Brevet FR2603574A1 — publié le 19880311

D E S C R I P T I 0 N; L'hydrogène et l'oxygène ont de nombreuses zhilisations industrielles et l'hydrogène aura de plus en plus une utilisation énerget ique. Leur production à partir de la vapeur d'eau était réalisée jusqu'ici soit en laboratoire à des températures de plus de 2500 degiés,soit dans l'industrie en faisant passer la vapeur d'eau sur du coke à 1100 degrés, mais des deux façons,en dépensant une energie supérieure à celle représentée par l'hydrogène obtenu et donc avec un prix de revient trop élevé. Ce procédé nouveau consiste à faire passer la vapeur d'eau, au préalable portée à une température de 600 degrés,par un tube muni d'un axe portant des stators dont les aubes impriment à la vapeur d'eau un violent mouvement tourbillonnaire; en même temps la vapeur d'eau est exposée à un rayonnem nt Infra-rouge-d'une longueur d'onde bien précise. La paroi intérieure du tube d'une part, l'axe et les ailettes des stators i'autrespart,portent un revêtement en platine,et forment les deux pôles d'un courant electrique. Le schéma annexe represente une coupe dans le plan perpendiculaire à l'axe du tube et une coupe selon l'axe du tube. Dans les deux coupes on distingue : en A l'axe. central portant les stators S, en L les lampes à Infra-rouge. Les flêches indiquent le sens d'entrée et de rotation du flux de vapeur d'eau et de sortie de l'oxygène et de 1' hydrogène ; en pointillé le rayonnement Infra-rouge. REALISATIONt DETAIL L'ensemble de l'appareillage est composé : T) du tube ou se produit la dissociation II) des deux tubes concentriques d'évacuation I ) LÊ tube "Generateur" Pour assurer une étanchéité absolue,il est coulé d'une pièce Pour resister à des températures élevées,tout en étant perméabl au rayonnement infra-rouge,il est en quartz. De forme tronconnique,son diamètre est plus grand à la sortie. Ménagés dans la paroi exterieure du tube,deux évidements en creux,opposés à 180 degrés,dans le plan de l'axe géométrique du tube,et sur toute sa longueur,servent de logement à deux lampes tube infra-rouge. Un revêtement conducteur en platine,et opaque tu rayonnement infrarouge recouvre la paroi intérieure du tube.Ce revêtement est interrompu de façon à ménager deux bandes parallèles,opposées à 180 degrés,légèrement décalées et d'un même angle par rapport au plan oui contient l'axe géometrique du tube et celui des deux lam- pes tube à infra-rouge; ceci,pour obliger le rayonnement infra-rouge à traverser la paroi du tube selon deux directions légèrement divergentes de ce plan et parallèles. cette divergence assure par reflexions successives sur la paroi intérieure du tube le "piégeage" de ce rayonnement. Deux lampes tube Uifra-rouge,fixées à l'extérieur dans les logements prévus pour elles,sont elles même recouvertes d'un revêtement opaque,sauf bien entendu sur la partie de leur surface en contact avec la paroi extérieure du tube et face aux bandes perméables de la paroi intérieure du tube. Le tube est pourvu,à l'intérieur d'un axe sur lequel sont fixés des stators à ailettes; axe et stators,en matière réfractaire ou céramique,sont recouverts d'un revêtement conduct-eur en platine,et n'ont aucun contact avec la paroi périphérique intérieure du tube qui est le pôle positif du courant; le revêtement platiné de l'axe et des stators étant le pôle négatif. Le premier stator est placé à l'entre du tube;les autres à intervalles segaux.Leur 2ane-re croît avec le diamètre du tube tout en évitant absolument tout contact avec lui. Les ailettes de ces stators font avec le plan perpendicu- laire à 1' axe géométrique du tube des angles qui deviennent d'ur, stator à l'autre de plus en plus petits.Ces ailettes sont toutes orientées dans le même sens: sens tstine à imposer au flux de vapeur d'eau un mouvement giratoire de sens contraire au sens directionnel imposé au rayonnement infra-rouge pénétrant dans le tube. Il ) Les tubes d'évacuation Ils sont concentriques et doivent être inattaquables par l'oxygène et l'hydrogène à des températures élevées. Le tube de plus grand diamètre est branché directement sur l'extrémité extérieure du tube générateur. Le tube de plus petit diamètre,environ les trois quarts ou les quatre cinquièmes du grand,présente son entrée tout prêt du dernier stator. dar's séparation,ils sont équipés chacun d'une petite turbine d'aspiration. sONCtIONNEMENT Du fait de la dépression,dans le tube générateur provoquée par les turbines d'aspiration,la vapeur d'eau franchit successivement les stators qui lui impriment un mouvement d'avancement rotatif.Le"pas" d'avancement devient de plus en plus petit et le mouvement rotatif de plus en plus rapide puisque les ailettes airec- trices ont des angles de plus en plus fermés. En même temps,par les bandes perméables ménagées dans le revêtement platiné sur la paroi intérieure du tube générateur le rayonnement infra-rouge pénètre dans une direction 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 infra-rouge.Les molécules,en raison de leur température,ne se trouvent plus à l'état de molécules polymères de type (H20)n, mais de type simple H20,et sont mues par un doule mouvement d'agitation en tous sens d'abord, et de rotation sur elles même d'autre part.Elles présentent ainsi successivement les différentes faces de leur liaison HOH au choc des particules du rayonnement infra-rouge,chocs qui tendent àarracher des électrons péri phéricues aux atomes qui composent les molécules et à provoquer leur dissociation. De lus,ce rayonnement infra-rouge provoque une vibration de déformation qui tend à écarter les atomes les uns des autres. En meme temps,dans leurs différents mouvements,les molécules heurtent successivement le pôle positif d'un courant électrique contre la paroi intérieur du tube et le pôle négatif contre les ailettes des stators.Les atomes d'oxygène se portent vers la périphérie du tube et les atomes d'hydrogène vers l'axe du tube, étant donnée l'action catalytique du platine.La force centrifuge avec l'énorme différence de masse (16 pour les atomes d'oxygène et 1 pour les atomes d'hydrogène) favorise leur séparation.L'accroisment du diamètre du tube accentue cette séparation et les atomes d' oxygane et et d'hydrogène sont aspirés dans les deux tubes conte - triques. REMARQUES SUR LE FCNCTIOiNiTRMENT La dissociation des molécules est favorisée par 1) le degré d'élévation de la température de la vapeur d'eau à son entrée dans le tube générateur 2) l'intensité du rayonnement infra-rouge 3) le type de rayonnement infra-rouge 4) l'abaissement de la pression ambiante dans le tube 5) la vitesse du mouvement rotatif de la vapeur d'eau 6) l'intensité du courant électrique aux deux pales positif et négatif, et le pouvoir catalytique du platine des deux électrodes. : 11 la température,à l'origine,est la cause principale du prix de revient de l'opération ,quand on ne dispose pas de chaleeur résiduelle à évacuer comme dans certaines industries.0n a donc intérêt,selon les cas,à limiter ce point de température au minimum compatible avec la tossibilité de réalisation,au moins 6000 2) l'intensité du rayonnement infra-rouge: son augmentation multiplie la quantité possible de chocs entre les molécules de vapeur d'eau et le faisceau plus dense des particules ainsi que 1' importance de la vibration de déformation.L'augmentation prévisible de la température à l'intérieur du tube est compensée par le caractère endothermiaue de ltopézation 3) le te de rayonnement infra-rouge : sur une fréquence correspondant à la longueur d'onde de 3755,79 cm-1, le rayonnement infra-rouge provoque sur les molécules de vapeur d'eau la vibration dite de déformation ainsi schématisée: elle augmente les possibilités de dissociation des molécules sot par accentuation de l'amplitude des vibrations,soit par effet de choc s'il ya opposition de phase sur cette fréquence. 4) l'abaissement de la pression ambiante : chaque fois que l'on divise par dix la pression à l'intérieur du tube on multiplie par deux la protortlon des molécules dissociées à conditions égales. cet abaissement de pression peut être fonction de l'aspiration des turbines à la sortie et aug mente également ............ 5) la vitesse du mouvement rotatif de la vapeur d'eau, l'un des facteurs de la force centrifuge. 6) l'intensité du courant électrique : augmente l'attraction des atomes d'oxygène par le pôle positif et des atomes d'hydrogène par le pôle négatif. EN RESUME : le coût de production d'oxygène et dthydrogène par ce procédé,ne nécessite pas une dépense d'energie importante pour le fonctionnement des lampes infra-rouge,des deux turbines d'aspiration, et du courant électrique dont les deux pales recueillent l'oxygène et l'hydrogène,puisque les molécules déja destabilisées sont plus facilement dissociées.Enfin l'eau reste une matière première abondatte et sera restituée à la nature. EN CONCLUSION : tout l'hydrogène actuellement produit à partir des hydrocarbures pourrait autre à partir de l'eau,pour envisager son utilisation dans l'industrie et cotte source d'énergie dans de nombret;- ses appl-cations. APPLICATIONS : la prewzère consistera à utiliser l'évacuation inis- ensable de la chaleur des centrales nucléaires,évacuation dont la réalisation est coûteuse.Ces calories peuvent être employées dans des moteurs à produire un supplément d'électricité. application aux moteurs thermiques par production de vapeur d'eau au fur et à mesure de leur fonctionnement Pour l'obtention d'wie température suffisament élevée par récupération préalable de chaleur,les moteurs d'un rendement thermique peu élevé permettront une récupération plus importante de calories.C'est le cas,précisément du moteur à explosion,qui,expérimentalement,fonctionne déja à l'hydrogène. Une partie de l'énergie est perdue pendant leur fonctionnement sous forme de chaleur avec les gaz d'échappement(30 à 35%),et une autre partie avec le système de refroidissement (30 à 35 Théoriquement un moteur de 1 cv,brûlant de l'essence (11000 Cal/Kg) en consomme 250 gr. à l'heure et utilise donc 2750 Cal. Fonctionnant à l'hydrogène (29500 Cal/Kg-) avec un rendement équivalent,pour utiliser 2750 Cal., une quantité de g3 gr. d'hydrogène suffirait. 100 gr. d'h'Jdrogène sont contenus dans 900 gr. 'eau. Prenons coran base 1 kg. d'eau utilisée par heure.Porter 1 kg. d'eau à 600 degrés en une heure oblige à récupérer 600 Cal. tn une heure de fonctionnement du moteur,environ 900 Cal. sont nerdues avec les gaz d'échappement et autant avec le système de refroidissement. L'eau destinée à être dissocié doit suivre un circuit par la culasse du moteur,distinct du circuit de refroidissement, où elle peut déja être portée à une température de 200 degrés. Ensuite ce circuit la mène,par un tuyau qui remonte à l'intérieur dutuyau d'échappement jusqu'au collecteur des gaz d' échappement.Dans le collecteur,les gaz sortent des cylindres à une température d'environ 800 degrés et par un échangeur,la vapeur parvient à une température suffisament élevée et est aussitôt introduite dans le tube générateur. La mise en marche et en température du moteur est assurée par un carburant départ : essence ou Gaz P.L. Dans le cas d'un moteur produisant sa propre énergie electrique,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 dissociée et le moteur doit atteindre le maximum compatible avec le bon fonctionnement du moteur.Flus la température de la vapeur d'eau sera élevée à l'entrée du tube générateur moins seront grands les besoins en énergie électrique des lampes infra-rouge et des électrodes. Dans le cas d'une turbine à gaz le circuit dtéchauffement de l'eau se fera dans la tuyère d'échappement où la température des gaz est plus élevé que dans le collecteur du moteur à explosions. APPLICATION à des chaudières leur rendement thermique étant supérieur à celui des moteurs,la récupération des calories nécéssaires à la mise en température de l'eau destinée à être dissociée,nt pourra etre réalisée , après passage dans la cheminée d'évacuation des fumées,quten 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. une réserve d'hydrogène peut assurer le départ et la mise en température. PRATIvUEM3Nt : Pour les moteurs comme pour les chaudières on doit envisager la récupération -ae.'a plus grande partie possible des gaz dé combustion 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 1) l'utilisation de la propriété que possède un rayonnement infra-rouge d'une longueur d'onde précise de 3755,79 ci 1 de mettre en vibration de déformation les molécules de vapeur d'eau déja en mouvement par leur température de 600 degrés. 2)Ensuita par l'utilisation du pouvoir catalytique des électrodes de platine qui attirent les atomes d'oxygène vers le poule positif et d'hydrogène: vers le pôle négatif d'un courant électrique 3) enfin la séparation des atomes obtenus par un violent mouvement tourbillonnaire vers deux tubes cconcentiques.