Brevet FR2853961A1 — publié le 20041022

Cartouche de génération d'hydrogène pyrotechnique et procédé de gestion de la charge d'un accumulateur d'un appareil portable Domaine technique de l'invention L'invention concerne une cartouche de génération d'hydrogène pyrotechnique, destinée à alimenter une pile à combustible d'un appareil électronique portable, comportant au moins un corps solide de stockage d'hydrogène constitué par un 10 matériau pyrotechnique libérant de l'hydrogène gazeux par combustion provoquée par des moyens de mise à feu. État de la technique L'alimentation en hydrogène d'une pile à combustible d'un appareil électronique portable peut être assuré par une cartouche 1 de génération d'hydrogène pyrotechnique (figure 1). Le document WO 02/090871 décrit une cartouche 1 comportant des corps solides 2 de stockage d'hydrogène, constitués par un 20 matériau actif pyrotechnique libérant de l'hydrogène gazeux par combustion provoquée par des moyens de mise à feu 3 initiés par un système de gestion. L'hydrogène est généré par une réaction d'oxydoréduction entre un produit réducteur porteur d'hydrogène et un produit à caractère oxydant. Le premier 25 composé est choisi parmi les produits riches en hydrogène. A cet égard, les borohydrures sont particulièrement intéressants. L'oxydant et son taux d'incorporation dans le mélange sont définis de façon à avoir un mélange globalement réducteur. Dans ces conditions, les éléments oxydants réagissent préférentiellement avec les éléments porteurs d'hydrogène. Il s'ensuit un dégagement d'hydrogène. Chaque corps solide 2 conduit à la libération d'une certaine quantité 5 d'hydrogène, dont la pression varie en fonction du volume disponible pour le stockage intermédiaire du gaz avant sa consommation par la pile à combustible et la vitesse de cette consommation. De plus, les transitions entre les combustions successives des corps conduisent à une production d'hydrogène discontinue. Ce dispositif ne permet donc pas d'approvisionner la pile à 10 combustible de manière continue et stable. Une réduction de la taille des corps 2 implique plusieurs inconvénients une détérioration du rapport entre le matériau actif et la matière inactive de support des corps solides, - une multiplication des discontinuités de production d'hydrogène, - une complication du système de gestion des initiations successives, - une augmentation de la surface exposée à la surface de la cartouche, susceptible d'être dégradée par un éventuel contact avec l'atmosphère environnante (par exemple une atmosphère humide). Cependant, une augmentation de la taille des corps 2 présente d'autres inconvénients: - une libération d'une quantité d'hydrogène trop importante à une pression trop élevée, nécessitant des moyens de stockage intermédiaire d'hydrogène 25 (avant consommation dans la pile à combustible) coûteux et volumineux. Ces moyens sont d'autant plus difficiles à mettre en oeuvre que la cartouche doit être amovible. - une dégradation des matériaux de la pile à combustible due à une quantité de chaleur d'hydrogène trop élevée. Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, plus particulièrement, de permettre d'approvisionner une pile à combustible de manière continue et stable. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'un corps solide est formé par un 10 cordon allongé, intégré dans un support en matériau inerte, les moyens de mise à feu étant disposés à proximité d'une extrémité du cordon de manière à ce qu'un front de combustion, correspondant à une section du cordon, se propage le long du cordon. Selon un mode de réalisation préférentiel, la section du cordon a une surface variable, d'une première valeur à proximité des moyens de mise à feu, à une seconde valeur, inférieure à la première. Selon un développement de l'invention, un procédé de gestion de la charge 20 d'un accumulateur d'un appareil électronique portable, comportant une pile à combustible connectée à l'accumulateur et une cartouche d'alimentation de la pile, consiste à - comparer la tension aux bornes de l'accumulateur à un seuil prédéterminé, - provoquer la mise à feu d'un cordon lorsque ladite tension est inférieure au seuil. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 5 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 représente une cartouche d'hydrogène pyrotechnique selon l'art antérieur. Les figures 2 et 3 illustrent une cartouche d'hydrogène pyrotechnique selon l'invention, respectivement en coupe et en coupe selon l'axe A-A. Les figures 4 à 6 montrent des modes de réalisation particuliers de l'invention. La figure 7 représente un procédé selon l'invention. Description de modes particuliers de réalisation. La cartouche 1 de génération d'hydrogène pyrotechnique, représentée à la figure 2, comporte une pluralité de cordons allongés 4, parallèles, intégrés dans 20 un support 5 en matériau inerte. Des moyens de mise à feu 3 sont disposés à proximité d'une extrémité du cordon allongé 4. Ainsi, après la mise à feu, un front de combustion se propage le long du cordon. Le front de combustion se déplace ainsi sensiblement d'une section du cordon à la section adjacente. La génération d'hydrogène par le matériau pyrotechnique est continue et 25 également régulière, stable et à débit constant dans le temps. L'hydrogène produit peut ainsi être consommé au fur et à mesure de sa production par la pile à combustible. La combustion lente permet en effet à l'énergie thermique d'être évacuée au fur et à mesure, par simple dissipation thermique dans les matériaux environnants la cartouche. Afin d'éviter la dégradation des cordons à leur extrémité proche des moyens de mise à feu 3, dégradation éventuelle due à un contact avec l'atmosphère, un film de protection 6 peut couvrir les extrémités des cordons. Ainsi tout contact 5 du matériau actif avec l'atmosphère est évité avant la mise à feu. Des moyens de connexion des moyens de mise à feu 3, représentés sur la figure 2, traversent le film de protection 6. La section d'un cordon 4 allongé peut être constitué par un quadrilatère, par 10 exemple par un rectangle, représenté à la figure 3, par un parallélogramme, un trapèze ou un carré. Le support peut comporter des canaux dans lesquels sont disposés les cordons allongés. Les figures 2 et 3 illustrent, par exemple, des canaux allongés, chacun 15 ayant une section rectangulaire et étant rempli par le matériau actif du cordon. Les canaux comportent des sorties disposées du côté de la cartouche qui est orienté vers la pile à combustible. Ceci assure une libération directionnelle du gaz vers la pile à combustible, lors du fonctionnement, et garantit l'étanchéité au gaz du système. Avant la mise à feu d'un cordon, ces sorties sont protégées par 20 le film de protection 6. La section des canaux est, de préférence, rectangulaire ou trapézoïdale afin d'optimiser l'indice constructif de la cartouche, c'est-à-dire le rapport entre la masse active et la masse inerte. De plus, ce type de géométrie facilite le remplissage des canaux avec un matériau pulvérulent sur une grande longueur. Comme représenté à la figure 4, les cordons allongés 4 peuvent être en forme de U. Ainsi, la longueur d'un cordon peut être supérieure à la longueur de la cartouche 1. La mise à feu étant effectuée à une seule des extrémités et le front La surface de la section d'un cordon permet de contrôler la pression et la température générées par la combustion. La surface de la section des cordons allongés 4 représentés à la figure 5 est variable, d'une première valeur à 5 proximité des moyens de mise à feu 3, à une seconde valeur, inférieure à la première. Dans le mode de réalisation particulier représenté, la section est variable, décroissante, depuis l'extrémité de mise à feu du cordon jusqu'à une zone intermédiaire proche du milieu du cordon et reste constante par la suite. Ainsi, le débit d'hydrogène est plus important dans les premiers instants de la 10 combustion et permet de remplir des volumes morts avec de l'hydrogène et une montée rapide à la pression de fonctionnement. Par exemple, la réaction pyrotechnique peut libérer de l'hydrogène sous une pression de quelques bars et à une température relativement élevée, de quelques centaines de degrés Celsius. Dans un mode de réalisation non-représenté, la cartouche peut être constituée par plusieurs supports superposés afin d'optimiser le remplissage de la cartouche. Dans un autre mode de réalisation particulier, représenté à la figure 6, le support 5 est cylindrique et chaque cordon est constitué par un secteur circulaire. Les cordons allongés intégrés dans la masse de la cartouche permettent 25 d'améliorer le rapport entre le matériau actif et le matériau inerte par rapport à l'état de la technique connu. Le risque de contact du matériau actif avec l'atmosphère environnante est limité, parce que la majeure partie d'un cordon est protégée par le matériau inerte de la cartouche. Un exemple concret peut être dimensionné de la manière suivante: Un appareil portable consomme en moyenne 2 W pendant le fonctionnement. Compte-tenu du rendement de la pile à combustible, il est nécessaire d'alimenter la pile avec environ 0,2 grammes d'hydrogène gazeux (0,1 mole 5 d'hydrogène) par heure. A pression atmosphérique et température ambiante, cette quantité correspond à 2,24 litres de gaz par heure, soit 0,62 cm3/s. Le matériau actif peut être un matériau pulvérulent compacté ou disposé à l'aide d'un solvant dans la cartouche. Après retrait de solvant, le matériau a une 10 porosité induite se répercutant dans la combustion et permettant d'évacuer l'hydrogène. La combustion s'effectuant en couches parallèles, la surface de section du cordon multipliée par la vitesse de combustion du matériau donne directement le débit d'hydrogène. La vitesse de combustion étant dépendante des caractéristiques du matériau et croissante avec la pression environnante, la 15 pression doit être maintenue la plus faible possible afin d'allonger la durée de fonctionnement. Comme représenté à la figure 7, la pile à combustible 7 peut être connectée à un accumulateur 8, qui alimente l'appareil portable 9. Un système de gestion 10 20 comporte des moyens pour détecter le niveau de décharge de l'accumulateur. Ainsi, la gestion de la charge de l'accumulateur consiste à comparer la tension aux bornes de l'accumulateur 8 à un seuil prédéterminé et à provoquer la mise à feu d'un cordon 4 lorsque ladite tension est inférieure au seuil. La combustion totale d'un cordon 4 peut, préférentiellement, correspondre à une recharge 25 complète de l'accumulateur 8. Revendications 1. Cartouche (1) de génération d'hydrogène pyrotechnique, destinée à 5 alimenter une pile à combustible (7) d'un appareil électronique portable (9), comportant au moins un corps solide de stockage d'hydrogène constitué par un matériau pyrotechnique libérant de l'hydrogène gazeux par combustion provoquée par des moyens de mise à feu (3), cartouche caractérisée en ce que le corps solide est formé par un cordon allongé (4) , intégré dans un 10 support (5) en matériau inerte, les moyens de mise à feu (3) étant disposés à proximité d'une extrémité du cordon (4) de manière à ce qu'un front de combustion, correspondant à une section du cordon (4), se propage le long du cordon (4). 2. Cartouche selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de cordons (4) parallèles. 3. Cartouche selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un cordon (4) est en forme de U. 4. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support (5) comporte au moins un canal dans lequel est disposé un cordon allongé (4). 5. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section du cordon (4) a une surface variable, d'une première valeur à proximité des moyens de mise à feu (3), à une seconde valeur, inférieure à la première. 6. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la section du cordon (4) est constitué par un quadrilatère. 7. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en 5 ce que, le support (5) étant cylindrique, chaque cordon (4) a une section constitué par un secteur circulaire. 8. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs supports (5) superposés. 10 9. Procédé de gestion de la charge d'un accumulateur (8) d'un appareil électronique portable (9), comportant une pile à combustible (7) connectée à l'accumulateur (8) et une cartouche (1) d'alimentation de la pile (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, procédé caractérisé en ce qu'il 15 consiste à - comparer la tension aux bornes de l'accumulateur (8) à un seuil prédéterminé, - provoquer la mise à feu d'un cordon (4) lorsque ladite tension est inférieure au seuil. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la combustion totale d'un cordon (4) provoque la recharge complète de l'accumulateur (8) .