FR2539919A1

FR2539919A1 - Accumulateur de puissance

Info

Publication number: FR2539919A1
Application number: FR8401034A
Authority: FR
Inventors: Roger John Wedlake; Philip James Johnson
Original assignee: South African Inventions Development Corp
Current assignee: South African Inventions Development Corp
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1984-07-27
Also published as: GB2134698B; GB8401357D0; JPS59143281A; GB2134698A; DE3401794A1

Abstract

BATTERIE D'ACCUMULATEURS 10 CONSTITUEE PAR UNE SERIE D'ELEMENTS ELECTROCHIMIQUES SECONDAIRES 12 PLACES DANS UNE ENVELOPPE D'ISOLATION THERMIQUE 16 QUI COMPORTE UN CALODUC 22 PLACE AU MOINS PARTIELLEMENT A L'INTERIEUR DE L'ENVELOPPE. CE CALODUC EST ASSOCIE A UN CONVERTISSEUR CATALYTIQUE 26 POUR LA COMBUSTION CATALYTIQUE SANS FLAMME D'HYDROCARBURES COMBUSTIBLES. CHAQUE CONVERTISSEUR FORME UNE SOURCE DE CHALEUR POUR LA FOURNITURE DE CHALEUR A L'INTERIEUR DE L'ENVELOPPE PAR L'INTERMEDIAIRE DU CALODUC QUI ASSURE EGALEMENT LE REFROIDISSEMENT EN CAS DE SURCHAUFFE.

Description

Accumulateur de puissance.

La présente invention concerne un accumulateur de puissance.

Elle concerne en particulier un accumulateur de puissance cons-

titué par une série d'éléments électrochimiques secondaires

ou rechargeables et convenant pour l'utilisation dans un véhi-

cule électrique. Suivant l'invention, l'accumulateur de puissance est constitué

par une série d'éléments électrochimiques secondaires, connec-

tés électriquement les uns aux autres, logés dans une enveloppe d'isolation thermique qui comporte un ou plusieurs tubes de

transfert de chaleur,dits caloducsengagés au moins partielle-

ment à l'intérieur de l'enveloppe, un ou plusieurs desdits caloducs étant munis d'un convertisseur catalytique pour la

combustion catalytique sans flamme d'hydrocarbures combusti-

bles, chaque convertisseur formant une source de chaleur des-

tinée à fournir de la chaleur à l'intérieur de l'enveloppe par

l'intermédiaire du ou des caloducs associés.

Chaque convertisseur catalytique peut être monté dans ou sur l'enveloppe et, dans une réalisation, au moins un desdits

caloducs passe à travers l'enveloppe, de l'intérieur à l'exté-

rieur de celle-ci, le convertisseur catalytique étant prévu

à l'extérieur de l'enveloppe Toutefois, on conçoit que le con-

vertisseur catalytique peut être monté à l'intérieur de l'enve-

loppe, soit avec les éléments,soit, comme décrit ci-dessous, dans un compartiment séparé de l'enveloppe, le caloduc associé servant à transférer la chaleur qui en émane et à la répartir

entre certains au moins des éléments électrochimiques.

Des éléments du type considéré exigent des traversées électri-

ques traversant l'enveloppe d'isolation-thermique de la batte-

rie, pour transporter le courant électrique pendant le chauf-

fage de la batterie par un réchauffeur prévu dans l'enveloppe,

ou aux bornes de la batterie pendant la charge et la décharge.

Suivant une caractéristique particulière de l'invention, l'un

au moins desdits caloducs peut donc être associé à une traver-

sée électrique allant de l'intérieur de l'enveloppe de batterie à l'extérieur de celle-ci, la traversée traversant l'enveloppe

au même endroit que le caloduc associé.

La traversée électrique peut ainsi être constituée par un maté-

riau conducteur de l'électricité formant une gaine extérieure autour dudit caloduc, par-exemple une couche de cuivre revêtent le caloduc En variante, la traversée électrique peut être constituée par un matériau conducteur de l'électricité, tel que du cuivre, logé dans un passage longitudinal ou une rainure extérieure du caloduc ou il forme un conducteur électrique éloigné de l'intérieur du caloduc ou la traversée peut être simplement un conducteur qui s'étend longitudinalement à côté

du caloduc à travers l'enveloppe.

La traversée peut être reliée, à l'intérieur de l'enveloppe,

à l'une des bornes de la batterie ou à un réchauffeur élec-

trique de la batterie.

Chaque convertisseur catalytique peut comporter, en tant que catalyseur, un métal choisi entre le platine et le palladium, et le catalyseur peut être contenu dans les pores d'un substrat

céramique poreux.

Il est prévu que les batteries suivant l'invention seront utilisées typiquement pour emmagasiner de l'énergie, comme dans le cas des batteries de véhicule électrique, et seront

constituées par des éléments électrochimique secondaire fonc-

tionnant à haute température De tels éléments sont du type qui utilise habituellement des métaux alcalins tels que le sodium, comme matériau anodique actif, et des électrolytes liquides constitués par des halogénures métalliques fondus, et ils comportent souvent des électrolytes solides tels que l'alumine bêta Pour que les éléments puissent fonctionner de manière réversible à la charge et à la décharge, le matériau anondique et l'électrolyte liquide doivent être à l'état fondu,

ce qui exige des températures de fonctionnement de générale-

ment 100 *C ou plus et typiquement supérieures à 1500 C Ainsi, par exemple, lorsqu'on utilise du chlorure double de sodium et d'aluminium (Na Al C 14) comme électrolyte liquide, la température doit de préférence être supérieure à 150 'C environ Pour des éléments sodium-soufre, la température minimale est celle de congélation du polysylfure de sodium qui est d'environ 2750 C. Dans de tels cas, il faut de préférence prévoir une marge de sécurité d'environ 25 C au-dessus du point de congélation du constituant intéressé de l'élément De plus, avec des éléments comportant de l'alumine bêta comme électrolyte solide, la résistance interne de l'élément résultant de l'alumine-bêta diminue à mesure que la température s'élève, la température de fonctionnement type pour de tels éléments étant comprise entre environ 300 et 4000 C. La température de fonctionnement supérieure des éléments en question est usuellement déterminée par les caractéristiques

de températures des divers constituants de l'élément L'alu-

minium, qui constitue souvent les joints d'étanchéité et les collecteurs de courant des éléments en question, a un point

de ramollissement de l'ordre de 550 C et cette-valeur est con-

sidérée, à toutes fins pratiques, comme la limite supérieure de la température de fonctionnement des éléments considérés, là encore avec une marque de sécurité d'environ 25 à 500 C, ce qui

donne une limite supérieure nominale d'environ 500 à 525 C.

Quand des batteries du type considéré sont en cours de charge ou de décharge, on peut les maintenir à leurs températures de fonctionnement grâce à l'échauffement dû à leur résistance

interne, conjointement avec la présence d'une isolation ther-

-mique appropriée, et lorsqu'on dispose d'une énergie de charge,

par exemple du courant du secteur, le maintien de telles bat-

teries à leur température de fonctionnement ne soulève pas de difficulté En revanche, quand les batteries servent sur des véhicules routiers à propulsion électrique, le maintien de la température de la batterie, notamment pendant des périodes prolongées, sans décharge de la batterie, peut soulever des difficultés quand la température ambiante est basse, même

s'il est prévu une isolation thermique efficace de la batterie.

C'est dans de tels cas qu'on envisage de voir les batteries suivant l'invention, comportant des caloducs associés à des convertisseurs catalytiques pour hydrocarbures combustibles, s'avérer particulièrement intéressantes Une combustion sans

flamme, sans danger, aura lieu dans les convertisseurs cataly-

tiques et chaque caloduc associé transférera de manière extrê-

mement efficace la chaleur vers l'intérieur de la batterie intéressée à travers le bac d'isolation thermique, agissant pour régulariser les fluctuations de température éventuelles

de la source de chaleur.

Donc, suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, e 539919 les éléments peuvent être des éléments à haute température ayant une température de fonctionnement comprise entre 100 et 500 'C, et chaque caloduc comportant comme matériau actif

vaporisable une substance choisie entre le sodium et le potas-

sium. Le convertisseur catalytique peut fonctionner en continu ou

par intermittence, selon nécessité, pour maintenir la tempéra-

ture de la batterie, et l'on peut régler la vitesse de la conversion catalytique ou de la combustion du combustible pour maintenir la batterie à sa température de fonctionnement, ou à une température inférieure appropriée à laquelle elle puisse fonctionner et pour qu'elle puisse atteindre rapidement sa

température de fonctionnement après amorçage de sa décharge.

Même si l'on a laissé la batterie revenir par refroidissement

complet à la température ambiante (bien que ceci soit indési-

rable en raison des contraintes subies par les constituants

solides de la batterie du fait de la congélation des consti-

tuants liquides de celle-ci), le caloduc et le convertisseur

catalytique peuvent servir à ramener rapidement et efficace-

ment la batterie soit à sa température de fonctionnement mini-

male, soit à sa température de fonctionnement nominale ou prévue. Pendant une charge ou un décharge rapides de batteries du type

considéré, particulièrement à des températures ambiantes éle-

vées, des températures excessives peuvent se trouver atteintes à l'intérieur de la batterie Dans de tels cas, les caloducs peuvent s'avérer utiles en tant que dispositifs de sécurité, fonctionnant à l'inverse pour transférer la chaleur depuis

l'intérieur de la batterie vers l'extérieur de celle-ci à tra-

vers le bac d'isolation thermique.

Quoi qu'on puisse avoir recours à des caloducs ou jeux de

caloducs différents pour le chauffage et pour le refroidisse-

ment de la batterie, on utilise avantageusement les mêmes caloducs à la fois pour le chauffage et pour le refroidissement

de la batterie Ainsi, le matériau actif des caloducs, c'est-

à-dire le matériau qui s'évapore et se condense dans ces calo-

ducs, doit s'évaporer à une température supérieure à la tempé-

rature de fonctionnement nominale de la batterie, mais inférieure à la température à laquelle les constituants de la batterie pourraient être endommagés par surchauffe De toute façon, les caloducs doivent être inactifs à la température ou en dessous de la température de fonctionnement nominale de la batterie, faute de quoi ils provoqueraient de fortes fuites de chaleur

indésirables à partir de la batterie.

Pour des batteries du type considéré, fonctionnant typiquement dans un intervalle de température allant d'un minimum compris, disons, entre 100 et 3000 C et un maximum compris, disons, entre 500 et 5500 C, des caloducs utilisant le potassium comme matériau actif, comme indiqué ci- dessus, sont extrêment indiqués Ainsi, conformément à l'invention, les caloducs peuvent être constitués de préférence par du potassium comme matériau actif dans un tube en acier résistant à la corrosion ou inoxydable ou dans un tube en nickel, avec à l'intérieur du tube une matière poreuse ou formant mèche de même nature, à savoir acier ou nickel selon le cas De tels caloducs peuvent être conçus pour avoir des températures de fonctionnement comprises approximativement entre 525 et 9750 C, ce qui les rend parfaits pour le refroidissement d'urgence des batteries ainsi que pour le chauffage des batteries

au moyen de convertisseurs catalytiques à hydrocarbures combus-

tibles qui fonctionnent dans cette gamme de températures De façon similaire des caloducs comportant comme matériau actif du sodium associé au nickel ou à l'acier inoxydable peuvent servir au chauffage mais du fait que leur gamme de températures de fonctionnement va de 625 à 1275 C environ, ils risquent de

ne pas être tout-à-fait indiqués pour un refroidissement d'ur-

gence, si leur température de fonctionnement minimale dépasse

les températures de marche maximales admissibles pour les élé-

ments considérés.

ú 539919

La zone de refroidissement et le convertisseur catalytique

peuvent être prévus dans des compartiments distincts de l'enve-

loppe qui sont séparés du compartiment de l'enveloppe dans lequel sont logés les éléments Naturellement, toutefois, la zone de refroidissement, qui peut être une partie du caloduc munie d'ailettes ou analogues pour renforcer par exemple le

refroidissement par air, et le convertisseur catalytique peu-

vent être l'une et l'autre entièrement situés hors de l'enve-

loppe Par contre, il est possible en principe de disposer la zone de refroidissement et le convertisseur catalytique à

l'intérieur de l'enveloppe en prévoyant par exemple une condui-

te d'air de refroidissement pénétrant dans l'enveloppe pour atteindre la zone de refroidissement et ressortant de-nouveau

de l'enveloppe, et de façon similaire une conduite-de combus-

tible pénétrant dans l'enveloppe pour atteindre le convertis-

seur catalytique avec une conduite de gaz de combustion sortant à travers l'enveloppe à partir du convertisseur Dans ce cas,

le ou les caloducs agissent pour distribuer la chaleur prove-

nant du convertisseur aux autres parties à l'intérieur de l'enveloppe et/ou pour prélever l'excédent de chaleur sur ces

parties de l'enveloppe et le transférer à la zone de refroidis-

sement. Des batteries à haute température du type considéré présentent

typiquement un profil thermique avec leurs plus hautes tempé-

ratures situées dans leurs zones centrales et leurs plus basses

températures situées dans leurs zones périphériques ou super-

ficielles, près de leurs enveloppes-d'isolation thermique Un refroidissement d'urgence efficace exige au moins un caloduc

traversant la partie centrale de la batterie et facultative-

ment muni d'ailettes thermiques, de tubes de dérivation ou analogues traversant eux-mêmes les parties périphériques de la batterie, et ces tubes de dérivation, ailettes ou analogues

peuvent aussi agir efficacement pendant le chauffage de la bat-

terie pour transmettre de la chaleur aux zones périphériques de la batterie Toutefois, en variante, on peut prévoir plusieurs caloducs allant par exemple du même convertisseur catalytique

d'hydrocarbure combustible, ou de plusieurs de ces convertis-

seurs, jusqu'à divers emplacements de la batterie, tant cen-

traux que périphériques, pour assurer un chauffage régulier, un refroidissement régulier ou le maintien d'une température régulière dans la batterie Chaque caloduc entralne, même quand il est hors d'action, s'il passe à travers l'enveloppe, une fuite de chaleur inévitable à partir de l'élément pendant le

fonctionnement normal et il faudra tenir compte de cet inconvé-

nient en choisissant le nombre et les emplacements des caloducs utilisés. Pour éviter des pertes de chaleur et rendre plus efficace la

rétention de chaleur, on peut avantageusement donner à la bat-

terie utilisée des dimensions choisies selon sa forme de façon qu'elle ait un minimum d'aire superficielle extérieure par rapport à son volume La forme de la batterie affecte elle-même

la forme, la géométrie et l'agencement du ou des caloducs utili-

sés. Pour régler à une valeur plus ou moins constante la température

d'apport de chaleur à la batterie, tout en permettant une varia-

tion du taux d'apport de chaleur à la batterie, les caloducs

peuvent être des types à réglage par gaz ou à conductance va-

riable De tels caloducs sont tels que décrits dans Kirk-Othmer Encyclopaedia of Chemical Technology, John Wilez & Sons, 3 ème éd., vol 12, aux pages 191-201, et dans un article de G Yale Eastman intitulé "caloduc" parue dans ECT, 2 ème éd, vol. suppl aux pages 488-499 De tels caloducs contiennent un gaz

inerte approprié sous pression et, pendant que le caloduc as-

sure un apport de chaleur à la batterie, le volume occupé par ce gaz varie en fonction inverse du taux de transmission de chaleur: plus le volume de gaz est faible et plus l'aire du

caloduc disponible pour la transmission de chaleur à l'inté-

rieur de la batterie est grande, et donc plus la vitesse de

chauffage obtenue est élevée.

On décrira ci-après l'invention, à titre d'exemple, en se référant au dessin schématique ci-annexé, dans lequel La figure 1 est une vue latérale schématique en coupe d'une batterie suivant l'invention et la figure 2 est une vue latérale schématique en

coupe d'un caloduc.

Sur la figure 1 du dessin, la référence générale 10 désigne une batterie suivant l'invention La batterie est constituée par un

assemblage 12 d'éléments électrochimiques connectés électrique-

ment les uns aux autres A travers l'assemblage est ménagé un

passage 14 qui, en service, s'étend vers le haut comme repré-

senté sur le dessin L'assemblage 12 vu en plan a un contour

circulaire ou hexagonal, le passage 14 étant situé au centre.

L'assemblage 12 est logé dans un bac ou une enveloppe 16 d'iso-

lation thermique, en un matériau d'isolation thermique convena-

ble L'enveloppe 16 présente, dans sa paroi isolante, un com-

partiment supérieur 18 situé au-dessus du passage 14 et un com-

partiment inférieur 20, situé au-dessous du passage 14 Un ca-

loduc 22 s'étend du compartiment inférieur 20, vers le haut le long du passage 14 et pénètre dans le compartiment supérieur 18 Dans le compartiment supérieur 18, le caloduc 22 présente une zone de refroidissement 23 munie d'une série d'ailettes de

refroidissement 24 Dans le compartiment inférieur 20, l'extré-

mité inférieure du caloduc 22, qui forme la zone 25 de chauf-

fage du caloduc, est placée à l'intérieur d'un convertisseur catalytique 26 pour la combustion catalytique sans flamme d'un hydrocarbure combustible L'assemblage 12 est ainsi logé dans

un compartiment séparé, indiqué en 27, distinct des comparti-

ments 18, 20.

Le compartiment 18 présente une conduite d'arrivée d'air de refroidissement 28 reliée à un ventilateur ou à une soufflante

(non représenté) et une conduite de sortie d'air 30 Une con-

duite d'arrivée d'hydrocarbure combustible 32 mène au conver-

tisseur 26, lequel présente aussi une conduite de sortie des gaz de combustion 34 Un réchauffeur électrique annulaire 36 entoure l'assemblage 12 et le caloduc 22 présente, au-dessus

et au-dessous dudit assemblage 12, une série de tubes en dé-

rivation rayonnants angulairement équidistants 38 L'inté-

rieur du bac 16, à l'exclusion du compartiment 18 mais y com-

pris les compartiments 20 et 27, est rempli d'une matière

fibreuse ou particulaire appropriée, qui peut avoir des pro-

priétés d'isolation thermique et/ou des propriétés adsorbantes pour assurer une sécurité en absorbant, par exemple en cas de

collision, les éléments contenus dans la batterie qui s'échap-

pent de l'assemblage de batterie 12.

Des conducteurs électriques convenables (non représentés)

s'étendent à partir des bornes de la batterie à travers le com-

partiment 20 et ressortent du bac 16 à travers un passage 40 entourant la sortie 34 Par exemple, l'un des conducteurs peut inclure le caloduc 22, qui est relié à l'une des bornes de la batterie, et il peut-être prévu des conducteurs convenables, pénétrant aussi dans le bac ou l'enveloppe 16 à travers le

passage 40, pour desservir le réchauffeur électrique 36.

Les éléments électrochimiques de l'assemblage de batterie 12 sont, à titre d'exemple, du type comportant des anodes en sodium fondu, un électrolyte liquide en chlorure double de

sodium et l'aluminium fondu, et un électrolyte solide en alu-

mine bêta Les éléments eux-mêmes présentent avantageusement

des bornes, joints d'étanchéité, etc en aluminium et le calo-

duc 22 a des parois et un matériau formant mèche en acier inoxy-

dable, et du potassium en tant que matériau actif La batterie

est destinée à servir à la propulsion d'un véhicule à moteur.

En service, la batterie 10 aura une température de fonctionne-

ment normale de l'ordre de 300 à 400 'C, qui sera maintenue en fonctionnement normal par l'échauffement dû à la résistance interne des éléments, conjointement avec l'isolation de la

batterie Cette température de fonctionnement est aussi main-

tenue, par contrôle de la vitesse de charge, pendant la charge de la batterie Au cas o le'véhicule est à l'arrêt à un poste de charge, le réchauffeur 36 peut être utilisé pour maintenir la température de fonctionnement normale de la batterie, ou au moins la température minimale, disons d'environ 1750 C, à laquelle la batterie peut fonctionner et le véhicule se mettre en marche

pendant que la batterie s'échauffe jusqu'à atteindre la tempé-

rature de fonctionnement normale Le réchauffeur 36 peut égale-

ment être utilisé pour réchauffer la batterie quand, pour une raison quelconque, sa température a sensiblement baissé et que

ses constituants liquides se sont solidifiés.

Le caloduc 22 sera, à titre d'exemple, conçu pour avoir une température de fonctionnement minimale de 525 C, laquelle est

suffisamment inférieure à la température de fonctionnement ma-

ximale de sécurité de la batterie 10 qui est, disons, de 5500 C. Quand cette température est atteinte, par exemple du fait d'une charge ou d'une décharge trop rapide et/ou d'une température

ambiante extrêmement élevée, le caloduc 22 commence automatique-

ment à fonctionner-pour évaporer du potassium dans les ramifi-

cations 38 et dans la partie du tube 22 située dans le passage

14, avec condensation de potassium dans la zone de refroidis-

sement 23 située à l'extrémité supérieure du caloduc 22, dans le compartiment 18 Simultanément, un thermocouple prévu en 42 dans la partie la plus chaude de-l'assemblage 12, c'est-à-dire

à l'extrémité supérieure du passage 14, agit lorsqu'une tempé-

rature de 525 C se trouve atteinte, pour faire démarrer le ventilateur soufflant alimentant de l'air par la canalisation

d'entrée 28 dans le compartiment 18 Ceci provoque la condensa-

tion de potassium dans la zone de refroidissement 23 du caloduc

située au voisinage des ailettes 24 dans le compartiment 18.

Quand, pour une raison quelconque, le véhicule est arrêté à distance d'un poste de charge, le convertisseur 26 peut être utilisé pour chauffer la batterie et/ou maintenir la température de la batterie Un thermocouple prévu en 44, tout en bas de la

périphérie extérieure de l'assemblage 12, ce qui est l'emplace-

ment le plus froid, assure la mise en action d'une pompe (non représentée) qui refoule, par la canalisation d'amenée 32, un , combustible organique approprié dans le convertisseur 26 qui contient un catalyseur de platine, palladium ou analogue, quand la température 'régnant en 44 est tombée, disons, en dessous de

1750 C.

La pompe est agencée pour arrêter l'envoi d'hydrocarbure combus-

tible au convertisseur quand la température régnant en 44 vient

à dépasser, disons, 200 C et, de manière analogue, le ventila-

teur est agencé pour arrêter l'envoi d'air au compartiment 18 quand la température régnant en 42 est tombée en dessous de, disons, 5001 C Le convertisseur catalytique peut aussi servir à chauffer la batterie 10 si, pour une raison quelconque,sa température a sensiblement baissé et ses constituants se sont solidifiés bien que, pour épargner des contraintes aux divers constituants, il soit naturellement souhaitable d'éviter une

telle solidification -

Naturellement, selon les constituants spécifiques utilisés dans la batterie et ses éléments, et dans le caloduc et autres données de construction,on peut faire varier à volonté entre certaines limites les températures exactes auxquelles commence et cesse le

chauffage au moyen du convertisseur 26, ainsi que celles aux-

quelles le ventilateur est mis en marche et arrêté au cours du

refroidissement au moyen du caloduc.

Quoiqu'on ait représenté sur la figure 1 un seul caloduc conte-

nant du potassium comme matériau actif vaporisable adapté à la fois pour le chauffage et le refroidissement, il peut en variante y avoir plusieurs de ces caloducs En outre, on peut avoir recours à des caloducs distincts pour le chauffage et pour le refroidissement Ainsi, un caloduc contenant du potassium comme matériau actif peut aller du compartiment 27, ou il se ramifie pour pénétrer dans l'assemblage 12, notamment dans les parties les plus chaudes telles que 42, au compartiment 18, dans lequel il présente une zone de refroidissement 23 Un autre caloduc contenant, par exemple, du sodium comme matériau actif peut dans ce cas avoir sa zone de chauffage 25 située dans le com- partiment 20, et se ramifier dans l'assemblage 12, notamment

dans les parties les plus froides, telles que 44.

La figure 2 représente schématiquement, à titre d'exemple, un

caloduc type et les mêmes parties portent, sauf mention con-

traire, les mêmes références numériques que sur la figure 1, le

caloduc étant désigné par la référence générale 22 et les rami-

fications 38 étant supprimées pour simplifier la représentation.

Le caloduc 22 représenté comporte un tuyau ou tube 46 fermé aux extrémités, en acier inoxydable ou résistant à la corrosion, garni le long de l'intérieur de sa paroi courbe d'un matériau formant mèche 48 en acier inoxydable Le matériau 48 est fibreux et/ou poreux et forme, dans sa masse, des capillaires pour le transport par capillarité du matériau actif à l'état fondu tel que du sodium, du potassium ou analogue L'extérieur de la paroi courbe du tuyau 46 est représenté garni d'une gaine ou revêtement 50 en cuivre Des conducteurs électriques 52 et 54 sont représentés reliés aux extrémités opposées de la gaine 50, le conducteur 54 étant relié à une borne (non représentée) de l'assemblage d'éléments 12 (figure 1) Le matériau formant mèche contient le matériau actif à l'état absorbé dans ses

pores et le caloduc est mis sous vide.

En service, la zone chaude 25 reçoit de la chaleur d'une source de chaleur (le convertisseur 26 de la figure 1), ce qui fond

puis vaporise le matériau actif absorbé dans le matériau for-

mant mèche se trouvant dans cette zone Le matériau actif vapo-

risé circule le long de l'intérieur du tube dans le sens des flèches, et se condense dans la zone froide 23 qui agit en refroidisseur Le matériau actif qui se condense est absorbé dans le matériau formant mèche 48 dans la zone froide 23 et transporté en retour à l'état liquide, par effet capillaire, le long du matériau formant mèche 48, jusqu'à la zone chaude o il se vaporise à nouveau Il se produit ainsi un processus continu de vaporisation dans la zone 25 et de condensation dans la zone 23, avec le matériau actif circulant à l'intérieur

du tube à l'état de vapeur de la zone 25 à la zone 23 et reve-

nant à l'état liquide, dans le matériau formant mèche, de la

zone 23 à la zone 25 La chaleur est transportée essentielle-

ment sous forme de chaleur latente de vaporisation de la zone

à la zone 23.

On conçoit que, si l'on considère le caloduc 22 ayant des rami-

fications 38 représenté sur la figure 1 et la période de chauf-

fa g e d e l'assemblage de batterie 12, chaque ramification

comportera le matériau formant mèche 48 (mais non nécessaire-

ment une gaine en cuivre) De plus,-la quasi-totalité de la partie du caloduc 22 située dans le passage 14 et la totalité de chaque ramification 38 agiront comme une zone froide dans

laquelle se produit la condensation La zone de refroidisse-

ment 23 située dans le compartiment 18 et le ventilateur asso-

cié seront inactifs De manière analogue, pendant le refroidis-

sement, la quasi-totalité de la partie de tuyau 22 située dans le passage14 et les ramifications 38 agissent en zones chaudes, le ventilateur et la zone de refroidissement 23 étant en action et le convertisseur 26 ainsi que la zone de chauffage 25 étant inactifs. La figure 2 représente en tireté un aménagement apporté au caloduc 22, qui permet de le transformer en un caloduc dit à commande par gaz ou à conductance variable Sous cette forme,

le caloduc 22 comporte une chambre de prolongement ou supplé-

mentaire 56 reliée par un passage 58 à son extrémité formant la zone froide 23 La chambre 56 est en acier inoxydable et est

solidaire du tube 46 du caloduc 22 Le caloduc 22 et le pro-

longement 56 contiennent avantageusement dans cette réalisation un gaz inerte convenable, inerte vis-à-vis descautres-matériaux

utilisés,'et sous une pression convenable.

En service, comme décrit ci-dessus, du matériau actif vapo-

* risé se déplace le long de l'intérieur du caloduc 22 de la zone chaude 25 à la zone froide 23 Cette vapeur en mouvement balaie

le gaz inerte le long du caloduc 22 vers le prolongement 56 jus-

qu'à ce que celui-ci soit rempli de gaz inerte qui-remplit

aussi le passage 58 et une partie du caloduc 22 voisine du pas-

sage 58 Il existe une interface nette entre le gaz inerte et la vapeur et le gaz présent dans le caloduc 22 empêche la vapeur d'accéder à une partie au moins de la paroi du caloduc 22 située dans la zone froide L'interface est indiquée en 60 sur la figure 2 et l'on conçoit que, pendant le fonctionnement en régime stable du caloduc, seule la partie de la zone froide 23 située du même côté de l'interface 60 que la zone chaude 25 est disponible pour assurer la condensation du matériau actif vaporisé. En service, un accroissement de la charge chauffante de la zone chaude 25, c'est-à-dire de la quantité de chaleur appliquée à cette zone 25, provoque une vitesse d'évaporation accrue et un accroissement de la pression régnant dans le caloduc 22 La

pression accrue tend à comprimer le gaz inerte dans le prolon-

gement 56 et à déplacer l'interface 60 vers ce dernier, expo-

sant ainsi à la vapeur une aire accrue de la zone froide 23

située du côté de l'interface 60 opposé au prolongement 56.

La capacité d'échange de la zone froide 23 est de ce fait -

accrue On peut choisir la nature et la pression du gaz inerte présent dans le caloduc 22, compte tenu de la nature du matériau actif et de la température à laquelle il doit se vaporiser, ainsi que du volume et des dimensions linéaires du tube du caloduc et de son prolongement 56, de façon qu'à une légère hausse de température résultant de la présence d'une charge

chauffante accrue dans la zone chaude 25 corresponde un dépla-

cement notable de l'interface 60 dans la direction l'écartant

2 $ 3991-9

de la zone chaude et une élévation notable de la capacité de la zone froide 23 D'unemanière correspondante, une baisse

de la charge thermique appliquée à la zone 25 déplace l'inter-

face 60 vers la gauche et réduit la capacité de la zone froide 23, là encore avec un changement de température relativement

faible Ainsi, la mise en oeuvre du gaz inerte et du prolonge-

ment 56 assurent des variations notables de la capacité du caloduc 22, exprimée en transmission de chaleur de la zone 25 à la zone 23, pour des modifications relativement faibles, et souvent négligeables, de la température à laquelle la chaleur est transmise, c'est-à-dire à laquelle elle est reçue dans la

zone froide.

L'utilisation du caloduc pour chauffer la batterie au moyen du

convertisseur catalytique, a l'avantage que ce caloduc régu-

larise les défauts d'uniformité éventuels de l'énergie fournie par le convertisseur et fournit, dans la zone froide 23, une densité d'énergie qui est inférieure à la densité d'énergie à

laquelle la chaleur est fournie par le convertisseur L'utilisa-

tion du convertisseur catalytique offre l'avantage qu'aucun système d'allumage n'est nécessaire, que les températures sont

susceptibles de réglage et qu'il n'y a pas production de flam-

mes, la combustion ayant lieu de manière suffisamment complète, à des températures suffisamment faibles,avec de faibles rapports combustible/air Le système est fiable et comme en s'attend à ce que le caloduc ne devra être utilisé que peu de fois par an, l'utilisation d'un hydrocarbure convenable, tel qu'essence, butane ou propane, est économiquement acceptable parce que les quantités mise en oeuvre seront extrêmement faibles malgré que le combustible doive être rigoureusement exempt de poisons pour

le catalyseur et puisse être onéreux Le platine ou le palla-

dium seront typiquement mis en oeuvre dans un substrat céramique poreux.

Quoique les ramifications 38 du caloduc aient été décrites com-

me étant rayonnantes, elles pourront bien entendu être de con-

figuration hélicoïdale ou circulaire (ayant alors un diambtre égal à celui de l'assemblage 12 et étant reliées par une

branche radiale au caloduc vertical 22) ou autre appropriée.

En fait, on peut envisager que seul le caloduc central vertical 22 soit nécessaire On conçoit en outre que l'orientation ver- ticale du caloduc central 22 renforce l'effet de capillarité ou de mèche exercé par ce caloduc pour renvoyer vers le bas le potassium condensé, tant pendant le chauffage que pendant le

refroidissement d'urgence.

18-

Claims

Revendications

1 Batterie d'accumulateurs ( 10) constituée par une série d'éléments électrochimiques secondaires ( 12) interconnectés électriquement placés dans une enveloppe d'isolation thermique

( 16),

caractérisée en ce qu'elle comporte un ou plusieurs caloducs ( 22) logés au moins partiellement à l'intérieur de l'enveloppe,

un ou plusieurs desdits caloducs étant munis d'un convertis-

seur catalytique ( 26) pour la combustion catalytique sans

flamme d'hydrocarbures combustibles, chaque convertisseur for-

mant une source de chaleur pour la fourniture de chaleur à l'intérieur de l'enveloppe par la voie du ou des caloducs associés. 2 Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque convertisseur catalytique ( 26)

est monté sur ou dans l'enveloppe ( 16).

3 Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,

caractérisée en ce qu'au moins un desdits caloducs ( 22) s'étend à travers l'enveloppe ( 16) de l'intérieur à l'extérieur de celle-ci, le convertisseur catalytique ( 26) étant prévu à

l'extérieur de l'enveloppe.

4 Batterie selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au moins un desdits caloducs ( 22) est associé avec une traversée électrique ( 50, 52, 54) reliant l'intérieur de l'enveloppe de la batterie à l'extérieur de celle-ci, la traversée traversant l'enveloppe au même endroit

que le caloduc associé.

Batterie selon la revendication 4, caractérisée en ce que la traversée électrique est constituée par un matériau conducteur de l'électricité qui forme une gaine

extérieure ( 50) autour dudit caloduc.

6 Batterie selon la revendication 4, caractérisée en ce que la traversée électrique est constituée

par un matériau conducteur'de l'électricité logé dans un pas-

sage longitudinal ou une rainure externe dans le caloduc o -elle forme un conducteur électrique écarté de l'intérieur du caloduc.

7 Batterie selon l'une quelconque des revendications 4 à 6,

caractérisée en ce que la traversée est reliée à l'intérieur

de l'enveloppe à l'une des bornes de la batterie ( 10).

8 Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,

caractérisée en ce que chaque convertisseur catalytique ( 26) contient, en tant que catalyseur, un métal choisi entre le

platine et le palladium.

9 Batterie selon la revendication 8, caractérisée en ce que le catalyseur est contenu dans les

pores d'un substrat céramique poreux.

Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,

caractérisée en ce que les éléments ( 12) sont des éléments à

haute température ayant une température de fonctionnement com-

prise entre 100 et 500 'C, chaque caloduc ( 22) comportant en tant que matériau actif vaporisable une substance choisie entre

le sodium et le potassium.

11 Batterie selon la revendication 10,

caractérisée en ce que chaque caloduc ( 22) comporte: à l'in-

térieur un matériau formant mèche ( 48), les parois du tube du caloduc et le matériau formant mâche étant en un matériau choisi entre le nickel et l'acier inoxydable ou résistant à la corrosion.

12 Batterie selon l'une quelconque des revendications 10 et

11, caractérisée en ce que le matériau actif vaporisable est du potassium, le caloduc présentant, en un emplacement distant du convertisseur catalytique associé ( 26), une zone de refroidis-

sement ( 23).

13 Batterie selon la revendication 12, caractérisée en ce que la zone de refroidissement ( 23) et le

convertisseur catalytique ( 26) sont prévus dans des comparti-

ments distincts ( 18, 20) de l'enveloppe ( 16) qui sont séparés du compartiment de l'enveloppe dans lequel sont placés les éléments.