Brevet FR2481251A1 — publié le 19811030

D E S C R I P T I O N L'Hydrogène et l'Oxygène ont de nombreuses utilisations indus trielles, et l'Hydrogène aura de plus en plus une utilisation énergétique. Leur production a partir de la vapeur eau était réalisée jusqu'ici, soit en laboratOire å des températures de plus de 2500 degrés soit dans l'industrie, en faisant passer la vapeur d'eau sur du coke à 1100 degrés, mais des deux façons, en dépensant une énergie supérieure à celle récupérée avec l'Hydrogène, et donc avec un prix de revient élevé. Ce nouveau procédé consiste à faire passer la vapeur d'eau, au préalable portée à une température de 500 degrés, par un tube muni d'un axe aimanté, dans lequel, sous une pression ambiante la plus basse possi- ble, la vapeur eau est soumise à un violent mouvement tourbillonnaire, et en même temps exposée à un rayonnement infrarouge d'une longueur d'onde déterminée. Le schéma annere représente une coupe dans le plan perpendiculaire à lçaxe du tube1 et une coups selon l'axe du tube T)ans les deux coupes, on distingue an B axer central aimante dans sa gain@, en L les lampes à infrarouge, en S les stators.Les flèches indiquent le sens d'entrée do la vapeur d'eau et de sortie de l'Hydrogène et de l'Oxygène et le sens de rotation de la vapeur d'eau ; en pointillé le rayonnement infrarouge REALISATION DETAILLEE L'ensemble de l'appareillage est composé :: I) du tube où se produit la dissociation II) des deux tubes concentriques d'évacuation I) Le tube "Générateur" Pour assurer une étanchéité absolue, il est coulé d'une pièce Pour résister à des températures élevées, tout en étant permé- able au rayonnement infrarouge, il est an quartz ou dérivé du quartz le forme tronconnique son diamètre est plus grand à la sortie A l'extérieur, moulés dans la paroi du tube, deux logements en creux, opposés à 180 , dans le même plan que l'axe du tube, et sur toute sa longueur, sont prévus Cur recevoir deux lampes tube infrarouge Un revêtement "opaque" au rayonnement infrarouge (par exemple un enduit métallique) recouvre la paroi intérieure du tube. Ce revêtement est interrompu, de façon à ménager deux bandes parallèles, opposées à 180 , légèrement décalées, et d'un même angle, par rapport au plan qui contient l'axe du tube et les deux axes des logements des lampes tube infrarouge 3 ceoi, pour obliger le rayonnement infrarouge à traverser la paroi du tube selon deux directions légèrement divergentes de ce plant et parallèles. Cette divergence assure, par réfléxions successives sur la paroi int*- rieurs opaque du tube, le "piégeage" de ce rayonnement. Deux lampes tube infrarouge, fixées à l'extérieur@dans les loge ment@ prévus pour elles, sont elles-mêmes recouvertes d'un revêtement opaque, sauf bien entendu sur la partie de leur surface en contact avec la paroi du tube, et race aux bandes perméables de la paroi intérieure du tube ; c@ci, de façon à émettre par oes bandes la totalité de leur rayonnement à l'intérieur du tube. L'intérisur du tube générateur est équipé d'un axe sur lequel sont fixés des stators 3 axe et stators sont en matière réfractaire. Le premier stator est placé à l'entrée du tube. Les autres à intervalles égaux. Leur diamètre est égal au diamètre intérieur du tube s ils sont donc d'un diamètre de plus on plus grand au fur et à mesure qu'ils sont plus près de la sortie. Les aubes de oes stators fcnt, avec le plan perpendiculaire à l'axe du tube, des angles qui deviennent d'un stator à l'autre de plus en plus petits. Ces aubes sont toutes orientées dans le même sens t sens destiné à imprimer au flux de vapeur d'eau un mouvement giratoire1 de sens CONTRAIRE au sens directionnel imposé au rayonnement infrarouge pénétrant dans le tube. Cet are qui yorte les stators, sert aussi de gaine à une barre de cobalt ou de fer cobalts AIMANTEE. Cette barre est ainsi protégée contrs les effets de la température, pour pouvoir conserver ses propriétés magné- tiques. La tension de vapeur, correspondant à une température de 500 d- grés, implique un volume intérieur disponible dans le tube générateur, égal à environ six cent cinquante fois le volume d'eau liquide débité par seconde à destination du tube, avant sa transformation en vapeur, pour éviter des phénomènes de compression risquant ensuite d'empêcher la dis sociation par abaissement de la température dû à la détente. II) Les tubes d'évacuation Ils sont concentriques et doivent etre inattaquables par l'Hydro- gène et l'Oxygène à des températures élevées. Le tube de plus grand diamètre est branc@é directement sur @ trémité extérieure du tube générateur. Le tube de plus petit diamètre (environ les trois q@@@ts o@@@@s quatre cinquièmes du grand) dispose son entrée tout près du dernier stator. Après séparation, chacun d'eux est équipé d'une petite turbino dagpiration. FONCTIONNEMENT La vapeur d'eau doit arriver à l'entrée du tube sous une faible pression t débit faible.en comparaison de la section du tube d'arrivée 3 ceci pour éviter tout phénomène de décompression. Du fait de la dépression dans le tube générateur, provoquée par lea deux turbines situées dans les tubes d'évacuation, la vapeur d'eau franchit successivement les stators qui lui impriment un mouvement d'avan- ceient rotatif. Le "pas" d'avancement devient de plus en plus petit, et le mouvement rotatif de plus en plus rapide puisque les aubes directrices ont des anglee de plus en plus "fermés". En même temps, par les bandes perméables méangées dans le revêtement opaque sur la paroi intérieure du tube, le rayonnement infrarouge pénètre dans le tube dans une direotion contraire au sens du mouvement rotatif imprimé à la vapeur d'eau. A chaque rotation, les molécules de vapeur d'eau sont heurtées de front par les particules du rayonnement infrarouge. Ces molécules, étant donné leur température, ne se trouvent plus à l'état de molécules polymères de type (H2O)n, mais de type simple H20, et sont mues par un double mouvements d'agitation en tous sens d'abord, et de rotation sur elles-mêmes d'autre part. Elles présentent ainsi successivement les différentes faces de leurs lia@sons H 0 H ' au choc des particules du rayonnement infrarouge t choos qui arrachent des électrons périphériques aux atomes qui composent les molécules et tendent à dissooier ces molécu- les. En meame temps, par l'attraction magnétique exercée par l'axe en cobalt aimanté les atomes d'Hydrogène sont attirée vers l'axe du tube. Cette attraction favorise la dissociation des molécules, et son action s'ajoute à celle de la force oentrifuge qui, du fait de l'énorme différenne de masse (16 pour les atomes 0. et i pour les atomes H.) tend déjà à rejeter les atomes,0. vers la périphérie de la veine de vapeur d'eau en mouvement et de canaliser les atomes H. vers l'axe du tube. L'élargissement progressif du diamètre du tube favorise la sépara- tion des atom@s 0. et H. Les uns et les autres sont aspirés dans les deux tubes concentriques distincts. EN RESUME : le coût de production d'Hydrogène et d'Oxygène par ce procédé, ne nécessite pas une dépense d'énergie importante pour le fonctionnement des lampes infrarouge, des deux turbines d'appiration et même, en cas d'installation de grande taille, d'un éventuel électro-aimant produi- sant le champ magnétique autour de l'axe central. EN CONCLUSION, tout l'Hydrogène actuellement produit à partir des hydrocarbures, pourrait l'être à partir de la vapeur d'eau, pcur envisager son utilisation dans l'industrie, et comme source d'énergie dans de nombreuses applications. APPLICATIONS aux machines thermiques par production de vapeur d'eau au fur et à mesure de leur fonctionnement. Une température préalable de l'eau de 500 degrés étant nécessaire, les machines d'un rendement thermique peu élevé permettront une récupe- ration lus facile de calories. C'est le cas, particulièrement, des moteurs à explosion qui, expérimentalement, fonctionnent déjà à l'Hydro- gène. Une partis de l'énergie est perdue pendant leur fonctionnement sous forme de chaleur avec les gaz dXéohappement (30 à 35 %), et aveo le système de refroidissement (30 à 35 g). Théoriquement, un moteur de I ov fonctionnant à l'essence de pétrole (1100G Calories/Kg) en consomme 250 gr à l'heure et utilise 2750 Calories 3 - fonctionnant à l'Hydrogène (29500 Cal./Kg), avec un rendement supposé équivalent, pour utiliser 2750 Cal. une quantité d'Hydrogène de 93 gr. suffirait. 100 gr. d'Hydrogène sont contenus dans 900 gr. d'eau. Kais le rendement de la dissociation pouvant être inférieur à UN, renons comme base 1 Kg d'eau utilisé par heure. Porter 1 Kg d'eau à 500 en une heure, c'est récupérer 500 Cal. En une heure de fonctionnement du moteur, environ 900 Cal. sont perdues avec les gaz d'échappement et autant avec le système de refroidissement. L'eau destinée à etre dissociée doit suivre un circuit par la culasse, distinot du circuit de refroidissement, où elle peut facilement être portée, sous une légère pression à au moins 1500. Ensuite ce circuit doit la mener dans le tuyau d'échappement, où, lar un tube de plus en pus ros, pour compenser la pression de à la tension de vapeur, elle rem@nte jusqu'au collecteur des gaz d'échappement. Dans le collecteur, les gaz étant à environ 800 , l'éc@ange Le température aveo ce tube, par exemple sous forme de serpentin, amène la vapeur d'eau à une température suffisante, et elle est aussitôt introduite dans un tube générateur. REMARQUES SUR LE FONCTIONNEMENT La dissociation des molécules est favorisée par 1) le degré d'élévation de la température de la vapeur d'eau à son arri vée au tube générateur 3 2) l'intensité du rayonnement infrarouge 3 3) l'abaissement de la pression ambiante dans le tube 3 4) la vitesse du mouvement rotatif de la vapeur d'eau 3 5) l'intensité de l'attraction magnétique de l'axe aimanté ; 6) le type de rayonnement infrarouge. 1) La température de la vapeur d'eau à l'origine, est la cause principale du prix de revient de l'opération. On a dono intérêt, selon les cas, à limiter ce point de température au minimum compatible avec la possi- bilité de réalisation : 500 degrés environ. 2) L'intensité du du rayonnement infrarouge : son augmentation mul- tiplie la quantité possible de ohocs entre les molécules de vapeur d'eau et le faisceau plus dense de particules. L'augmentation prévisible de la température à l'intérieur du tube est compensée par le caractère endothermique de cette dissociation. 3) L'abaissement de la pression ambiante : chaque fois que lion divise par dix la pression a l'intérieur du tube, on multiplie par deux la proportion des molécules dissociées. De plus l'abaissement de la presw sion augmente....... 4) ..... la vitesse du mouvement rotatif : principal facteur de la force centrifuge. 5) L'attraction magnétique de l'axe aimanté : il faut, bien enten- du, établir un équilibre entre a) la force centrifuge, prépondérante sur les atomes d'Oxygène (cette force est fonction de la vitesse de rctation dans le tube as la veine de vapeur d'eau et donc de sa vitesse linéaire et du diamètre du tube), et b) la force d'attraction magnétique de l'axe du tube, qui doit rester pré@@ndérante sur les atomes d'Hydro- gène. 6) Le t pe de ra onnement infrarouge : la fréquence correspondant à la longueur d'onde de 3755,79cm-1, provoque sur les molécules de vapeur d'eau la vibration dite de "déformation", ainsi schématisée elle augmente les possibilités de dissociation des molécules, soit par accentuation de l'amplitude des vibrations, soit par effet de choc, s'il y a opposition de phases sur cette fréquence. La mis en marche et en températeure du moteur est assurée par une réserve d'Hydrogène ou à l'essence (carburateur mixte). Dans le cas d'un moteur produisant sa propre énergie électrique, il faut prévoir une augmentation de la puissance de l'alternateur. Il est évident que l'échange thermique préalable entre l'eau destinée à être "crackée" et le moteur doit Astre maximum, sans nuire au fonctionnement du moteur, ceci, pour diminuer les besoins en énergie électrique au tube générateur. Dans le cas d'une Turbine à Gaz,le circuit pour l'échauffement de l'eau se fait dans la tuyère des gaz d'échappement ci la température est plus élevée que dans un collecteur de moteur à explosion. Dans le cas des chaudières, leur rendement thermique étant bien supérieur à celui des moteurs la récupération des calories nécessaires à la mise en température de l'eau destinée à entre dissociée, ne pourra être réalisée qu'en empruntant aussi un supplément de calories "utiles" au foyer de la chaudière. Il faut donc prévoir une augmentation de la puissance de la chaudière pour obtenir un travail "utile".équivalent. Le départ et la mise en température seront réalisés par une réserve d'gydro- gène. PRATIQUEMENT s Pour les moteurs comme pour les chaudières, on doit envisager la récupération d'une partie des gaz d'échappement par condensation et le recyclage de l'eau ainsi obtenue REVENDICATION Procédé de fabrication d'Hydrogène et d'Oxygène à partir de la vapeur d'eau. Caractérisé par l'action d'un rayonnement infrarouge d'une longueur d'onde de 3735,79 cm-1 sur la vapeur d'eau passant dans un tube équipé, où soumise à un mouvement tourbillonnaire, elle subit l'attraction magnétique de l'axe du tube, qui provoque la séparation des atomes d'Hydrogène et d'oxygène.