Brevet FR2554973A1 — publié le 19850517

La présente invention concerne un dispositif électrique comportant au moins une pile thermique et son applica- tion à un générateur d'énergie électrique modulable. On connaît déjà des piles thermiques, à usage unique et à fonctionnement de durée relativement courte, dans les- quelles l'électrolyte est normalement inerte et doit être activé par l'intermédiaire d'un activateur. Par exemple, cet électrolyte est constitué par un sel miné- ral fusible se présentant à l'état solide et électrique- ment inerte à la température ambiante, mais devenant électriquement actif dès qu'il a été fondu par l'activa- teur, qui est alors un inflammateur initié pyrotechni- quement. De telles piles thermiques présentent des particularités intéressantes, liées notamment au fait qu'avant leur ac- tivation l'électrolyte est électriquement neutre et so- lide: - leur durée de vie, en stockage avant activation, est au moins égale à vingt ans, si ce n'est plus; - elles ne nécessitent aucune maintenance et leur étan- chéité est parfaite; - elles résistent à des conditions sévères d'environne- ment et peuvent être activées à tout moment, dans prati- quement n'importe quelles conditions. Elles admettent des conditions de température ambiante comprise entre -50'C et +700C; - elles présentent une très grande impédance avant et après fonctionnement. De telles propriétés avantageuses destineraient lesdites piles thermiques tout particulièrement à l'alimentation des dispositifs électroniques de veille, de surveillan- ce, d'alarme, de secours, etc..., d'autant plus que, mé- me connectées à leur circuit d'utilisation, elles ne dé- bitent pas spontanément, mais au contraire doivent être activées pour ce faire. Cependant, une telle application a été jusqu'à présent impossible à cause du fonctionnement seulement temporai- re desdites piles après leur activation. La présente invention a pour objet de remédier à cet in- convénient et notamment de permettre la réalisation d'un générateur d'énergie électrique, composé de piles ther- miques et susceptible de délivrer une énergie électrique modulable dans le temps. Grâce à l'invention, on peut alors s'affranchir des défauts des piles sèches et accu- mulateurs, concernant principalement leur maintenance délicate, leur faible durée de vie, leur étanchéité aléatoire et leur peu de résistance à un environnement sévère. L'idée de base de la présente invention repose sur la constatation que, pendant leur fonctionnement, ces piles thermiques sont le siège d'un dégagement de chaleur fai- sant subir à leurs éléments, notamment à leur boltier, une augmentation continue de température telle qu'à une température desdits éléments correspond un instant dé- terminé du fonctionnement d'une telle pile, c'est-à-dire un état interne de celle-ci. Par exemple, la température du boitier d'une telle pile thermique placée à la tempé- rature ambiante croit linéairement de cette température ambiante, à l'instant d'activation, à une température maximale (généralement comprise entre 150 et 300'C) at- teinte à l'expiration du fonctionnement. Pour exploiter cette propriété, la présente invention prévoit un dispositif électrique comportant au moins une pile thermique dans laquelle l'électrolyte, normalement inerte, doit être activé par l'intermédiaire d'un.acti- vateur et dont le fonctionnement temporaire s'accompagne' d'un dégagement de chaleur faisant subir à des éléments de ladite pile une augmentation de température telle qu'à une température déterminée desdits éléments corres- pond un instant déterminé du fonctionnement de ladite pile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un in- terrupteur thermique qui est agencé en liaison thermique avec un élément, appartenant à ladite pile ou lié à celle-ci, et qui est prévu pour fonctionner à une tempé- rature prédéterminée, comprise dans la plage des tempé- ratures prises par ledit élément au cours du fonctionne- ment de ladite pile. Ainsi, ledit interrupteur thermique peut commander un circuit électrique dès que le fonctionnement de ladite pile atteint un état prédéterminé. De préférence, ledit interrupteur thermique est monté sur le bottier de ladite pile et se trouve en liaison thermique avec celui-ci. Il est alors avantageux que le- dit bottier soit au moins en partie électriquement con- ducteur et fasse partie du circuit électrique commandé par ledit interrupteur. Dans un mode de réalisation particulier, l'interrupteur peut alors comporter un linguet conducteur, par exemple du type ressort, pressé en direction du boltier de ladi- te pile, mais séparé de celui-ci par une matière isolan- te susceptible, soit d'être éliminée par fusion, soit de devenir conductrice, en réponse à l'augmentation de tem- pérature de la portion de bottier au contact de laquelle elle se trouve. 4 -2554973 Bien entendu, pour éviter des défauts de fonctionnement au moment de l'activation de la pile, il est nécessaire de mettre en oeuvre des matières.isolantes pour lesquel- les la température de ramollissement ou de fusion ou de conduction, non seulement correspond à la température de la pile à laquelle on désire actionner le circuit élec- trique commandé, mais encore est supérieure à la tempé- rature maximale de l'environnement dans lequel se trouve la pile, avant son activation. A titre d'exemple, on indique ci-après des substances isolantes pouvant être utilisées, en fonction de la tem- pérature qui leur est appliquée: - jusqu'à 70C: paraffines, stéarines - de 70'C à 100'C: polyéthylène - de 100'C à 160'C: polyuréthane - de 160'C à 210C: anthracènes - de 210'C à 240'C: polycarbonates - de 240 C à 270'C: polyoxyphénylènes. Le choix de l'interrupteur thermique, de l'élément de la pile auquel il est relié, de la liaison entre ledit élé- ment et ledit interrupteur, de l'emplacement de l'inter- rupteur sur ledit élément, etc... peut être fait pour que l'actionnement dudit interrupteur se fasse dès l'ac- tivation de la pile, pendant le fonctionnement de celle-ci, ou bien encore après ce fonctionnement propre- ment dit. Bien entendu, plusieurs interrupteurs thermiques peuvent être associés à ladite pile en vue de la commande de plusieurs circuits électriques et/ou de la délivrance de signaux à différents instants du fonctionnement de ladi- te pile. 2554913 Le ou les interrupteurs thermiques commandés par l'é- chauffement de ladite pile peuvent eux-mêmes être dispo- sés dans le circuit de commande de l'activateur d'une autre pile thermique. Ainsi, au choix, ces deux piles thermiques peuvent fonctionner simultanément avec re- couvrement partiel ou total de fonctionnement, ou bien successivement. De façon plus générale, pour obtenir un générateur con- tinu selon l'invention, on prévoit une pluralité de pi- les thermiques du type décrit ci-dessus, dont chacune d'elles est associée à au moins un interrupteur thermi- que pour pouvoir commander au moins une autre desdites piles. Du fait que, avant et après fonctionnement, de telles piles présentent une impédance très élevée et ne débi- tent aucun courant, les piles de ladite pluralité peu- vent être montées en parallèle les unes sur les autres sur un même dispositif d'utilisation sans l'intermédiai- re d'interrupteur. On obtient ainsi un générateur cons- titué d'une cascade de piles thermiques qui sont dispo- sées en parallèle sur un appareil à alimenter et dont l'activateur de chacune d'elles est commandé par l'in- terrupteur thermique associé à la pile thermique précé- dente dans la cascade, sauf pour la première qui est commandée directement et volontairement par un opéra- teur. La figure unique du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur cette figure, on a représenté un exemple de réalisa- tion d'un générateur à piles multiples selon l'inven- tion. 6- 2554973 Le générateur selon l'invention, montré par la figure, comporte une pluralité de piles thermiques P1,P2,..Pi,..Pn du type décrit ci-dessus. Chacu- ne de ces piles comporte un bottier 1, réalisé en une matière conductrice et relié à la cathode, une anode 2 et un inflammateur (ou activateur) 3. Dans l'exemple représenté: - tous les bottiers 1 sont reliés à la masse; - toutes les anodes 2 sont reliées à la borne correspon- dante d'un appareil utilisateur 4, dont la borne opposée est reliée à la masse; - tous les inflammateurs 3 sont reliés, d'un côté, à un dispositif de commande, constitué d'une pile 4 et d'un interrupteur 5, ou bien d'un système piezoélectrique; - le c6té opposé de l'inflammateur 3 de la pile P1 est relié au bottier 1 de ladite pile P1, par un contact 6; et - le côté opposé de l'inflammateur 3 des piles P2,P3...Pi,...Pn est relié à un contact 7, ces contacts 7 étant respectivement pressés contre le bol- tier 1 des piles P1,P2,...Pi-1...Pn-, avec interposition d'une couche de matière électrique- ment isolante 8. Dès que l'on ferme l'interrupteur 5, l'inflammateur 3 de la pile P1 est alimenté par l'intermédiaire du con- tact 6 et du bottier 1 de ladite pile. En conséquence, la pile P1 est activée-et commence à délivrer son énergie à l'appareil utilisateur 4. 7 2554973 En fonction de la nature des piles Pi, de la matière isolante 8 et de l'appareil utilisateur 4, la suite du fonctionnement du dispositif de la figure unique peut être différente. Dans le cas o l'appareil 4 doit être alimenté sous une puissance équivalente à celle de chacune des piles élé- mentaires Pi pendant un temps multiple du temps de fonctionnement d'une de celles-ci, la matière 8 et l'em- placement sur les bottiers 1 des interrupteurs thermi- ques 7,8 sont à chaque fois choisis pour que l'interrup- teur 7,8 d'une pile Pi-1 fonctionne juste avant le moment o cette pile Pi-1, activée, va finir de dé- livrer son énergie à l'appareil 4, de sorte que l'in- flammateur 3 de la pile suivante Pi est actionné à ce moment à travers l'interrupteur 7,8 et le boîtier 1 de la pile précédente Pi- Si l'appareil 4 requiert une puissance n fois multiple de celle d'une pile élémentaire Pi, les interrupteurs thermiques 7,8 et leur agencement sont prévus pour que les n piles Pi soient activées simultanément, c'est-à-dire pour que tous les interrupteurs 7,8 attei- gnent immédiatement leur-température de fonctionnement et transmettent l'ordre d'activation de la pile P2 vers le pile Pn. Dans un autre type de fonctionnement, l'appareil utili- sateur 4 peut requérir des périodes de fonctionnement entre lesquelles peut s'écouler des durées variant de la seconde à la dizaine d'année, chaque période de fonc- tionnement étant délimitée par la fermeture, puis l'ou- verture de l'interrupteur 5. A l'intérieur de chacune desdites périodes de fonctionnement, on peut, de la fa- çon décrite ci-dessus, mettre en action une ou plusieurs piles Pi, successivement ou simultanément. 8 2554973 On comprendra aisément que d'autres modes de fonctionne- ment que ceux décrits ci-dessus peuvent être obtenus par adaptation et agencement des interrupteurs 7,8 et/ou commande de l'interrupteur 5. On remarquera que l'énergie-nécessaire à la commande des inflammateurs 3 est très faible, de sorte que la pile 4 qui la fournie (ou tout autre dispositif, tel qu'un sys- tème piézoélectrique) peut être très éloignée de l'en- semble des piles Pi-. Bien entendu, une ou plusieurs piles Pi peuvent être pourvues de plusieurs interrupteurs thermiques 7,8 pour commander d'autres chaînes de commande et d'utilisa- tion. Quoique l'on ait décrit une commande purement électrique pour les inflammateurs 3, il va de soi que l'on pourrait utiliser, à partir d'un contact 7,8 d'autres types de commande, par exemple électro-mécanique, électro-optique ou détonique. 9 2554973 REVENDICATIONS 1.- Dispositif électrique comportant au moins une pile thermique (Pi), dans laquelle l'électrolyte, normale- ment inerte, doit être activé par l'intermédiaire d'un activateur (3) et dont le fonctionnement temporaire s'accompagne d'un dégagement de chaleur faisant subir aux éléments de ladite pile thermique une augmentation de température telle qu'à une température déterminée desdits éléments correspond un instant déterminé du fonctionnement de ladite pile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un interrup- teur thermique (7,8) qui est agencé en liaison thermique avec un élément (1) appartenant à ladite pile (Pi) ou lié à celle-ci, et qui est prévu pour fonctionner à une température prédéterminée, comprise dans la plage des températures prises par ledit élément (1) au cours du fonctionnement de ladite pile (Pi). 2.- Dispositif électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit interrupteur thermique (7,8) est monté sur le bottier (1) de ladite pile (Pi) et se trouve en liaison thermique avec celui-ci. 3.- Dispositif électrique selon la revendication 2, des- tiné à commander un circuit électrique par l'intermé- diaire dudit interrupteur thermique (7,8), caractérisé en ce que ledit bottier (1) de la pile (Pi) est au moins en partie électriquement conducteur et fait partie dudit circuit électrique commandé par le- dit interrupteur thermique (7,8). 4.- Dispositif électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'interrupteur (7,8) comporte un linguet conducteur (7) pressé en direction dudit bottier (1) de ladite pile (Pi), mais électriquement séparé de celui-ci par une matière isolante (8), susceptible, soit d'être éliminée par fusion, soit de devenir conductrice, en réponse à l'augmentation de température de la portion du boltier au contact de laquelle elle se trouve. 5.- Dispositif électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que, en fonction de la température de réponse désirée pour l'interrupteur thermique (7,8), ladite matière isolante (8) est la suivante: - jusqu'à 70'C: paraffines, stéarines - de 70'C à 100'C: polyéthylène - de 100'C à 160'C: polyuréthane - de 160'C à 210'C: anthracènes - de 210'C à 240 C: polycarbonates - de 240'C à 270'C: polyoxyphénylènes. 6.- Dispositif électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit interrupteur thermique (7,8) associé à ladite pile (Pi) est agencé dans le circuit de commande de l'activateur (3) d'une autre pile thermique (Pi+), de même type que la pile (Pi). 7.- Dispositif électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de piles thermiques (Pi): de même type, dont chacune d'elles est associée à au moins un interrupteur thermique pour pouvoir commander au moins une autre desdites piles. 8.- Dispositif électrique selon la revendication 7, destiné à servir de générateur de courant continu pour l'alimentation d'un appareil utilisateur (4), caractérisé en ce que lesdites piles (Pi) sont montées en parallèle. 9.- Dispositif électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une cascade de piles agencées de façon que l'activateur (3) de chacune d'elles (Pi) soit commandé par l'interrupteur thermi- que (7,8) associé à la pile thermique (Pi_1) précé- dente dans la cascade, l'activateur (3) de la première pile thermique Pi de ladite cascade étant volontaire- ment commandable par un opérateur.