Brevet FR2310308A1 — publié le 19761203

La présente invention concerne les dispositifs generateurs d'hydrogène par concentration de l'énergie solaire. On sait qu'il est possible d'obtenir de I'hydrogène par decomposition de la vapeur d'eau a haute temperature. On sait aussi obtenir de l'énergie électrique en alimentant en hydrogene une turbine gaz qui entraîne en rotation un gene- rateur électrique tournant. On a realise par ailleurs des generateurs electriques convertissant ltener- gie du rayonnement solaire en energie électrique par utilisation de l'effet photovoltaique des jonctions pn de semiconducteurs. En dehors de leur faible rendement, ces générateurs solaires présentent l'inconvénient majeur d'avoir une très faible efficacité en hiver et de ne fournir d'énergie électrique que pendant les heures de jour, alors que les pointes de consommation d'electricite sont à la tombée du jour et en hiver. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif générateur d'hydrogène par concentration de lténergie solaire, ce génerateur ayant un bon rendement et l'hydrogène ainsi obtenu pouvant être stocke notamment pour obtenir de l'énergie electrique a n 1importe quel moment, en particulier en hiver et la nuit. La présente invention a pour objet un dispositif générateur d'hydrogène par concentration de l'énergie solaire, comportant une enceinte en céramique, des moyens pour faire entrer de la vapeur d'eau dans ladite enceinte, des moyent pour chauffer intérieurement ladite enceinte à une haute temperature pour provoquer la decomposition d'au moins une partie de ladite vapeur d'eau en oxygène et en hydrogène, et des moyens pour faire sortir ledit hydrogène de ladite enceinte et separer l'hydrogene de l'oxygène et de la vapeur d'eau, caracterise par le fait que lesdits moyens pour chauffer intérieurement ladite enceinte à ladite haute température comprennent une pluralite de miroirs concaves disposes les uns à côtés des autres et repartis sur une surface, des moyens pour placer ladite enceinte au centre de ladite surface, des moyens pour orienter la face reflechissante de chacun desdits miroirs vers le soleil, chacun de ces miroirs etant apte à concentrer en son foyer la lumière qu'il reçoit du soleil, une pluralite de guides d'ondes optiques aptes à conduire la lumière solaire, des moyens pour disposer au foyer de chaque miroir une extremite d'un desdits guides d'onde, et des moyens pour disposer les autres extrémistes de ces guides d'ondes à l'interieur de ladite enceinte. La presente invention est décrite ci-dessous à titre d'exemple illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente très schematiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue d'un reflecteur orientable faisant partie du dispositif représenté sur la figure I, - et la figure 3 est un schéma plus complet d'un élément du dispositif illustré par la figure 1. Dans la figure 1, une pluralité de miroirs concaves tels que 1, 2 et 3, de préférence paraboliques sont disposés les uns à côté des autres sur une surface 4 limitée par un cercle 5. Il n a ete représenté dans la figure que quelques uns de ces miroirs, mais en fait, ils occupent la quasi-totalité de la surface 4, à l'exception d'une portion de cette surface entourant le centre 7 du cercle 5 où est disposé un système 6 qui sera précisé ultérieurement. Ces miroirs sont aussi rapprochés que possible les uns des autres, de manière que la superficie totale de leurs faces réfléchissantes représente une proportion aussi élevée que possible de la superficie du cercle 5. La surface 4 peut être par exemple un terrain situé sur un plateau exposé au soleil. Chacun de ces miroirs est muni d'un dispositif permettant d'orienter à chaque instant sa face réfléchissante vers le soleil. Sur la figure 2 le miroir parabolique 1 est muni de deux tétons tels que le téton 8 diamétralement opposés et disposés près du bord de la surface réfléchissante du miroir. Ces tétons s'engagent dans des ouvertures circulaires ménagées dans un support 9 du miroir 1, de manière à permettre au miroir 1 de tourner autour d'un axe horizontal lié au support 9. Ce support 9 est lui-même mobile en rotation autour d'un axe vertical solidaire d'un bâti 10 reposant sur le sol.On conçoit alors qu'il est possible de donner au miroir 1 n'importe quelle orientation désirée, d'une part par rotation de ce miroir par rapport au support 9 autour de l'axe horizontal formé par les tétons 8 et d'autre part par rotation du support 9 par rapport au bâti 10 autour de son axe vertical. La face réfléchissante Il du miroir 1 est constamment orientée vers le soleil grâce à des moyens bien connus, non représentés, comprenant des moteurs électriques et un dispositif de commande de ces moteurs, ces moyens permettant d'effectuer les mouvements de rotation décrits ci-dessus suivant un programme prédéterminé. Les rayons solaires tels que 12 et 13 sont donc concentrés à chaque instant au foyer 14 du miroir 1. Au foyer 14, on dispose une extrémité d'un guide d'onde optique 15 pour transmettre le long de ce guide d'onde, vers le système 6, l'énergie optique solaire concentrée par le miroir 1. Pour cela, un manchon 16 apte à recevoir l'extrémité du guide 15 est fixé à proximité du foyer 14 par des bras 17, 18 et 19 s'appuyant sur les bords du miroir 1. Le guide d'onde 15 comporte longitudinalement une portion centrale 20 rigide s'étendant sur la plus grande portée de sa longueur et deux raccords souples reliés à cette portion centrale. flans la figure 2, seul est visible le raccord souple 21 du guide 15, dont I'extrimit vient se loger dans le manchon 16. La portion centrale rigide 20 du guide 15 ne comporte qu'une seule fibre de fort diamètre, dont la gaine est constituée d'un verre, par exemple un borosilicate de calcium ou de matière plastique et dont le coeur peut être constitué d'un verre d'indice de réfraction différent ou d'un liquide tel aue le Froro- benzène ou le tétrachloroéthylène. Cette portion rigide peut aussi être constituée par un cylindre de verre d'indice uniforme. Les raccords souples du guide 1 5 sont de préférence constituées par un faisceau d'une pluralité de fibres optiques de faible diamètre. Bien entendu chaque miroir disposé sur la surface comporte, comme le miroir 1, illustré par la figure 2, des moyens identiques pour diriger à chaque instant sa face réfléchissante vers le soleil et un guide d'onde analogue au guide 15 pour conduire l'énergie optique solaire concentrée en son foyer vers le système 6. Le système 6 représenté dans la figure 3 est un générateur d'hydrogène utilisant la réaction connue de decorposition de la vapeur d'eau s haute temperature, l'énergie thermique nécessaire étant obtenue l'aide de l'ensemble miroirs-guides d'ondes décrit ci-dessus.Ce générateur d'hydrogène comporte un réservoir 22 de vapeur d'eau et une enceinte 23 en céramique, cette enceinte comportant une ouverture reliée par une canalisation 24 a sortie du réservoir 22. Les extrmnités des raccords souples 25 et 26 des différents guides d'ondes tels que 15 traversent la paroi de l'enceinte 23, ces raccords souples étant ceux qui sont opposés, par rapport è la portion centrale du guide, a ceux disposés du côté des foyers des miroirs. Les différents raccords tels que 25 et 26 traversent la paroi de l'enceinte 23 en des points régulièrement répartis sur cette paroi pour que l'énergie lumineuse apportée par les guides d'ondes provoque un chauffage homogène de l'enceinte 23.Ce chauffage permet de porter l'int- rieur de l'enceinte a une température suffisante pour provoquer la décomposition en hydrogène et oxygène d'au moins une partie de la vapeur d'eau située dans l'enceinte 23. Le système 6 comporte également des moyens pour faire sortir l'hydrogène de l'enceinte 23 et séparer cet hydrogène de l'oxygène et de la vapeur d'eau. Ces moyens sont schématiquement représentés sur la figure 3 par un élément 27 relié è une sortie de l'enceinte 23 par une canalisation 28. En fait, ces moyens peuvent être très divers. Par exemple, la paroi de l'enceinte 23 peut être poreuse et ne laisser passer que l'hydrogène, l'oxygène et la vapeur d'eau étant retenus dans l'enceinte. Pour éliminer l'oxygène, il est possible également de réaliser l'enceinte 23 en zircone stabilisée qui laisse passer l'oxygène par conductivité ionique. Enfin le système 6 comporte un réservoir 29 pour stoc1ier l'hydrogène ainsi obtenu. Le dispositif générateur d'hydrogène décrit ci-dessus et illustré par les figures 1, 2 et 3 fonctionne de la manière suivante. Les differents miroirs répartis sur a surface 4 restant constamment orientés vers le soleil, l'énergie optique concentrée au foyer de ces miroirs est conduite par les différents guides d'ondes tels que 15 vers l'enceinte 23. Pien qu'étant rigides sur la plus grande partie de leur longueur, ces guides d'ondes ne risquent pas de se rompre pendant la rotation des miroirs grace 9 l'existence des raccords souples tels que 21 et 25.L'échauffement de l'intérieur de enceinte 23 sous l'action du rayonnement sortant des guides d'ondes provoque, comme il a été dit, la décomposition de la vapeur d'eau, l'hydrogène ainsi formé étant stocké après séparation de l'oxygène et de la vapeur d'eau. Le stockage peut être réalisé soit par compression, soit par absorption d'un matériau tel que le palladium. La dimension des différents éléments de l'ensemble optique miroirs-guides d'onde est choisie en fonction des données de l'installation S réaliser. Le diamètre des guides d'onde dépend de celui des miroirs. Pour un miroir de 2,5 mètres on prévoit un guide d'onde de 2 cm environ, et pour un miroir de un mètre le guide d'onde est de 8 mn. La distance focale des miroirs est telle que les rayons lumineux concentrés au foyer entrent dans le guide d'onde sous un angle qui peut être de l'ordre de 60 degrés par rapport R 7'axe de ce guide. Si le diamètre du cercle 5 limitant la surface 4 est de 50 mètres et que le diamètre des miroirs est de 2,5 piètres, il est possible de disposer environ 200 miroirs paraboliques sur cette surface.La puissance lumineuse totale captée par les miroirs est alors de l'ordre de 1 1,2 MTT. L'atténuation des guides d'onde étant par exemple de 40 db par kilomètre, la perte d'énergie dans les fibres est relativement faible et de l'ordre de 10 pour cent. Il est possible d'obtenir, dans ces conditions, une température comprise entre 2000 et 3000 degrés C. dans l'enceinte, le taux de décomposition de la vapeur d'eau pouvant être compris entre 5 et 25 pour cent. Le dispositif selon la présente invention peut être appliqué à la réalisation de générateurs d'hydrogène. L'hydrogène ainsi obtenu peut être utilisé pour tout besoin industriel ; il peut être destiné notamment a alimenter, au moment désiré par l'utilisateur, une turbine à gaz entrainant en rotation un générateur d'énergie électrique. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemple. En particulier on peut sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REND ICAT TONS 1/ Dispositif générateur d'hydrogène par concentration de l'énergie solaire, comportant une enceinte en céramique, des moyens pour faire entrer de la vapeur d'eau dans ladite enceinte, des royent pour chauffer intérieurement ladite enceinte à une haute tenpérature pour provoquer la décomposition d'au moins une partie de ladite vapeur d'eau en oxygène et en hydrogène, et des moyens pour faire sortir ledit hydrogène de ladite enceinte et séparer l'hydrogène de l'oxygène et de la vapeur d'eau, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour chauffer intérieurement ladite enceinte (23) à ladite haute température comprennent une pluralité de miroirs concaves (1, 2, 3) disposés les uns à côtés des autres et répartis sur une surface (4), des moyens pour placer ladite enceinte (23) au centre (7) de ladite surface (4), des moyens (8, 9, 10) pour orienter la face réfléchissante (11) de chacun desdits miroirs (1) vers le soleil, chacun de ces miroirs (1) notant apte à concentrer en son foyer (14) la lumière (12, 13) qu'il reçoit du soleil, une pluralité de guides d'ondes optiques (15) aptes à conduire la lumière solaire, des moyens (16, 17, 18, 19) pour disposer au foyer (14) de chaque miroir (1) une extrémité d'un desdits guides d'onde (15), et des moyens pour disposer les autres extrémités de ces guides d'ondes à l'intérieur de ladite enceinte (23). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque guide d'onde (15) comporte longitudinalement une portion centrale (20) rigide s'étendant sur la plus grande partie de la longueur dudit guide et deux raccords (21, 25) souples reliés à ladite portion centrale (20). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chacun desdits raccords souples (21, 25) sont constituées par un faisceau de fibres optiques. 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite portion centrale (20) rigide comporte une gaine et un coeur constitués respectivement par deux verres d'indice de réfraction différents. 5/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite portion centrale (20) rigide comporte une gaine en verre et un coeur constitué d'un matériau liquide. 6/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite portion rigide comporte une gaine en matière plastique contenant un liquide. 7/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite portion rigide est constituée par un cylindre de verre d'indice uniforme. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que ledit matériau liquide est le bromobenzène. 9/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit miroir concave (1) est un miroir parabolique. io/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite surface (4) est sensiblement circulaire. 11/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens (27) pour faire sortir ledit hydrogène de ladite enceinte (23) et séparer l'hydrogène de l'oxygène et de la vapeur d'eau sont des moyens pour rendre poreuse ladite enceinte (23). 12/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits autres extrémités desdits guides d'ondes (15) traversent la paroi de ladite enceinte (23) en des points régulièrement répartis sur cette paroi pour obtenir un chauffage homogène de cette enceinte (23).