Brevet FR2301709A1 — publié le 19760917

La présente invention concerne un appareil conventis@@nt l'énergie de décompression d'un gaz généré dans les profondeurs marines en énergie électrique. Cette énergie produit l'élévation de l'eau de mer et la circulation de celle-ci entratne lm ensemble de convertisseur onerg- tiques. L'appareil objet de l'invention se compose donc d'un monte-jus associé à un générateur électrolytique de gaz fonctionnant dans de grandes profondeurs sous-marines ; la circulation du liquide ainsi créé assure le fonctionnement de convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique. Le monte-jus est une colonne cylindrique de plusieurs mètres de hauteur, munie à sa base d'vne cloche étanche. Le générateur de gaz est constitué d'un électrolyseur interne dans la cloche. La circulation du liquide est créée par le dégagement gazeux de l'électro- lyseur produisant una,diminution de la densité du liquide contenu dans- la colonne par rapport à la densité initiale du liquide. Jusqu'à ce jour on connaissait bien le fonctionnement des pompes dites monte-jus, utilisant essentiellement l'énergie de décompression des gaz, Ces pompes étaient constituées d'un long tube légèrement renflé à sa base et immergé dans le liquide à pomper. On injectait à la base du tube un gaz sous pression arrivant le plus souvent au travers d'un filtre fritté. La décompression du gaz et l'abaissement de la densité moyenne de la colonne de liquide gazéifié produit une ascension rapide du li- quide de bas en haut de la colonne. Le pompage ainsi créé était utilisé pour assurer la circulation d'un liquide quelconque. Le principe théorique d'un monte-jus ainsi décrit repose sur l'utilisation de l'énergie de détente d'un gaz. Cette détente peut être obtenue soit par une eompression préalable, soit en générant ce gaz dans les grandes profondeurs sous-marines. ainsi quel 111e soit le processus utilisé pour générer ce gaz, l'énergie récupérée est proportionnelle à la différence de pression (p-p') existant entre la base de la colonne de liquide immergée et le haut de ce+te colonne généralement émergeante. V (p - p') = Vdp = #G #G = énergie récupérable. Dans le cas des profondeurs sous-marines, lieu où nous nous propesons d'utiliser l'appareil objet de l'invention, on applique le même raisonnement, ce qui permet d'apprécier l'énergie de détente créée par un gaz généré électrolytiquement à 100 mètres de profondeur. On calcule que l'accroissement de pression au-dessous du niveau libre de l'eau pure est sensiblement par mètre égale à 104 Newton m, ceci correspond, pour 100 mètres de profondeur à 10kg/cm de pression de détente récupérable. Un litre de gaz généré à 100 m de profondeur et subissant cette détente peut entraîner 100 l d'eau ou de liquide de densité de 1 à condition que la colonne soit faiblement émergeante par rapport au niveau libre du liquide (la mer dans notre cas). L'électrolyseur d'eau de mer générateur de gaz produira pour l'electrolyse de 18 gr d'eau, le volume correspondant à la réaction: H2O # H + O soit 33,6 d'hydrogène et d'oxygène. Ce volume entraînera par la colonne du monte-jus un volume de liquide correspondant à 3m , 36, ce qui nécessitera un courant d'élextrolyse de 1 Amp durant 1 heure sous 2V. La poussée hydraulique obtenue sur les turbines déprendra à 10kg/cm2 de pression de la variation du débit lui-même fonction de l'alimentation de l'électrolyseur. En outre, les gaz générés dans deux compartiments séparés de la cloche du monte-jus pourront être utilisés d'abord pour actionner l'ascension du liquide es ensuite récupérer pour alimenter un convertisseur électrochimique quelconque au sommet de la colonne. Ce dernier générant un courant électrique nècessaire au fonctionnement de l'électrolyseur. Aussi le dispositif suivant l'invention permet de nombreux avantages et notamment - d'utiliser l'énergie de détente des gaz générés par électrolyse dans les grandes profondeurs marines, - de fabrinuer des carburants et des combustibles H2, apte à alimenter directement un convertisseur électrochimique quelconque, - d'être entrepris avec une grande simplicité de mise en oeuvre pour la récupération de 1'énergie de décompression des gaz dans les profondeurs sous-marines, - d'employer le même liquide générant des az et alimentant les turbines hydroélectriques, - de consommer une très faible quantité d'électrolyte pour alimenter en gaz le monte-jus, - d'alimenter et de renouveler l'eau de refroidissement d'une usine située au niveau libre de la mer, - d'aspirer et de récupérer les produits liquides ou solides situé au fond des océans et pouvant être mis en suspension dans le liquide de la colonne. Le dispositif objet de l'invention sera mieux compris grEce aux dessins qui illustrent à titre d'exemple deux modes de réalisation. En se reportant à la figure 1 Tel qu'il est présenté le dispositif comporte une colonne (1) cylindrique divisée èn deux compartiments cylindriques par la membrane isolante (2). La section du compartiment cathodique (16) étant égale à 2 fois la section du compartiment anodique (17). La colonne constituée de ces deux cylindres débouche au niveau libre de la mer sous la coupole (5). le volume correspondant au compartiment cathodique (19) étant le double du volume correspondant au compartiment anodique (i s). La base de la colonne cylindri-ql:e (1) est raccordée à la cloche d'électrolyse (3) elle-même constituée de deux compartiments séparés par une membrane et contenant les électrodes (6) et (7) la masse de l'ensemble étant calculée pour obtenir un équilibre immersion-émersion correspondant à 90% d'immersion. Au niveau de la cloche immergée on a fixé la cathode (6) et l'anode (7) alimentée par un générateur de courant continu (10). les compartiments cathodiques et anodiques étant séparés par un filtre (15) poreux à l'eau. En outre la base de la cloche immergée a plus de 30 m dans l'eau de mer. Elle a reçu quatre turbines hydroélectriques (8) convertissant l'ascension du liquide en énergie électrique. la récupération de l'énergie est réalisée grâce aux contacts (2) connectés au récepteur (9). l'ensemble du circuit électrique, alimentation de l'électrolyseur et récupération de l'énergie des convertisseurs est assuré par des câbles isolés tra.- versant l'ensemble générateur-coupole par les tubulures (11). Le compartiment séparateur(20) raccordant la coupole (5) et la colonne (1) est constitué de deux membranes échangeuses d'ions séparées par un électrolyte et illustre un élément de la pile à combustible. Cette dernière peut être raccordée à la source de cou- rant continu (10). Le fonctionnement de l'ensemble débute lorsque la plate-forme est immergée en mer de façon à ce que la colonne (1) émerge de lm. du niveau libre , la coupole emprisonnant un volume gazeux, inerte de préférence, maintenant l'ensemble en équilibre. On alimente par (10) l'anode et le cathode. Ces dernières électrolysent l'eau au niveau du bas de la colonne (1?, dégageant les volumes de saz nnces- saines à l'entraînement du liquide suivant le sens de bas en haut. tes compartiments cylindriques correspondant à l'anode et à la cathode servent de detendeurs, des gaz générés par électrolyse ce qui entratne le volume de liquide nécessaire su fonctionnement des turbine hydroélectriques (8), les tubulures cathodiques et anodiques accentuent Le phénomène de détente par leur section plus faible en haut qu'en bas. En outre un jeu de valves (22) permet de rétablir la proportion eau gaz entraîné en fonction de la détente du gaz généré. L'eau et les ,az détendus sont récupérés sous la coupole divi- sée en compartiment cathodique et anodique. Un élément de pile à combustible à membrane de grande surface sépare la coupole et con- verti autant que faire se peut l'énergie électrochimique des gaz O2 et H2 en les recombinant en eau. Cette énergie est utilisée pour recharger la batterie (10) constituant l'alimentation de l'électro- lyseur. Les gaz générés et stokés sous la coupole (5) seraient utilisés à d'autres conversions que celles proposées. L'eau de mer entraînée rstombe sur le fond de la coupole et constitue un niveau libre de liquide en équilibre avec celui de la mer. En se reportant à la figure (2) de la planche II du brevet on trouve une version originale de l'utilisation du monte-jus électrolytique. Tout comme dans. la première version L'ensemble comporte une cuve d'électrolyse (23) munie de ses électrodes (24-25) cette cuve porte un cylindre creux constituant la colonne (33) de circulation du liquide. Cette colonne (33) débouche dans un vase d'expan- sion (27). Deux remparts (?9) rassemblent le liquide (9) et sont raccordés à la cellule d'électrolyse par les tubulures (30). Un jeu de pistons (32) suit la variation du volume du liquide de la cuve d'électrolyse (23). Â la base de la cloche immergée (23) sont situées les électrodes (24-25) alimentées par un courant électrique alternatif ou continu. les gaz générés à ce niveau sont détendus et entraînent dans le rapport des densités gaz/eau un volume de liquide de bas en haut de la colonne (33) elle-même fixée sur la cuve. Durant toute l'ascension, le long de la colonne du mélange,les gaz se détendent et de façon à maintenir le rapport gaz/eau cons tant,on équilibre la détente du gaz par un apport de liquide provenant des valves (26). Le liquide émerge dans le réservoir (27) et vide la cloche (23).- Par compensation le réservoir (27? s'écoule dans les roi- pients (29) dont la base est raccordée à la cloche (23) par les tubulures (28 et 30). Ces dernières durant toute la période d'épuisement de la cloche (23) sont solées de celle-ci i les vannes (31). Durent cette même période les pistons (32) progressent horizontalement vers le milieu de la cloche et ce à cause de la pression d'immersion extérieure. Dès que la cloche (23) est débarassée de la plupart de son volume de liquide les pistons actionnent les vannes (31). Ces dernières s'effacent libérant la colonne d'eau provenant des tubulures (30) et des rservoirs (29). les pistons (32) s'cartent et la cloche (23) se remplie de nouveau d'eau électrolysable. Le processus peut alors recommencer. Les pistons (32) sont directement raccordés à un convertisseur d'énergie mécanique. Le procédé du monte-jus électrolytique tel qu'il est décrit permet l'ascension de solution ou de mélange en suspension situés dans les fonds marins et que la récupération était jusqu'alors impossible. REVENDICATIONS I - Dispositif créant une circulation ascensionnelle d'une colonne de liquide laquelle est entraînée par l'énergie de décompression de gaz généré sous pression par électrolyse et amorçant le fonctionnement du monte-jus caractérisé en ce qu'il comporte une colonne cylindrique de plusieurs mètres de haut munie de valves de décompression et fixe sur-une cuve d'éleçtrolyse contenant des électrodes, l'extrémité haute de la colonne cylindrique débouche dans une cloche constituant un réservoir à gaz et a liquide, cette cloche étant au niveau de la nappe de liquide la cuve d'électrolyse étant immergée dans l'océan par exemple,cette cuve d'électrolyse s'appauvrit en électrolyte et la décompression résultante actionne soit des convertisseurs hydrauliques, soit un jeu de pistons permettant de récupérer l'énergie de décompression, la colonne qui peut être constituée de deux compartiments débouche dans sa partie supérieure dans une cloche à gaz servant de stockage d'hydroène et d'oxygène et utilisé pour alimenter un convertisseur électrochimique branché -en tampon sur un circuit de batterie électrique. 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'ascension verticale de la colonne de liquide gaz est produite par des gaz générés par l'électroly,se du même liquide dans une enceinte à volume contrôlé. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'ascension verticale du mélange liquide/gaz est crée au moyen d'un gaz d'électrolyse généré sols forte pression et que la décompression qu'il va subir le long de la colonne pourra être équilibré par un jeu de valves permettant l'injection de liquide complémentaire. 4 - Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la colonne comporte un compartiment cathodique et anodique séparé au moyen d'une membrane permettant d'isoler les gaz d'électrolyse lors de leur séparation 0'avec le liquide. 5 - Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé par le fait nue la colonne de liquide se sépare de son gaz par le moyen d'une cloche permettant l'isolement et le stockage des gaz alirentant un convertisseur électrochimique Platine Argent. 6 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la cuve d'électrolyse s'épuise en liquide créant un courant hydraulique dont l#énergie est récupérable au moyen de convertisseurs hydrauliques. 7 - Dispositif selon les revendications 1 et 6 caractérisé par le fait que la cuve d'électrolyse peut être rendue étanche au moyen de deux pistons mobiles trasmetteurs d'énergie mécanique qui fonctionneront suivant le cycle d'équisement et de remplissage de la cuve. 8 - Dispositif selon les revendications 1, 6 et 7 caractérisé par le fait que la cuve d'électrolyse vidée de @@@ liquide @e remplie au moyen de deux vannes basculant sous l'action des pistons latéraux qui ont progressé dans le sans de la décompressaion de la cuve d'électrolyse. 9 - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que les pistons reviendront à leur position écartée initiale au moyen de la tubulure libéré par les vannes reliant la cuve d'électrolyse à une réserve de liquide dont la hauteur est supérieure à la hauteur d'immersion de l'ensemble et ce grâce à l'ouverture des vannes. 10 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le liquide conducteur de l'électricité peut assurer la succion des fonds sous-marins par l'adaptation d'un aspirateur à la bass de la cuve d'électrolyse en remplacement des convertisseurs hydrauliques.