Brevet FR2278170A1 — publié le 19760206

La présente invention a pour objet un ensemble ou groupe de propulsion alimenté par un générateur air-zinc. On sait qu'a l'heure actuelle les générateurs air-zinc présentent des perspectives encourageantes en vue d'équiper des véhicules non polluants. On rappelle brièvement que de tels générateurs sont constitués d'une pluralité de cellules élémentaires, chacune desdites cellules comportant une partie active catalytique au niveau de laquelle circule une solution alcaline renfermant de la poudre de zinc en suspension; au contact d'une telle partie active l'air oxyde le zinc, d'où il résulte l'apparition d'une force électromotrice. Il est donc nécessaire d'associer à un tel générateur électrochimique des moyens aptes à transformer l'énergie électrique engendrée par le générateur en énergie mécanique de propulsion d'un véhicule, et en conséquence à réaliser un ensemble de propulsion apte à assurer une telle conversion énergétique selon notamment un rendement maximal tout en présentant une grande facilité de mise en oeuvre et un prix de revient modique. L'invention a donc pour objet un ensemble de propulsion comportant - un générateur électrochimique formé d'une pluralité d'éléments de préférence tubulaires interconnectés électriquement en parallèle chacun de ces éléments comprenant principalement de l'intérieur vers l'extérieur une grille collectrice négative, un séparateur poreux, une couche active catalytique poreuse, une grille collectrice positive, ces éléments étant alimentés hydrauliquement en parallèle par une solution alcaline renfermant de la poudre de zinc en suspension circulant au niveau de ladite grille collectrice négative, ladite solution alcaline étant acheminée vers les éléments à partir d'un réservoir puis refluée dans ce réservoir après traversée des éléments, au moyen d'une pompe entrainée par un moteur auxiliaire, - un arbre d'entrainement, - un moteur principal alimenté par ledit générateur électrochinique, le rotor de ce moteur étant calé sur ledit arbre, - une génératrice dont le rotor est calé à l'une des extrémités dudit arbre, - un moteur secondaire dont le rotor est également calé sur ledit arbre, - un volant d'inertie, - un groupe embrayage-cònvertisseur de couple, - un différentiel, aptes également à être entrainés mécaniquement par ledit arbre, caractérisé par le fait que les éléments dudit générateur électrochimique sont disposés en faisceaux concentriques et entourent au moins en partie lesdits moteurs\et ladite génératrice, l'une des extrémités de chacun desdits éléments étant disposée sensiblement au niveau dudit moteur principal et par le fait que chacun desdits éléments comprend une électrode dite électrode de recharge disposée sensiblement dans l'axe de l'élément cette électrode comportant une âme électroniquement conductrice, recouverte d'une couche poreuse, l'une des extrémités de ladite électrode de recharge étant disposée sensiblement au niveau de ladite génératrice. Avantageusement ledit moteur principal ainsi que ladite génératrice sont tous deux du type homopolaire. D'autres caractéristiques et avantages de 1 invention ressortent de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure I représente en vue éclatée une cellule élémentaire ou élément du générateur air-zinc mis en oeuvre dans l'ensemble de propulsion selon I#invention.. La figure 2 représente l'ensemble de propulsion selon l'invention. La figure 3 représente une vue en coupe selon l'axe XX de la figure 2. La figure 1 représente donc une cellule élémentaire ou élément 1 du générateur mis en oeuvre. Cet élément I de préférence tubulaire comporte une grille collectrice négative a, un séparateur poreux b, une couche active catalytique poreuse c, une grille collectrice positive d. Cet élément est traversé par une solution de potasse renfermant du zinc en suspension à la manière indiquée par la flèche FI et l'oxydation électrochimique du zinc par l'air extérieur engendre une force électromotrice entre les grilles a et d. Un tel élément a été décrit par ailleurs par la Demanderesse dans sa demande ne 71 45 734 du 20 décembre 1971 ainsi que dans les demandes d'additions ne 72 229 61 du 26 juin 1972 et n0 73 147 65 du 24 avril 1973 pour "Générateur électrochimique à circulation forcée. Par ailleurs, la référence e désigne une électrode dite de recharge disposée sensiblement dans l'axe de l'élément, une telle électrode de recharge comprenant une âme électroniquement conductrice, el recouverte d'une couche poreuse isolante e2, par exemple de l'amiante. Selon la figure 2, l'ensemble de propulsion comporte le générateur Iuimême formé d'une pluralité d'éléments 1 avantageusement disposés en faisceaux concentriques ainsi que l'illustre la figure 3 et maintenus à leurs extrémités par des plaques telles que 2 ou par tout autre moyen approprié. On notera cependant qu'un secteur 3 de la plaque 2 ne comporte pas d'éléments 1, afin de permettre d'accéder librement aux organes disposés au sein des tubes. Ces éléments sont alimentés hydrauliquement en parallèle par une solution 4 de potasse renfermant de la poudre de zinc en suspension et contenue dans un réservoir 5. Une telle alimentation est assurée au moyen d'une#pompe 6 entrainée par un moteur auxiliaire 7 acheminant ladite solution dans une canalisation 8 débouchant dans un collecteur d'entrée 9. Après traversée des éléments I, la solution se déverse dans un collecteur de sortie 10 puis se trouve refluée dans le réservoir 5. L'ensemble de propulsion comporte également un arbre d'entrainement Il sur lequel est calé le rotor commun (non représenté) d'un groupe moteur principal homopolaire 12 - génératrice homopolaire 13. On voit sur la figure 2 le stator d'un tel groupe qui comporte trois sections, savoir une section centrale 14 commune au moteur 12 et à la génératrice 13 et deux sections extrêmes propres à la génératrice et au moteur, 15 et 16 respectivement. Les inducteurs du moteur sont par ailleurs indépendant des inducteurs de la génératrice, de tels organes n'étant pas visibles sur la figure. De tels inducteurs sont alimentés indépendamment de telle sorte que l'excitation de chacun puisse être réglée à une valeur donnée. La section centrale 14 du stator est connectée aux grilles collectrices négatives a des éléments 1, la section extrème 15 est connectée aux électrodes de recharge e, tandis que l'autre section extrème 16 est reliée aux grilles collectrices positives d desdits éléments de telles connexions étant assurées au moyen des faisceaux de conducteurs 25, 26, 27 respectivement. De la sorte les éléments 1 se trouvent interconnectés électriquement en parallèle. On remarquera en outre que le moteur principal 12 est disposé sensiblement au voisinage immédiat des extrémités des éléments I, et que la génératrice 13 est elle-meme disposée sensiblement au niveau des extrémités des électrodes de recharge e. Par ailleurs un moteur secondaire 17 est également calé sur l'arbre 11, un tel moteur pouvant être alimenté par une source extérieure de courant continu ; il peut éventuellement fonctionner en genëratrice et recharger en permanence la batterie d'accumulateùrs du véhicule. De plus faisant suite au moteur 17 et calés également sur l'arbre Il, on voit successivement un volant d'inertie ie 18 un groupe en#rayage-convertisseur de couple 19 et enfin un différentiel 20. On va maintenant expliciter le fonctionnement d'un tel ensemhle de propulsion. Le démarrage d'un tel ensem1#le- s'effectue en alimentant d'une part le moteur 17 au moyen d'une source extérieure de courant et notamment au moyen de la batterie d'accumulateurs du véhicule, et d'autre part le moteur 7 d'entrainement de la pompe 8. La solution 4 de potasse renfermant la poudre de zinc en suspension irrigue donc les éléments I qui fournissent une force électromotrice, laquelle alimente le moteur honopolaire 12 lequel entraine l'arbre 11 et le véhicule. Le moteur secondaire 17 fonctionne alors en génératrice et charge la batterie d'accumulateurs comme sur les véhicules courants. En ce qui concerne la generatrice homopolaire 12, son excitation est réglée de sorte qu'elle débite en marche normale un courant négligeable sur les électrodes de recharge e des éléments 1. liais il faut noter que ladite généra- trice 12 peut assurer le freinage en récupération ; dans ce but il suffit d'établir son excitation nominale pour qu'elle débite un courant aux bornes des électrodes de recharge e et des grilles collectrices négatives a des éléments 1, regénérant ainsi en partie la poudre de zinc de la solution 4. En marche normale, l'arbre 11 entraîne donc également le volant d'inertie 18 le groupe embrayage-convertisseur de couple 19 et le différentiel 20. En particulier le volant 18 a pour rôle de fournir l'énergie nécessaire aux pointes de puissance de courte durée; en effet de telles pointes de puissance conduiraient soit a prévoir un nombre de tubes 1 élevé, donc ri augmenter le poids des connexions tout en diminuant le rendement du moteur qui devrait être dimensionné pour de telles pointes, soit prévoir des batteries d'accumulateurs supplémentaires ce qui présente également des inconvénients. L'arrêt d'un tel ensemble de propulsion s'effectue simplement en stoppant la pompe 6 d'alimentation en solution 4 et l'alimentation en air des éléments 1. Pendant des périodes d'arrêt de longue durée, il est souhaitable de déconnecter le groupe moteur 12-génératrice 13 des tubes afin d'éviter toute auto-décharge progressive du zinc demeurant dans les éléments 1 un tel phéno- mène pouvant entrainer certaines corrosions par oxydation. Dans ce but, il suffit de transférer le liquide conducteur garnissant l'espace entre rotor et stator des machines homopolaires, dans un récipient extérieur (non représenté), ce liquide étant comme il est connu un métal ou un alliage liquide. En ce qui concerne maintenant l'opération de recharge du générateur air-zinc lui-même, on sait qutune telle opération est périodiquement nécessaire en vue de régénérer la solution 4 savoir transformer le zincate produit au cours du fonctionnement en poudre de zinc. Bien entendu une telle opération peut être effectuée purement et simplement en vidangeant la solution usée 4 du réservoir 5 et en la remplaçant par une solution fraîche. Mais dans le dispositif selon l'invention une telle régénération peut être effectuée "in situ". Dans ce but il suffit en premier lieu de transférer le liquide conducteur du seul moteur 12 à l'extérieur et de mettre en route le moteur 17. Celui-ci entrain le groupe de machines, le moteur 12 tournant à vide, tandis que la génératrice 13 débite entre les électrodes de recharge e et les trilles collec trices négatives a des éléments I assurant ainsi la régénération ou recharge de la solution usee. On va maintenant mettre en lumière les avantages principaux du dispositif selon l'invention : En premier lieu l'association du générateur air-zinc au moteur homopolaire est particulièrement avantageuse. En effet, on sait que les moteurs homopolaires sont caractérisés par leur très faible tension nominale et leurs bonnes caractéristiques pour les vitesses de rotation élevées. il en résulte qu'ils sont particulièrement adaptés à utiliser les faibles tensions (et les intensités élevées) engendrées par un générateur air-zinc dont les éléments sont couplés électriquement en parallèle. Par ailleurs, ainsi qu'il a été mentionne, le moteur homopolaire lui-même peut servir de sectionneur pouvant interrompre la liaison électrique avec le générateur évitant ainsi la mise en oeuvre d'un organe de coupure encombrant et couteux. En outre la mise en oeuvre d'électrodes de recharge et la tension rela vivement basse du générateur permet d'effectuer la recharge "in situ" de la solution usée comme précédemment mentionné. Autrement dit l'usager du véhicule peut aisément régénérer par exemple durant la nuit la solution usée, sans pour cela nécessiter un chargeur classique. il suffira simplement de prévoir un asservissement arrêtant le moteur 17 lorsque la solution 4 se trouve totalement régénérée. De plus comme également mentionné, l'ensemble de propulsion permet également grâce à la génératrice homopolaire d'effectuer le freinage en récupération du véhicule. On notera également que par suite de la proximité immédiate de l'extrémité des éléments du générateur et du groupe moteur-génératrice homopolaire les diverses connexions électriques présentent une longueur#réduite ce qui permet de réduire leur poids dè façon notable. il faut en outre mentionner que les divers organes formant un tel groupe de propulsion et notamment le groupe des machines homopolaires sont très aisément réalisables à un échelon industriel, et selon un prix de revient modique. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux #pour la mise en oeuvre de l'invention dans une situation technique particulière. on comprendra que diverses modifications peuvent être réalisées sans pour autant se départir de l'esprit de l'invention, certains de ses éléments ou organes pouvant être remplacés par d'autres susceptibles dtr assurer la même fonction technique. REVENDICATIONS 1/ Ensemble de propulsion comportant - un générateur électrochimîque formé d'une pluralité d'éléments de préférence tubulaires interconnectés électriquement en parallèle, chacun de ces éléments comprenant principalement de l'interieur vers l'extérieur une grille collectrice négative, un séparateur poreux, une couche active catalytique poreuse, une grille collectrice positive, ces éléments étant alimentés hydrauliquement en parallèle par une solution alcaline renfermant de la poudre de zinc en suspension circulant au niveau de ladite grille collectrice négative, ladite solution alcaline étant acheminée vers les éléments à partir d'un réservoir puis refluée dans ce réservoir après traversée des éléments, au moyen d'une pompe entrainée par un moteur auxiliaire, - un arbre d'entraînement, - un moteur principal alimente par ledit générateur électrochimique, le rotor de ce moteur étant calé sur ladit arbre, - une génératrice dont le rotor est calé à l'une des extrémités dudit arbre, - un moteur secondaire dont le rotor est également calé sur ledit arbre - un volant d'inertie, - un groupe embrayage-convertisseur de couple, - un différentiel, aptes également à etre entraînes mécaniquement par ledit arbre, caractérisé par le fait que les éléments dudit générateur électrochimique sont disposés en faisceaux concentriques et entourent au moins en partie lesdits moteurs et ladite génératrice, l'une des extrémités de chacun desdits éléments étant disposée sensiblement au niveau dudit moteur principal et par le fait que chacun desdits éléments comprend une électrode dite électrode de recharge disposée sensiblement dans l'axe de l'élément, cette électrode comportant une âme électroniquement conductrice, recouverte d'une couche poreuse, l'une des extrémités de ladite électrode de recharge étant disposée sensiblement au niveau de ladite génératrice. 2/ Ensemble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moteur principal ainsi que ladite génératrice sont tous deux du type homopolaire. 3/ Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit moteur principal et ladite génératrice ont un rotor commun. 4/ Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les stators dudit moteur principal et de ladite génératrice comportent une partie centrale commune connectée auxdites grilles collectrices négatives des éléments. 5/ Ensemble selon l'une des revéndications i à 4, caractérisé par le fait que la partie du stator non commune dudit moteur principal est connectée auxdites grilles collectrices positives des éléments. 6/ Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la partie du stator non commune de ladite génératrice est connectée auxdites électrodes de recharge des éléments. 7/ Ensemble selon l'une des revendications I à 6, caractérisé par le fait que les inducteurs dudit moteur et les inducteurs de ladite génératrice sont alimentés indépendamment les uns des autres. 8/ Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ledit moteur secondaire est alimenté par une source extérieure de courant continu. 9/ Ensemble selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite source extérieure de courant continu est une batterie d'accumulateurs. 10/ Ensemble selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que ledit moteur secondaire est apte à assurer d'une part le démarrage de lten- semble de propulsion et d'autre part la recharge de ladite batterie d'accumu lateurs durant le fonctionnement dudit ensemble de propulsion. I1/ Ensemble selon l'une des revendications I à 10, caractérisé par le fait que ledit moteur secondaire est apte par ailleurs à entraîner ladite génératrice lors de l'opération de recharge du générateur électrochimique. 12/ Ensemble selon l'une des revendications I à 11, caractérisé par le fait qu'au cours de la marche de l'ensemble de propulsion l'excitation de la génératrice est réglable de sorte à assurer d'une part un débit de courant minimal aux bornes des électrodes de recharge et des grilles collectrices négatives des éléments et d'autre part le freinage en récupération par régénération partielle de ladite solution alcaline dans ce dernier cas. 13/ Ensemble selon l'une des revendications I à 12, caractérisé par le fait que durant des périodes d'arret prolongées le liquide conducteur garnissant l'espace délimité par le rotor et les stators du moteur principal et de la génératrice est transféré dans un récipient exterieur. 14/ Ensemble selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que lors de l'opération de recharge du générateur électrochimique, le liquide conducteur garnissant l'espace délimité par le rotor et le stator du seul moteur principal est transféré dans un récipient extérieur. 15/ Véhicule comportant un ensed 1e de propulsion selon l'une des revendications précédentes.