Brevet FR2664887A2 — publié le 19920124

FR 2664887 A2 19920124 FR 9009536 A 19900719 D E S C R I P T I Q N L'hydrogène et l'oxygène ont de nombreuses utilisations industrielles,et l'hydrogène aura de plus en plus une utilisation energétique. Leur production à partir de la vapeur d'eau était réalisée jusqu'ici en laboratoire à des températures de 2500 degrés, soit en faisant passer la vapeur d'eau sur du coke à 1100 degrés, mais des deux façons avec un prix de revient trop élevé. Ce procédé nouveau consiste à faire passer la vapeur d'eau à une température de 600 degrés par un tube muni d'un axe portant des stators dont les pales impriment à la vapeur d'eau un violent mouvement tourbillonnaire,en même temps qu'elle est exposée à un rayonnement infrarouge d'une longueur d'onde précise. La paroi intérieure du tube porte un revêtement en plat L'axe et les pales des stators portent un rev8tement ou un circuit imprimé en palladium. La paroi intérieure du tube revêtue de platine est le p81e positif d'un courant électrique; l'axe et les pales des statorssont le pôle négatif en palladium. le schéma annexe représente une coupe perpendiculaire à 1' 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 T les lampes à infrarouge. Les flèches indiquent le sens d'entée et de rotation du flux de vapeur d'eau, et de sortie de oxygène et de l'hydrogène ; en pointillé le rayonnement infrarouge. REALISAT ION DE2AILIEE 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 perméable au rayonnement infrarouge,ilest en quart Légèremnet tronconnique,son diamètre est plus grand à la sortie. Ménagés dans la paroi extérieure du tube,deux évidements opposés à 180 degrés,dans le plan de l'axe géométrique du tube, et sur toute sa longueur,servent de logements à deux lampes infrarouge en forme de tube. Un revêtement en platine,opaque au rayonnement infrarouge, 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 géométrique du tube et des deux lampes infrarouge ;;ceci,pour obliger le rayonnement infrarouge à traverser la paroi du tube selon deux directions légèrement divergentes de ce plan et parallèles.Cette divergence assure,par réflexions suc cessives sur la paroi intérieure du tube,le piegeage de ce rayonnement. les deux lampes infrarouge,fixées à l'extérieur dans les logements prévus sont elles même recouvertes d'un revêtement opaque,sauf sur la partie de leur surface en contact avec la paroi extérieure du tube et donc face aux bandes permébles de la paroi intérieure du tube. Le tube est pourvu,à l'intérieur,d'un axe sur lequel sont fixés des stators à pales; axe et stators,en matière réfractaire ou céramique,portent un circuit imprimé large en palladium jusqu'à l'extrémité des pales et n'ont aucun contact avec la paroi périphérique intérieure du tube qui est le pôle positif d'un circuit électrique indépendant; le circuit imprimé en palladium étant le pôle négatif. Les pales des stators sont toutes orientées dans le même sens pour imprimer au flux de vapeur d'eau un mouvement giratoi re de sens contraire au sens directionnel imposé au rayonnement infrarouge pénétrant dans le tube. Dans le cas d'une production importante dthydrogène,par ex emple pour combustion dans des chaudières de centrales thermi ques,le rayonnement infrarouge de la longueur d'onde définie plus loin sera fourni par un laser plutôt que par des lampes. Il ) les tubes d'évacuation Ils sont concentriques et doivent etre inattaquables par 1' oxygène et l'hydrogène à des températures élevées. le tube de plus grand diamètre est branché directement sur l'extrémité extérieure du tube générateur L'autre,d'un diamètre égal à environ les trois quarts ou les quatre cinquième,est fixé près du dernier stator. Après leur séparation,chacun est équipé d'une petite turbine d'aspiration. FONCTIONNS ENI Du fait de la dépression dans le tube générateur,provoquée par les turbines d'aspiration,la vapeur d'eau franchit-successivement les stators dont les pales lui imprime un mouvement rotatif d'avancement. En même temps,par les bandes perméables ménagées dans le reve tement platiné sur la paroi intérieure du tube générateur,le rayonne ment infrarouge pénètre dans une direction opposée au sens du mouve ment rotatif imprimé à la vapeur d'eau. A chaque rotation,les molécu les de vapeur d'eau sont heurtées de front par les particules du ray onnement infrarouge. les molécules,en raison de leur température,ne se trouvent plus à l'état de molécules polymères de type (H20) t mais de type simple H20 ,et sont mues par un double mouvement d'agi tation en tout sens d'abord,et de rotation sur elles même d'autre part,Elles présentent ainsi successivement les différentes faces de 0 leur liaison HH au choc des particules du rayonnement infrarouge, chocs qui tendent à arracher des électrons périphériques aux atomes qui composent les molécules et à provoquer leur dissociation. De plus ce rayonnement infrarouge provoque une vibration de déformation qui tend à écarter les atomes les uns des autres. En même temps dans leur différents mouvements,les molécules heurtent successivement le ptle positif d'un courant electrique contre la paroi intérieure du tube et le pôle négatif contre les pales des stators. Les atomes d'oxygène se portent vers la périphérie du tube et les atomes d'hydrogène au contraire vers l'axe du tube, étant données; l'action catalytique du platine et celle du palladium. 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'accroissement du diamètre du tube permet l'accentuation de cette séparation et les atomes d'oxygène et d'hydrogène sont aspirés dans les deux tubes concentriques. 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 entée dans le tube générateur 2) l'intensité du rayonnement infrarouge 3) le type de rayonnement infrarouge 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 poles,et le pouvoir catalytique des deux électrodes en platine et en palladium. 1 ) La température de la vapeur d"eau,à l'origine, est le facteur principal du prix de ltopération,quand on ne dispose pas de chaleur résiduelle à evacuer comme dans certaines industries. On a donc intérêt à limiter ce point de température au minimum com patible avec la possibilité de réalisation: environ 6000. 2 ) l'intensité du rayonnement infrarouge: son aug mentation multiplie la quantité possible de chocs entre les molécu les de vapeur d'eau et le faisceau plus dense des particules ainsi que l'importance des vibrations de déformation.l'augmentation prévi sible de la température à l'intérieur du tube est compensée par le caractère endothermique de l'opération 3 ) le type de rayonnement infrarouge :sur une cm-1 fréquence correspondant à la longueur d'onde de 3755,79cm-1 le rayon- nement infrarouge provoque sur les molécules de vapeur d'eau la vi bration dite de déformation ainsi schématisée elle augmenteles possibilités de dissociation des molécules soit par accentuation de l'amplitude des vibrations,soit par effet de choc stil y a 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 proportion des molécules dissociées à condi tions égales.Cet abaissement de pression est fonction-de l'aspira tion des turbines situées dans les deux tubes d'évacuation ; et il augmente d'autant ........... 5 ) la vitesse du mouvement rotatif de la vapeur d'eau, qui est facteur de la force centrifuge qui maintient la sépa ration des atomes d'hydrogène et d'oxygène au long du tube. 6 ) L'intensité du courant électrique : elle aug mente l'attraction des atomes O. et H. vers leurs pales respectifs. EN RESUME : Le côut de production d'Oxygène et d'Hydrogène par ce procédé,ne nécessite pas une dépense d'energie importante pour le fonctionnement des lapes infrarouge,des deux turbines et des deux électrodes,puisque les molécules,déja destabilisées,sont plus faci lement dissociées. Enfin l'eau est une matière première abondante et sera restituée à la nature. EN CONCLUSION : tout l'hydrogène actuellement produit à partir des hydrocarbures pourrait ltêtre à partir de l'eau, pour envisager son utilisation dans l'industrie et comme sources d'énergie dans de nombreuses applications. APPLICATIONS : la première consistera à utiliser l'évacuation obli gatoire de la chaleur des centrales nucléaires;évacuation dont la réalisation est côuteuse. ces calories peuvent être employées à faire fonctionner des moteurs pour une production supplémentaire. Application aux moteurs thermiques par production de vapeur d'eau au fur et à mesure de leur fonctionnement. Pour l'obtention d'une température suffisammant éle vée par récupération préalable de chaleur,les moteurs d'un rendement thermique peu élevé permettront une récupération plus importante de calories. C'est le cas,précisement,du moteur à explosion,qui,expéri mentalement fonctionne déja à l'hydrogène. Une partie importante de l'énergie est perdue pendant leur fonctionnement sous forme de cha leur avec les gaz d'échappement(30 à 35%) et une autre partie avec le système de refroidissement (30 à 35%). Théuriquement un moteur de 1 cv biglant de l'essence (11000 Cal/kg) en consomme 250 gr à l'heure et utilise donc 2750 Ca] Fonctionnant à l'hydrogène (29500 Cal/kg) avec un rendement équivalent,pour utiliser 2750 Cal,une quantité de 93 gr d'hydrogène suffirait. 100 gr d'hydrogène sont contenus dans 900 gr d'eau. Prenons comme base 1 kg d'eau utilisée par heure. Porter 1 kg d'eau à 600 degrés en une heure oblige à récuperer 600 Cal. En 1 heure de fonctionnement du moteur,environ 900 Cal sont perdues avec les gaz d'échappement et autant avec le sys tème de refroidissement. L'eau destinée à être dissociée doit suivre un cir cuit par la culasse du moteur,distinct du circuit de refroidissement où elle peut déja autre portée à une température de plus de 2000, Ensaite,ce circuit la mène par un tuyau qui remonte à l'intérieur du tuyau d'échappement jusqu'au collecteur des gaz d' échappement.Dans le collecteur, les gaz sortent des cylindres à une température de 8000. la vapeur produite est aussit8t introduite dans le tube génerateur. 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 electri que,il faut prévoir une augmentation de la puissance de l'alternatea I1 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.Plus la température de la vapeur d'eau sera élevée à l'entrée du tube génerateur,moins serant grands les besoins en énergie électrique des lampes infrarou ge et des électrodes.Ou bien,àconditions d'énergie electrique égales plus complète sera la dissociation globale des molécules. Dans le cas dune TURBINE A GAZ, le circuit d'échauffement de l'eau se fera dans la tuyère d'échappement où la température des gaz est plus élevée que dans le collecteur d'échappement du moteur à explosions. APPLICATION A DES CHAUDIERE. leur rendement thermique étant supérieur à celui des moteurs,la récupération des calories nécessaire à la mise en température de l'eau destinée à betre dissociée,ne pourra être réalisée,après passage dans la cheminée d'évacuation des fumées qu'en empruntant aussi un supplément de calories rutiles" au foyer de la chaudière.Il faut donc prévoir une une légère augmentation de la puissance de la chaudière pour obtenir un travail "utile" équivalent. Enfin une réserve d'hydrogène ou de Gaz G.P.L. assure le départ et la mise en température. PRATIQUEMENT Pour les moteurs comme pour les chaudières on doit envisager la récupération de la plus grande partie possible des gaz de combustion par condensation et le recyclage de l'eau ainsi obtenue. REVENDICATION Procédé de fabrication d'hydrogène et d'oxygène à par tir de la vapeur d'eau à une température bien moins élevée que dans les procédés jusque là connus. Caractérisé par 1) l'utilisation de 1E propriété que possède un rayonnement infrarouge d'une longueur d' onde précise de 3755,7acul de mettre en vibration de déformation les molecules de vapeur d'eau déja en mouvement par leur température de 600 degrés 2) ensuite et simul tanément par l'utilisation du pouvoir catalytique des électrodes de platine qui attirent les atomes d'oxygène vers le p81e positif et de palladium qui attirent les atomes d'hydrogène vers le p81e négatif. 3) enfin par la séparation des atomes obtenus par un violent mouvement tourbillon naire vers deux tubes concentriques.