de conception et la simplification du collecteur tel que décrit dans 30 la présente invention par rapport à celui de l'état de la technique. Comme montré à la figure 1, le collecteur tel qu'il est connu 2910589 4 aujourd'hui dans l'état de la technique est composite et comprend un tuyau 8 en polypropylène (PP), un tuyau flexible 9 provenant des cadres (non représentés), un renforcement en fibres de verre ou résine 10, des soudures 11 et des brides 12. Un des avantages du collecteur, selon la présente invention, par rapport à l'état de la technique, tel que déjà mentionné précédemment réside dans, sa simplification de conception et de fabrication et notamment le fait que les piquages en excroissance 13 destinés à recueillir le fluide à collecter. présent dans l'état de la technique sont supprimés. Selon la présente invention, la paroi 14 de la structure principale monolithique 2 dudit collecteur 1 présente localement une surépaisseur 15. Des inserts 4, en inox par exemple, sont surmoulés dans ladite surépaisseur 15 de la paroi 14 de la structure principale 2. Ces inserts 4 sont 15 de préférence non cylindriques mais à section hexagonale, afin d'augmenter la résistance de serrage entre lesdits inserts 4 et la bride 5. Tels que montrés à la figure 2, les inserts 4 sont affleurants à la surface extérieure du collecteur 1 et noyés dans ladite surépaisseur 15 de la paroi 14. 20 La paroi 14 est usinée localement sur sa face extérieure pour permettre d'assurer l'étanchéité de la fixation par bride 5 du tuyau de connexion 7. La connexion audit tuyau 7 est réalisée par perçage de la paroi 14, l'endroit étant prémarqué par moulage. Un des avantages d'un collecteur, selon la présente invention 25 grâce à la structure monolithique de la structure, est de présenter la bride 5 solidaire du corps du collecteur 1, et non plus à l'extrémité d'une excroissance 13 potentiellement fragile, tel que montré à la figure 1. Selon un mode particulier de la présente invention, ledit collecteur 1 est constitué d'un polymère pur, non armé et non chargé. 30 A titre d'exemple non limitatif, ledit polymère est le polydicyclopentadiène (PDCPD). 5 10 2910589 5 Un des avantages du polymère polydicyclopentadiène est le fait de présenter des propriétés isotropes dues à l'absence de fibres et de charges minérales. En outre, ce type de polymère est résistant aux chocs et 5 présente une tenue thermique supérieure à 120 C, et une résistance chimique exceptionnelle en présence d'acide chlorhydrique, de chlore et de soude. A titre d'exemple, non limitatif, ledit collecteur 1, selon la présente invention, présente un diamètre entre 100 et 600 mm. Encore selon la présente invention, à titre d'exemple non 10 limitatif, ledit collecteur 1 peut présenter une longueur jusqu'à 8 mètres. Des longueurs unitaires supérieures sont techniquement possibles mais peuvent poser des problèmes économiques, liés à la taille et au coût du moule 18 si la série à produire est faible. La présente invention concerne en outre un procédé de 15 moulage conçu pour la fabrication d'un collecteur 1 tel que décrit dans la présente invention. Selon l'invention, et tel que montré aux figures 4 à 9, ce procédé comprend au moins les étapes suivantes : - on introduit un tuyau 16 en polymère dans une gaine 20 cylindrique 17, - on gonfle ledit tuyau 16 jusqu'à l'obtention du diamètre souhaité, - on met en place des inserts 4 métalliques dans un moule 18, 25 - on introduit ledit tuyau 16 gonflé entouré de ladite gaine cylindrique 17 à l'intérieur dudit moule 18 fermé, - on injecte un polymère dans ledit moule 18, on ouvre ledit moule 18 et on extrait ledit tuyau 16 et ladite gaine cylindrique 17, 30 - on démoule ledit collecteur 1 et on procède à son usinage. Le tuyau 16 en polymère est, notamment, de type néoprène 2910589 6 renforcé textile, de longueur supérieure à celle du collecteur 1 à réaliser et muni de dispositifs de fermeture, dont un équipé d'une valve (non représenté). La gaine cylindrique 17 est un cylindre en élastomère silicone dont le rôle est de protéger le néoprène du contact avec le dicyclopentadiène 5 (qui est un solvant à l'état liquide avant polymérisation) et de favoriser l'extraction du mandrin, car le silicone est anti-adhésif. En outre, le moule 18 dans lequel les inserts 4 métalliques sont mis en place est adapté et contrôlé en température. Par ailleurs, une fois que ledit tuyau 16 gonflé et entouré de 10 ladite gaine cylindrique 17 est introduit à l'intérieur dudit moule 18, ce dernier après fermeture maintiendra en place la partie centrale du tuyau 16 dans la cavité interne du moule 18 par pincement des extrémités qui débordent de part et d'autre. Finalement, l'extraction du tuyau 16 et de ladite gaine 15 cylindrique, non adhérente et protectrice, est effectuée après dégonflage dudit tuyau 16. Selon un mode particulier de la présente invention, ledit tuyau 16 est gonflé à l'aide d'eau sous une pression de 2 à 4 bars. Ledit tuyau 16 est alors gonflé jusqu'à l'obtention du diamètre souhaité. 20 Les inserts métalliques 4 mis en place dans le moule 18, sont, à titre d'exemple non limitatif, maintenus en place par vissage de l'extérieur. Ensuite, et tel que montré aux figures 5 et 6, on introduit ledit tuyau 16 gonflé entouré de ladite gaine cylindrique 17 à l'intérieur dudit moule 18. 25 L'ensemble constitué du tuyau 16 gonflé entouré de ladite gaine 17 cylindrique est appelé également le mandrin. Le mandrin est maintenu en position après fermeture du moule 18 par pincement, les deux extrémités sortant du moule 18, tel que déjà mentionné précédemment. Dans le cas d'un mandrin où le néoprène constituant le tuyau 30 16 est remplacé par un élastomère silicone, la gaine 17 sera inutile. En outre, on peut avoir un mandrin équipé d'un renfort 2910589 7 métallique en cas de grande longueur. Selon la présente invention, ledit collecteur 1, tel que décrit dans la présente invention, est moulé par injection dudit polymère liquide pur, non armé et non chargé, dans ledit moule 18 fermé. 5 La structure monolithique dudit collecteur est ainsi obtenue par injection réaction dudit polymère dans ledit moule 18. Selon un mode particulier de la présente invention, ledit polymère injecté dans ledit moule 18 est le dicyclopentadiène Le polydicyclopentadiène (PDCPD), est obtenu par réaction de métathèse à partir 10 du dicyclopentadiène. Encore, selon la présente invention, ledit moule 18 est en aluminium, réalisé en deux parties 181, 182 et muni d'un dispositif de contrôle de température (non représenté). Le procédé selon la présente invention, permet la réalisation 15 d'un collecteur 1 de même longueur mais offrant un nombre de piquages 3 variable. En effet, seules les connexions que l'on aura percées seront fonctionnelles. Ceci permet d'utiliser un tel collecteur 1 sur des installations ayant des cadres d'épaisseurs variables sans avoir à changer de moule. Le contrôle thermique, fondamental pour assurer une 20 homogénéité du polymère quand les épaisseurs varient fortement, est ici favorisé par l'emploi d'eau dans le mandrin. On peut ainsi orienter le démarrage de la réaction et la faire progresser de l'extérieur vers l'intérieur, évitant ainsi toute porosité dans la masse. De même, l'emploi d'eau évite des variations éventuelles de 25 diamètre intérieur par la pression d'injection du polymère. Naturellement, d'autres modes de mise en oeuvre, à la portée de l'homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 30 REVENDICATIONS 1. Collecteur de fluides, tels que le chlore et/ou hydrogène/soude, notamment pour être utilisés dans des cellules d'électrolyse à membranes, caractérisé en ce que ledit collecteur comprend une structure principale (2) monolithique de forme tubulaire, et présente au moins un piquage (3) d'entrée destiné à recueillir les fluides à collecter, et au moins deux inserts (4) et une bride (5) pour fixer un tuyau de connexion (7). 2. Collecteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (14) de la structure principale (2) présente localement une surépaisseur (15). 3. Collecteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les inserts (4) sont surmoulés dans ladite surépaisseur (15) de la paroi (14) de la structure principale (2). 4. Collecteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un polymère pur, non armé et non chargé. 5. Collecteur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le polymère est le polydicyclopentadiène. 6. Collecteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente un diamètre entre 100 mm et 600 mm. 7. Collecteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une longueur jusqu'à 8 mètres. 8. Procédé de moulage conçu pour la fabrication d'un collecteur, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : - on introduit un tuyau (16) en polymère dans une gaine cylindrique (17), - on gonfle ledit tuyau (16) jusqu'à l'obtention du diamètre souhaité, - on met en place des inserts (4) métalliques dans un moule 30 (18), - on introduit ledit tuyau (16) gonflé entouré de ladite gaine 25 2910589 9 cylindrique (17) à l'intérieur dudit moule (18) fermé, - on injecte un polymère dans ledit moule (18), -on ouvre ledit moule (18) et on extrait ledit tuyau (16) et ladite gaine cylindrique (17), 5 - on démoule ledit collecteur (1) et on procède à son usinage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tuyau (16) est gonflé à l'aide d'eau sous une pression de 2 à 4 bars. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tuyau (16) est en néoprène. 10 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie centrale dudit tuyau (16) est maintenue en place dans la cavité interne du moule (18) par pincement des extrémités qui débordent de part et d'autre. 12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit collecteur (1) est moulé par injection dudit polymère liquide pur, non armé 15 et non chargé, dans ledit moule fermé (18). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit collecteur (1) est obtenu par injection réaction dudit polymère dans ledit moule (18). 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que 20 ledit polymère injecté dans ledit moule (18) est le dicyclopentadiène. 15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dicyclopentadiène origine le polydicyclopentadiène par réaction de métathèse. 16. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moule (18) est en aluminium, réalisé en deux parties (181, 182) et muni d'un dispositif de contrôle de température.