Brevet FR2295583A1 — publié le 19760716

LA Présente invention concerne une amélioration dane le domaine dews dispesitifs catalytiques permettant de retransfor@er l'oxyène gazeux ei l'hydrogene gazeux se dégageant durant une surrherge, par exemple d'une batterie, ceete retransformation conduisant à l'obcation d'eau par recombinaison chimique des gaz. Lorsqu'un accumulateur ou batterie, dont l'électrolyte rend une solution aqueuse, subit une surcharge (courant de charge excessif), l'eau est dlectrolys e, de l'oxygène se dégage à la cathode et de l'hydrogène se doqge à l'anode, ce qui fait que la quantité d'électrolyte diminue progressivement. Si l on continue à @tiliser la batterie de cette tanière, la concentration de l'électrolyte augmente, la décharge spontanée angmente également, et la corrosion des pleques d'électrode s'accélère, jusqu'à un moment où les plaques d'electrode ne sont plus reconvertes par l'électrolyte, la durée de vie de la batterie étant ainsi disinuée.En conséquence, il est nécesseire d'ajjouter périodiquement de l'eau à la battarie, ce qui est incemmede et nécessite un travail supplémentalre, par exemple lorsqu'un grand nombre de batteries est utilisé, ou lorsque les batteries sont disposées dans un endroit relativement inaccessible. Afin de taciliter la maintenance de la batterle, on utilise une batterie munie d'un dispositif catalytique, en tant que batterie fixe représentant une surce d'énergie de secours. te dispositif catalytique sert à recombiner par voie chimique les gaz se dégageant de la batterie lors d'une surcharge, et ce gràce à un catalyseur, ces gaz étant retransformés en eau, qui est retouraée dans l'électrolyte. Cependant, avec un tes dispositif catalvtique classique, une adaptation suffisante aux condirions de fonctionnement de la batterle s'est révélée impossible a réaliser, car le dispositif catalytique est con@@ de telle manière que la totalité de l'exygène e@ de l'hydrog@ne dégagés réagit. Comme la chaleur de réaction dégagée par la réaction de l'oxygène et de l'hydrogène, conduisant à l'obiention d'esn, est relativement importante, le dispositif catalytique est détérioré thermiquement, et la batterie est de plus endomes gée en raison de l'augmentation de @empérature résultant de la chaleur dégagée, en particulier lorsque la quantité de gaz digagEs est importante, c'est-à-dire lorsque le courant de surcharge est intense. lorsque l3augsentation de température est importante, la température du catalyseur approche environ 350 C, et il se produit un frittage de catalyseur.Ceci réduir l'activité catalytique, ce qui fait que le rle du dispositif catalytique est amoindris le plus, le vapeur produite doit d@@e totalement condensée gràce à une perte d'énergle calorifique par rayennement. Cependant la température de la paroi externe du récipient, qui représente la paroi de refroidissement, s'élève en raison de la grande quantité de chaleur, En consdquence, la fonetion de refroidissement est impossible à réaliser, et une partie de la vapeur surchauffée s'échappe par un dispositif de sortie approprié. Il est done difficile d'introduire la batterie munie d'un dispositif catlaytique dans un endroit clos.Une des raisons de ce fait est que l'on utilise habitueliement les batteries en disposition allant de la disposition avec strume ure métallique à la disposition sous forme compacte, par exemple dans un endroit cles, la batterie et le chargeur étant contenus dans un tel endroit clos En conséquence, les batteries ont tendance à souffrir des effets de l'augmentation de température, et le courant de charge a tendance à a'élever anormalement en raison de l'êlévation de température.Ceci se produit également lorsque le chargeur prsente des défauts. le plus, les batteries reçoivent un courant de charge d'entretien périodigue, ce qui laisse la possibilité du passage d'un courent important et d'une surcharge conduisant aux memes résultats. l'invention a donc pour objet un dispositif catalytique non affects par un courant de surcharge, meme lorsque ce courant de surcharge devient intense. Le dispositif selon l'invention permet de régler la valeur maximale des ga réactionnels au moyen d'un dispositif réglant: le débit des ga réafctionnele, de telle maniere que la teipérature ne s'élève pas en reison du dégagement dune quantlte anormale de chaleur dt b la réaction se produisant entre les gaz réactionels. L'équilibre entre les gaz dégagés et les gaz entrant en réaction se traduit de la manière auivaute : Quantité de gaz dégagés = Quantité de gaz entrant en réaction + quantité libérée de gaz n'ayant pas réagi. La valeur meximale de la quantité de gaz entrant en réaction peut étre chnenue par églisation de la quantité des gaz dégagés et de la quantitd de vapeur condense, de telle manière que la quantité d'eau de condensation soft constante. L'objet de l'invention est atteint grave à un catalyseur monté dans un dispositif catalytique, la partie inferiaurs du catalyseur servant de conduit d'entre pour le courant gazeux, et la partie restante du catalyseur étant couverte par un récipient permettant la condensation de la vapeur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mleux compris à la lecture de la description qui va suivre, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un mode de réallsation pirticulier du dispositif catalytique selon l'invention ; - la figure 2 représente un autre mode de réalisation du dispositif catalytique selon l'invention - la figure 2a représente une vue en coupe selon A-A' du dispositif représenta sur la figure 2 ;; sur les figures 2 et 2a, les indices x' ont larme signification que les indices x de la figure 1 annexée - les figures 3, 4 et a reprdsencent d'autres modes particuliers de réalisation utilisant le dispositif catalytique selon l'invention ; - la figure 6 représente la relation existant entre le courant de surcharge et la température du dispositif catalytique selon l'invention ; - la figure 7 représente un exemple d'un dispositif catalytique classique. Le dispositif selon l'invention sera maintenant décrit de façon détaillée en se référant aux figures annexes. La figure l annexe représente une vue en coupe verticale du dispositif catalytique selon l'invention, une partie 1 de fixation, filetée, dotant destine fixer le dispositif sur un orifice de remplissage de la batterie. Un joint 2 constitué par un matériau distique, tel qu'un caoutchouc de chloroprene ou analogue, sert à assurer l'étanchéité à l'eau et 3 l'air au niveau de la partie i de fixation.La paroi du récipient formant le dispoeitif catalytique 3 est par exemple constituée d'une résine de polypropylene résistant auxacides et résistant aux alcalis. Un passage 4 pour les gaz est prévu, l'excès de gaz (gaz n'ayant pas réagi) pouvant l'emprunter lorsqu'une quantit importante de gaz est introduite dans le dispositif catalytique Un récipient de condensation S s ouvre uniquement vers le bas, et est par exemple constitué d'une résine de polypropylene résistant aux acides et aux alcalis, ce récipient de condensation contenant le récipient catalytique. L'enveloppe 6 du catalyseur est perméable aux gaz, et est formée de granules frittés incombustibles et rffractalresa par exemple de granules d'alumine. Le catalyseur 7 est obtenu par imprégnation de granules obtenus par frittage et formage d'alumine active, par exemple, par un élément de la famille du platine, tel que le palladium. le filtre 8 empOche la propagation de la flamme, et est constitué d'un matériau identique à celui formant l'enveloppe 6 du catalyseur. L'orifice de sortie 9 permet d'éviter une combustion continue. La partie saillante 10 forme une pièce support séparant l'enveloppe du catalyseur du fond du dispositif, cette pièce étant constituée en un matériau dont la résistance thermique est d'au moins 1500C. Selon l'invention, la paroi extérieure du dispositif 3 et le récipient 5 de condensation, représentés sur la figure 1 annexée, peuvent etre disposés ainsi que cela est représenté sur la fiture 2. Egalement, selon l'invention, le dispositif catalytique peut également être concçu selon une disposition, en série ou en parallèle par rapport au courant gazeux, ainsi que cela est représenté sur les figures 3 et 4 annexées, de plusieurs combinaisons de base du récipient 5 de condensation représenté sur la figure 1 et du catalyseur 7 disposé à l'intérieur dudit récipient de condensation.En ce qui concerne l'arrangement an série représenté sur la figure 3 annexée, il est possible d'augmenter l'efficacité de conversion des gaz dégagés en eau, et, si l'on choisit la disposition en parallèle représentée sur la figure 4 annexée, il est possible de choisir un courant de surcharge éliminant la néces- site de la maintenance. De plus, le dispositif selon l'invention peut également être disposé à l'intérieur de la batterie, ainsi que cela est représenté sur. la figure 5 annexée. Les indices des figures 3, 4 et 5 désignent les mêmes éléments que les indices correspondants de la figure 1. Seule la partie inférieure du récipient comportant des pores minuscules, et qui contient la masse catalytique, est blindée de telle façon que les gaz ne puissent pas venir en contact direct avec la partie inférieure dudit récipient à pores minuscules. La position relative du récipient ouvert seulement à sa partie inférieure, qui contient la masse catalytique, et de ladite masse catalytique peut varier selon la direction verticale. Une partie de la partie supérieure du récipient 5 et une partie de la partie supérieure du récipient 3 sont amovibles. La figure 7 annexée représente un dispositif catalytique classique, la vue adoptée étant une vue en coupe verticale, sur laquelle 1', 2', 3', 6', 7' et 9' correspondent respectivement aux indices 1, 2, 3, 6, 7, 9 représentés sur la figure I annexée. 10' représente un élément élastique cylindrique, par exemple en caoutchouc, fixé sous pression sur une partie du récipient 6' enveloppant le catalyseur de telle façon que la totalité des gaz dégagés traverse la masse 7' catalytique. 11' désigne un orffice de passage des gaz prévu afia d'empécher la rupaure de la batterie en raison d'une pression interne trop élevés, dans le cas d'un dégagement d'une grande quantité de gaz.D'après cette conception, la totalité des gaz dégagés passe dans la masse 7' de cataivseur, dans 1 enveloppe 6' du catalyseur, et la totalité des gaz est soumise a l'action catalytique3 transfornée en eau, et la totalité des gaz contribue donc au dégagement de chaleur. Le fonctionnement du dispositif catalytique selon l'invention sera décrit ci-dessous en se référant au mode de réalisation partioulier représenté sur la figure 1 annexée. @'oxygène et l'hydrogène dégagés par la batterie a" cours de la surcharge sont introduits dans la partie int6rieure du systeme grâce a la partie 1 de fixation. Lorsque la quantité de gaz dégagé est faible: ce qui est par exemple le cas lorsque la batterie est monté en tampon, le gaz pénètre par la partie inférieure du récipient S de condensation, est nis en contact avec la masse 7 de catalyseur, grace A des pores minuscules que présente l'enveloppe 6 du catalyseur, le mélange gazeux étant transformé ainsi en vapeur par réaction chimique, cette réaction chimique dégageant simultanément une certaine quantité de chaleur. ta vapeur forme se condense en gouttelette d'eau, su contact de la surface interne du récipient 5 de condensation, la diminution de volume résultant de cette condensation permettant l'introduetien d'urie nouvelle quantité de gaz. I,e fonctionnement est coneine.D'aufre part, lorsqu'un couant de surcharge anormalement intense traverse la 'atttre, ce qui @onduit au dégagement une grande quantlté de gaz on atteint un équilitre lorsque la quantité de vapeur condensee, qui est détorminée par la capacité de refroidisspement du récipient de condensation, est égale h la quantit6 de gaz introduite en remplacs@ent, et un excès éventuel de gaz passe par la partis inférieure du passage 4 pour gaz, pr4u a la périphérie do réciplent de condensation, grace à un orifice ménagé dane la pièce aalilante 10, cet exces de gaz traversant un filtre @ empechant la propagation de la flamme, et s'échappant a l'atmosphére au moyen de l'orifice de sortie empOchant la combustion continue, Le dispositif catalytique selon l'invention est conçu de telle manière qu'il ne souffre pas de la quantité de chaleur correspondant à l'intensité du courant de surcharge traversant la batterie, ce qui fait que ce disposififpeut s'adapter suffisamment aux conditions de fonctionnement de la batterie. Même lorsqu'un courant de surcharge anorsllement intense traverse la batterie, et qu'une grande quantité de gaz se dégage, en raison d'une augmentation de température de la batterie ou d'un défaut du chargeur, le dispositif catalytique n'est pas détérioré par la chaleur, et peut etre utilisé de manière stable.En conséquence, le dispositif catalytique selon l'invention est approprié et efficace pour des batteries ne nécessitant pas de maintenance, susceptibles dtatre disposées dans un conteneur-fermé ou analogue, afin d'obtenir une disposition compacte. La quantité maximale de gaz réactionnels traitée par le catalyseur peut être réglée de la manière suivante : on prévoit un disposltif àpproprié à vis entre la surface inférieure de la paroi supérieure du récipient extérieur 3 et la surface supérieure du récipient de condensation, afin de relier ces deux éléments de façon qu'ils soient amovibles et que leur position respective puisse varier librement dans la direction verticale, grâce à un déplacement dans cette direction. L'enveloppe 6 du catalyseur repose sur la pièce saillante 10 formant support, qui se trouve sur la paroi interne de fond du récipient extérieur 3. Les gaz n'ayant pas réagi, qui pénètrent par les orifices ouverts ménagés dans le fond du récipient extérieur, pénètrent dans l'enveloppe 6 du catalyseur par la surface frontale de la paroi latérale externe de cette enveloppe, ce qui fait que la température de l'enveloppe 6 du catalyseur s'élève en raison de la chaleur de réaction dégagée au niveau du catalyseur, En conséquence, l'élément support 10 décrit ci-dessus doit être constitué d'un matériau réfractaire résistant à une température d'au moins 150 C, afin dréviter les phénomènes de déformation thermique. L'orifice fermé par le filtre 8 est foré dans la paroi supérieure du récipient extérieur 3. On prévoit au-dessus l'élément 9 de couverture, dont la paroi latérale présente plusieurs orifices d'échappement. L'excès de gaz (gaz n'ayant pas réagi) s'échappe par un phénomène de diffusion. Même Si les gaz n'ayant pas réagi s'enflamment au niveau de l'élément de couverture, il n'existe pas de risque de destruction de l'élément d'échappement formant "bouchon" lui-meme, car la puissance explosive est faible et car la flamme est soufflée par la déflagration. Grâce à une protection de la surface du fond de l'enveloppe contenant le catalyseur et présentant des pores minuscules, ou grâce à la disposition d'un élément protecteur évitant l'exposition directe du fond mentionné ci-dessus aux gaz, les gaz n'ayant pas réagi pénètrent unifor rament par la paroi latérale de l'enveloppe du catalyseur, ce qui protège la surface dudit fond de l'enveloppe du catalyseur contre l'sppa- rition de surchauffes locales. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par lthomme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de 1 invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif catalytique pour batterie contenant un électrolyte aqueux, dans lequel l'oxygène et l'hydrogène gazeux dégagés par électrolyse de l'électrolyte aqueux sont recombinés par voie catalytique en eau, cette eau étant retournée dans l'électrolyte, caractérisé en ce qu'il comprend une masse catalytique 7 disposée à l'intérieur d'un récipient 5 contenant le catalyseur, ouvert uniquement à sa partie inférieure, et en ce qu'il est muni de passages pour gaz permettant l'échappement de ces gaz, à la périphérie dudit récipient 5 contenant le catalyseur. 2. Dispositif catalytique selon la revendication l, caractérisé en ce que la masse catalytique est disposée dans ledit récipient contenant le catalyseur, et en ce qua ledit récipient contenant le catalyseur présente la forme dlune coupe inversée, cedit récipient contenant le catalyseur étant de plus disposé dans un autre récipient 3. 3. Dispositif catalytique selon la revendication 2, caractéisé en ce Qu'une partie de la partie supérieure dudit récipient en forme de coupe inversée et une partie do la partie supérieure dudit autre récipient 3 contenant ledit récipient sont amovibles. 4. Dispositif catalytique selon la revendication I, caractérisé en ce que la masse catalytique est disposée dans le récipient 6 contenant le catalyseur, et présentant des pores minuscules, disposé dans ledit récipient 5 ouvert seulement à sa partie inférieure, ledit récipient 6 étant monté sur une pidee formée d'une partie saillante, disposée au fond dudit autre récipient 3 contenant ledit récipient contenant le catalyseur. 5. Dispositif catalytique selon la reven-dication 1, caract,érisé en ce qu'il comprend un dispositif anti-déflagrant consistant en un orifice de sortie permettant 1 'échappement d'un excès de gaz, couvert par un filtre 8 présentant des pores de petites dimensions, et en ce que la totalité de la surface supérieure dudit filtre est couverte par un élément 9 en forme de coupe inversée, dont une partie de la surface latérale forme un orifice d'échappement des gaz. 6. Dispositif catalytique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie saillante sur laquelle repose ledit récipient 6 présentant des pores minuscules et contenant la masse catalytique, consiste en un matériau dont la résistance thermique est supérieure ou égale à 150 C. 7. DispositIf catalytique selon la revendication i, caractérisé en ce que seul le fond dudit récipient 6 présntaitt des pores minuscules, et contenant ladite masse de catalyseur, est bliLld de telle manière que les gaz ne puissent pas entrer directement contact avec ledit fond dudit récipient présentant des pores minuscules. 8. Dispositif catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position relative entre le récipient 5 ouvert seulement à sa partie inférieure et contenant ladite masse catalytique et ladite masse catalytique peut varier dans X direction verticale. 9. Dispositif catalytique selon la revendication L, caractérisé en ce que ledit récipient contenant ladite masse catalytique et ouvert seulement à Sa partie inférieure, et le récipient le plus exteritur 3 contenant ledit récipient contenant ladite masse catalytique sont formés en une seule pièce. 10. Dispositif catalytique selon la revendication I, caractérisé en ce que plusieurs desdits récipients 5 contenant ladite masse catalytique et ouverts seulement h leur partie inférieure sont disposés en série ou en paralièle, par rapport à la direction du courant gazeux.