Brevet FR2968461A1 — publié le 20120608

L'invention concerne un groupe électrogène transportable. Plus spécifiquement, l'invention est particulièrement adaptée pour la réalisation de dispositifs destinés aux interventions en terrain accidenté, notamment sur des sites de catastrophe naturelle. Les groupes électrogènes fonctionnant à partir d'une pile à combustible sont connus de l'art antérieur. Ils permettent de disposer d'une puissance électrique de l'ordre de 2 kW pendant quelques heures et offrent notamment les avantages d'être peu polluants, de ne pas produire de vibration et d'être silencieux, propriétés très appréciables pour des utilisations militaires, à des fins de discrétion, ou pour des opérations de secours et de sauvetage, notamment sur des sites de catastrophes naturelles telles que des tremblements de terre, où le silence et l'absence de vibration sont nécessaires pour localiser des personnes emprisonnées dans les décombres. De tels groupes électrogènes, décrits par exemple dans la demande de brevet française FR2893187 utilisent une réserve d'hydrogène sous forme gazeuse. Or, ce mode de stockage de l'hydrogène est, d'une part, très volumineux au regard de la quantité de gaz stockée, et d'autre part, nécessite un stockage du gaz sous haute pression, typiquement comprise entre 200 et 700 bars (2.10' à 7.10' Pa) ce qui pose des problèmes de sécurité. Ce type de stockage est par ailleurs sujet aux fuites et nécessite, à cette fin, une maintenance soignée, peu compatible avec des conditions d'intervention difficiles. Il est par ailleurs connu de stocker l'hydrogène à basse pression sous forme d'hydrure, telle que de l'hydrure métallique. Cette forme de stockage est l'une des plus sure car elle permet de stocker un important volume d'hydrogène sous une pression faible, de l'ordre de 10 bars (106 Pa). Ce principe de stockage repose sur une absorption réversible, dans certaines conditions thermodynamiques, de l'hydrogène par certains métaux, par exemple le magnésium (Mg), ou certains composés. De tels réservoirs sont remplis de ces métaux ou composés sous une forme pulvérulente. Le réservoir est chargé en y introduisant du dihydrogène (H2) gazeux, lequel gaz est absorbé par les particules métalliques dans une réaction exothermique sous une pression d'équilibre. La décharge, endothermique, est réalisée en mettant le réservoir en communication avec une pression plus faible que la pression d'équilibre et/ou en chauffant ledit réservoir. Plus de détails à propos du stockage de l'hydrogène sous forme d'hydrure peuvent être consultés dans la demande de brevet internationale WO2007011476. Le cycle de charge-décharge peut être réalisé un grand nombre de fois, cependant, les capacités de stockage d'un tel réservoir se dégradent dans le temps. En effet, les particules d'hydrure se dilatent lors de la charge, par l'absorption d'hydrogène, et se rétractent lors de la décharge. Ces cycles de contraction-expansion peuvent entraîner des tassements de la poudre dans le réservoir, particulièrement si ces effets se combinent aux effets de la gravité. Ces tassements nuisent à la performance de stockage du réservoir et peuvent même entraîner des problèmes de sécurité, les particules ainsi tassées produisant alors des contraintes importantes lors de leur dilatation au cours de la charge. En conséquence, ce mode de stockage performant de l'hydrogène est finalement peu adapté pour des utilisations sur le terrain, ou de tels réservoirs d'hydrure peuvent être soumis à des sollicitations mécaniques tant au cours de leur utilisation que de leur transport, sollicitations qui vont accélérer la dégradation des performances de stockage desdits réservoirs et par conséquent la fiabilité du dispositif en opération. Afin de résoudre les inconvénients de l'art antérieur, l'invention propose un dispositif de production d'énergie électrique autonome comprenant : a. une pile à combustible apte à produire de l'énergie électrique par oxydation de l'hydrogène ; b. un réservoir de stockage d'hydrogène à basse pression sous forme d'hydrure, ledit réservoir s'étendant selon un axe, dit grand axe ; c. un carter s'étendant selon une direction longitudinale et comportant des moyens de support aptes à maintenir ledit carter dans une position stable que la direction longitudinale de celui-ci soit contenue dans un plan vertical ou dans un plan horizontal ; d. des moyens pour maintenir le réservoir de stockage d'hydrogène solidaire du carter de sorte que le grand axe soit horizontal quelle que soit la position stable dudit carter. Dans tout le texte, une direction verticale est parallèle à la direction de la gravité. Un plan horizontal est un plan dont la normale est parallèle à la direction de la gravité. Une direction est dite horizontale lorsqu'elle est contenue dans un plan horizontal et un plan est dit vertical lorsqu'il est perpendiculaire à un plan horizontal. Ainsi, le grand axe du réservoir d'hydrure est toujours placé de manière horizontale, quelle que soit la position d'utilisation, c'est-à-dire une position stable, du dispositif, ce qui permet de limiter considérablement les effets de tassement de la poudre d'hydrure dans le réservoir, et ainsi de prolonger sa durée de vie et son niveau de performance. L'invention peut être mise en oeuvre selon les modes de réalisation avantageux exposés ci-après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, les moyens de support comprennent une roue tournant autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale et apte à servir de surface d'appui du dispositif lorsque la direction longitudinale du carter est placée selon une orientation contenue dans un plan vertical. Ainsi, le dispositif peut être facilement transporté par roulage, le carter étant alors placé en position horizontale, et redressé en position stable verticale une fois sur site, le grand axe du réservoir restant horizontal dans les deux cas. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif objet de l'invention comprend deux roues placées à chaque extrémité longitudinale du carter, le diamètre desdites roues étant supérieur ou égal à l'encombrement radial du carter. Ces roues de grand diamètre facilitent le déplacement sur un terrain accidenté du dispositif objet de l'invention, par roulage dudit dispositif, tout en offrant une base stable en utilisation sur site, lorsque ledit dispositif se trouve en position verticale. Ces roues, particulièrement lorsqu'elles sont équipées de pneumatiques, constituent également une protection du dispositif contre les chocs. Avantageusement, le carter est de forme sensiblement cylindrique et comprend une pluralité de connexions électriques sur sa périphérie, alimentées électriquement par la pile à combustible. Il permet ainsi une distribution optimale de l'énergie sur le site d'utilisation. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif objet de l'invention, celui-ci comprend un pylône télescopique escamotable dans le moyeu des roues. Le poids et la stabilité en position verticale du dispositif sont ainsi mis à profit pour fixer en hauteur différents équipements électriques, sans nuire à la compacité du dispositif pendant son transport. Ainsi, ledit pylône peut avantageusement être utilisé pour y fixer une source d'éclairage, le dispositif permettant alors de disposer d'une source de lumière puissante appréciable sur un théâtre d'intervention de nuit. Alternativement, une source de chauffage électrique peut également être installée au sommet du pylône. Afin de faciliter son transport, le dispositif objet de l'invention peut, selon un mode de réalisation avantageux, comprendre des moyens aptes à connecter des brancards au carter de sorte à déplacer celui-ci par roulage. Ainsi, le dispositif peut être roulé facilement, sans gêner la marche de l'opérateur qui le transporte. Avantageusement, les moyens de connexion des brancards sont aptes à arrêter le carter en rotation autour d'un axe de direction longitudinale lorsque ledit carter est placé dans une position telle que la direction longitudinale est parallèle au sol. Ainsi, la sécurité de l'opérateur est assurée particulièrement sur des terrains en pente. Avantageusement, la pile à combustible et le réservoir d'hydrogène sont disposés de telle sorte que le centre de gravité de la masse des moyens en liaison pivot par rapport aux roues soit radialement excentré par rapport à l'axe de rotation des roues afin de favoriser la position horizontale du grand axe par l'effet de la gravité. Ainsi, le réservoir d'hydrure est toujours placé dans la position la plus favorable à la prévention du tassement de la poudre qu'il contient. Le réservoir d'hydrure et la pile à combustible participent ainsi au maintien du dispositif dans une position stable optimale pour le fonctionnement et le stockage dudit réservoir. Avantageusement, le réservoir d'hydrure est maintenu dans le carter de telle sorte que le grand axe soit toujours perpendiculaire à la direction longitudinale. Ainsi, les effets techniques d'orientation favorable de l'axe de du réservoir d'hydrure sont obtenus sans articulation ou dispositif de suspension complexe du réservoir à l'intérieur du carter, ce qui participe à la robustesse et à la fiabilité dudit dispositif. L'invention est plus précisément décrite ci-après par ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et les figures 1 à 5 dans lesquelles : - la figure 1 représente de face et en perspective, un éclaté d'un dispositif en position verticale, selon un exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre en perspective le transport par roulage par deux opérateurs d'un dispositif selon un des modes de réalisation de l'invention ; - la figure 3, montre en perspective et de face un dispositif selon un des modes de réalisation de l'invention, figure 3A en position verticale, figure 3B en position horizontale ; - la figure 4 représente en perspective et en coupe le dispositif objet de l'invention selon un de ses exemples de réalisation, figure 4A de face selon une coupe AA, telle que définie figure 3, figure 4B, de profil selon une coupe BB telle que définie figure 4A, les moyens de connexion du gaz et électrique ainsi que les organes de contrôle électronique n'étant pas représentés ; - et la figure 5 est une vue de dessous en perspective et en coupe selon CC telle que définie figure 4A, d'un exemple de réalisation du dispositif objet de l'invention sans les organes de connexions gazeuse et électrique et sans les organes de contrôle électroniques. Figure 1, selon un exemple de réalisation, le dispositif (100) objet de l'invention est de forme sensiblement cylindrique s'étendant selon un axe dit longitudinal (110). Il comprend un carter (130) enfermant une pile à combustible ainsi qu'un ou plusieurs réservoirs (120) d'hydrure de forme sensiblement cylindrique, s'étendant selon un grand axe (121). Deux roues (141, 142) sont placées à chaque extrémité du carter (130). L'accès aux réservoirs d'hydrure est avantageusement fermé par une trappe (125). Le dispositif comprend des moyens (171) pour connecter les réservoirs d'hydrure à la pile à combustible et des moyens (non représentés) notamment électroniques, pour la gestion et le contrôle du fonctionnement du dispositif. Ces moyens de connexions et de contrôle du fonctionnement sont connus de l'homme du métier et ne sont pas plus détaillés. Un pylône (160) s'étend selon la direction longitudinale. Ce pylône (160) supporte avantageusement des équipements électriques (161) tels qu'une lampe. Des prises électriques (150) sont également avantageusement disposées sur la circonférence du carter (130). Des attaches (131) s'étendent selon une direction radiale à l'extérieur du carter (130) et permettent la fixation de brancards (132). Figure 2, les dits brancards (132) sont avantageusement utilisés pour le roulage du dispositif, par exemple par deux opérateurs (201, 202). Dans cette configuration, l'axe longitudinal (110) du dispositif est en position horizontale et correspond également à l'axe de rotation des roues (141, 142). Ces roues (141, 142) de grand diamètre permettent de franchir les obstacles qui se présentent sur un terrain accidenté. Les brancards (132), en éloignant les opérateurs (201, 202) du carter, facilitent leur progression en évitant que le dispositif ne les gêne dans leur mouvement de marche. Au cours du transport, le pylône (160) est rangé à l'intérieur du carter. Une poignée (162) venant se loger dans le moyeu d'une des roues (141), permet de l'extirper dudit carter lorsque le dispositif (100) est en position verticale. Figure 3, le dispositif objet de l'invention peut reposer sur le sol (300) en position verticale, figure 3A, reposant alors sur l'une (142) de ses roues. Le pneumatique de ladite roue (non représenté) protège le dispositif des chocs. Dans cette position de l'axe longitudinal, les réservoirs d'hydrure (120) sont dans une position telle que leur grand axe (121) soit sensiblement horizontal et que les deux extrémités des réservoirs (120) selon ce grand axe (121) soient sensiblement au même niveau de sorte à limiter l'action de la gravité sur le tassement de la poudre contenue dans les réservoirs (120). Même si le sol (300) sur lequel repose le dispositif est en pente, et que, du fait de cette pente, les réservoirs se trouvent dans une position moins favorable, il suffit de tourner le carter (130) autour de l'axe longitudinal (110) d'un angle inférieur à 90°, pour ramener le grand axe (121) desdits réservoirs (120) dans une position sensiblement horizontale. Les attaches (131) des brancards peuvent être avantageusement utilisées à cette fin pour manoeuvrer le carter. Figure 3B, lorsque le dispositif repose sur le sol dans une position telle que son axe longitudinal (110) est sensiblement horizontal, le grand axe (121) des réservoirs (120) se trouve également en position horizontale. La position de la pile à combustible (420) et des réservoirs (120), fait que le centre de gravité du dispositif objet de l'invention est décalé radialement par rapport à l'axe longitudinal (110) de rotation des roues, de sorte que la gravité tend à ramener la pile à combustible (420) en position basse et par conséquent à stabiliser les réservoirs en position horizontale par l'effet de cette gravité. Cet effet est également opérant lorsque le dispositif objet de l'invention se trouve dans une position telle que sa direction longitudinale (110) se trouve contenue dans un plan vertical, alors qu'il est posé sur le sol (300) et que ledit sol est en pente. L'action de la gravité tend à faire tourner le carter (130) autour de son axe (110), de sorte à amener la pile à combustible vers le point le plus bas, c'est-à-dire avec le grand axe (121) des réservoirs d'hydrure orienté sensiblement perpendiculairement à la ligne de plus grande pente, donc dans la position la plus horizontale possible pour ces réservoirs (120). Tant en position verticale qu'en position horizontale du dispositif objet de l'invention, les attaches (131) de brancards peuvent avantageusement être utilisées comme arrêt en rotation du carter, au besoin avec l'aide des brancards. Figure 4, le dispositif objet de l'invention est avantageusement réalisé selon une structure légère de sorte que le poids des réservoirs d'hydrure (120) et de la pile à combustible (420) soient les principaux contributeurs à la position radiale du centre de gravité. Selon un exemple de réalisation, le dispositif objet de l'invention peut être réalisé en chaudronnerie mécano-soudée. Alternativement il peut être réalisé dans une matière plastique renforcée par une phase fibreuse. Selon un exemple de réalisation, le carter est constitué de deux embases creuses (431, 432) reliées entre elles par des colonnes (331, 332, 333, 334) s'étendant selon la direction longitudinale (110). Chaque embase (431, 432) supporte un axe creux (440) fixe, sur lequel s'articule, selon une liaison pivot, une boite à roulements (441). Chacune des roues (141, 142) est fixée à une telle boite à roulements (441). Les attaches (131) de brancards sont soudées à plat sur ces embases (431, 432). Une enveloppe (430), constituée d'une tôle roulée, est fixée sur lesdites embases (431, 432). La pile à combustible (420), ainsi que les réservoirs d'hydrure (120) sont fixés sur les colonnes (331, 332, 333, 334). L'espace libre autour de l'axe longitudinal (110) permet de loger le pylône (160) au travers des axes creux (440). Figure 5, les quatre colonnes (331, 332, 333, 334) définissent deux plans de pose perpendiculaires entre eux et dont l'intersection correspond à l'axe (110) de la direction longitudinale, lequel est aussi l'axe de rotation des roues selon cet exemple de réalisation. Les réservoirs d'hydrure (120) sont posés selon un plan défini par deux des colonnes (331, 332) et dans une orientation telle que le grand axe (121) est perpendiculaire, dans ce plan de pose, à la direction longitudinale (110). Cette implantation assure, selon ce mode de réalisation, le positionnement optimal des réservoirs d'hydrure vis-à-vis des sollicitations mécaniques externes et notamment la gravité, tant au cours du transport que de l'utilisation du dispositif. La pile à combustible (420) est posée dans un plan parallèle au plan de pose des réservoirs d'hydrure (120) selon une orientation minimisant l'encombrement du système et selon une implantation répondant aux enseignements décrits ci-dessus, permettant de favoriser la position horizontale du grand axe (121) par l'effet de la gravité. Cet effet est obtenu par la position du centre de gravité (G) de la masse en liaison pivot par rapport aux roues, en regard de l'axe (110) de rotation desdites roues. Selon cet exemple de réalisation, la masse en liaison pivot par rapport aux roues (141, 142) comprend essentiellement les masses de la pile à combustible (420), des réservoirs d'hydrure (120) des colonnes (331, 332, 333, 334), des embases creuses (431), de la tôle (430) du carter et des attaches de brancards (131). Dans cet exemple de réalisation, les masses aptes à produire l'écartement radial du centre de gravité (G ou G') sont principalement la masse des réservoirs d'hydrure (120) et de la pile à combustible (420). Ainsi, selon un exemple de réalisation, le centre de gravité (G ou G') de l'ensemble pile à combustible (420) et réservoirs d'hydrure (120) doit être placé sur un axe (510) perpendiculaire au plan de pose et à la direction longitudinale (110), intersectant l'axe (110) de rotation des roues, tout en étant radialement distant de cet axe de rotation (110). Le centre de gravité peut ainsi se trouver sur cet axe (510), d'un côté (G), ou de l'autre (G'), du plan de pose des réservoirs d'hydrure (120), ces deux localisations étant acceptables pour obtenir l'effet technique recherché. La description ci-avant montre que l'invention atteint les objectifs visés, en particulier elle propose un dispositif autonome et silencieux de production d'énergie électrique, transportable en terrain accidenté et qui offre par construction des conditions optimales d'utilisation des réservoirs d'hydrure en termes de longévité et de sécurité. Ces conditions sont obtenues par la coopération de l'ensemble des moyens présents, par les choix d'implantation des différents moyens compris dans le dispositif, notamment par le positionnement de leur centre de gravité. REVENDICATIONS1. Dispositif (100) de production d'énergie électrique autonome caractérisé en ce qu'il comprend : a. une pile à combustible (420) apte à produire de l'énergie électrique par oxydation de l'hydrogène ; b. un réservoir (120) de stockage d'hydrogène à basse pression sous forme d'hydrure ledit réservoir s'étendant selon un axe (121) dit grand axe ; c. un carter (130) s'étendant selon une direction longitudinale (110) et comportant des moyens de support (141, 142, 131) aptes à maintenir ledit carter (130) dans une position stable, que la direction longitudinale (110) de celui-ci soit contenue dans un plan vertical ou dans un plan horizontal ; d. des moyens (331, 332, 333, 334, 420, 120, 131) pour maintenir le réservoir (120) de stockage d'hydrogène solidaire du carter (130) de sorte que le grand axe (121) soit horizontal quelle que soit la position stable dudit carter (130). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de support comprennent une roue (142) tournant autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale (110) et apte à servir de surface d'appui du dispositif lorsque la direction longitudinale (110) du carter (130) est placée selon une orientation contenue dans un plan vertical. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux roues (141, 142) placées à chaque extrémité longitudinale du carter (130), le diamètre desdites roues (141, 142) étant supérieur ou égal à l'encombrement radial du carter (130). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le carter (130) est de forme sensiblement cylindrique et qu'il comprend une pluralité de connexions électriques (150) sur sa périphérie, alimentées électriquement par la pile à combustible (420). 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'il comprend unpylône télescopique (160) escamotable dans le moyeu des roues (141, 142). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une source d'éclairage (161) fixée au sommet du pylône (160). 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (131) aptes à connecter des brancards (132) au carter (130) de sorte à déplacer celui-ci par roulage. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (131) de connexion des brancards (132) sont aptes à arrêter le carter (130) en rotation autour d'un axe de direction longitudinale (110). 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pile à combustible (420) et le réservoir (120) d'hydrure sont disposés de telle sorte que le centre de gravité (G, G') de la masse des moyens (331, 332, 333, 334, 430, 420, 120, 131) en liaison pivot par rapport aux roues (141, 142) soit radialement excentré par rapport à l'axe de rotation (110) des roues (141, 142) afin de favoriser la position l'horizontale du grand axe (121) par l'effet de la gravité. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le réservoir (120) d'hydrure est maintenu dans le carter (130) de telle sorte que le grand axe (121) soit toujours perpendiculaire à la direction longitudinale (110).