Brevet FR2773822A1 — publié le 19990723

La présente invention concerne un dispositif pour utiliser l'eau comme matière première par les moteurs à combustion interne (thermique), ou tout autre matériel nécessitant un apport en hydrogène, pour permettre la fabrication et l'utilisation de l'hydrogène comme carburant. Certains autobus fonctionnent de façon expérimentale en utilisant l'hydrogène comme carburant, mais ils ne disposent pas actuellement de moyen de production de cet hydrogène à bord du véhicule. A titre d'exemple non limitatif, les moteurs à combustion interne (thermique) fonctionnent actuellement en majorité aux dérivés de pétrole. Les carburants (dérivés du pétrole) utilisés par les moteurs thermiques rejettent dans l'atmosphère, après combustion, des polluants très nocifs pour la population et pour l'environnement. De plus, ce pétrole, lors de son extraction, de son transport, de son raffinage, et de son stockage engendre une pollution et un danger permanent très important. En outre, découlent de cette utilisation, un coût élevé pour le consommateur, une proximité et une disponibilité des points de vente indispensable. Le dispositif selon l'invention permet la fabrication et l'utilisation de l'hydrogène à partir de l'eau à bord de l'engin, ou du matériel équipé du dispositif. Ce dernier permet la décomposition de l'eau par électrolyse H20 ---électrolyse--- > H2+1/202. Il comporte en effet selon une première caractéristique, un réservoir en matériau inoxydable dans lequel est fixé en son fond deux électrodes placées à l'intérieur de deux canalisations (en matériau inoxydable) insérées verticalement (l'eau doit pénétrer par la partie inférieure des canalisations) et fixées sur la partie supérieure (soudure...). Les deux électrodes (anode +; cathode - ; toutes deux en matériau conducteur ayant une forme spécifique permettant une surface maximale en contact avec l'eau) sont reliées à un système générant un courant électrique (pour les automobiles 12 volts, pour les camions 24 volts..., ampérage réglable selon la rapidité de la décomposition de l'eau souhaitée, ce réglage s'effectue définitivement une fois la mise en oeuvre pratique totalement terminée et est dépendant de la consommation du moteur ou du matériel équipé de ce dispositif), équipé d'un contacteur non spécifié sur le dessin (à titre d'exemple non limitatif, contact = clef pour l'automobile). L'oxygène (02) dégagé à l'anode est rejeté dans l'atmosphère directement par la canalisation en matériau inoxydable équipée d'un système anti-retour (cet oxygène peut être également utilisé à toutes fins utiles). L'hydrogène (H2) dégagé à la cathode est recueilli via une canalisation en matériau inoxydable équipée d'un système anti-retour dans le deuxième réservoir. L'hydrogène contenu dans ce réservoir est aspiré via une canalisation en matériau inoxydable équipée d'un système anti-retour, puis comprimé, via un compresseur, de manière alternée en fonction du dégagement gazeux (dépendant du voltage et de l'ampérage pratiqué), contenu dans le deuxième réservoir. L'alternance de la compression de l'hydrogène via une canalisation en matériau inoxydable et résistante à la pression équipée d'un système antiretour dans le deuxième réservoir (en matériau inoxydable capable de résister aux fortes pressions engendrées par la compression) sera donc réglée en fonction de la rapidité du dégagement de l'hydrogène. L'hydrogène dégagé à la cathode est donc comprimé, puis stocké dans le troisième réservoir spécifiquement conçu pour stocker l'hydrogène sous pression, à titre d'exemple non limitatif entre 10 et 100 bars environ, selon la consommation du moteur ou du matériel équipé de ce dispositif (dépendant de la carburation, injection, cylindrée, nombre de cylindre...), ainsi que du dégagement d'hydrogène dépendant du voltage et de l'ampérage utilisé. L'hydrogène ainsi produit et stocké peut servir de carburant effectif via une admission de type G.P.L. (Gaz de Pétrole Liquéfié), ou d'un autre type permettant un dosage air-hydrogène, ou de tout autre installation nécessitant un apport en hydrogène. Une variante de ce dispositif est envisageable dans le cas de moteurs ou matériels à faible consommation (motocycles, mobylettes, voiturettes...). Dans ce cas précis, l'eau est directement pompée puis décomposée dans un dispositif permettant la décomposition de l'eau et la carburation de l'hydrogène (figure 2/3). D'autres fonctions de cet hydrogène peuvent être la recharge de pile à hydrogène permettant le fonctionnement des moteurs électriques ou de manière générale tout autre matériel ou engin nécessitant un apport en hydrogène. Dans le cas ou il s'avérerait que l'eau (contenant des ions conducteurs de l'électricité) utilisée serait d'une qualité insuffisante pour le passage du courant électrique, le simple ajout d'une petite dose de soude (hydroxyde de sodium) permettrait le passage plus efficace de ce courant (la soude n'intervient absolument pas dans la décomposition de l'eau). L'utilisation d'eau de mer est aussi possible. L'électrolyse permet la décomposition de l'eau selon la formule suivante: H20 ---électrolyse--- > H2+1/202 Les figures annexées illustrent l'invention: - La fulgure 1/3 représente en coupe le dispositif de l'invention. - La fulgure 2/3 représente en coupe une variante de ce dispositif. - La figure 3/3 représente les électrodes (vue latérale et supérieure) et leur forme spécifique permettant une surface de contact maximale avec l'eau ; le nombre de pans peut être augmenté. Les figures joints n'ont pas d'échelle de manière à représenter les pièces de façon distincte et non propre à la réalité. Les mesures et volumes des pièces dessinées sur ces figures sont ici à titre d'illustration non limitatives quant à leur forme et leur taille. Celles ci peuvent en effet varier selon l'usage et l'utilisation, mais le principe général reste évidemment le même en tenant compte des contraintes et particularités pouvant être liées à l'utilisation de ce dispositif. En référence à la figure 1/3, le dispositif comporte un réservoir (1) dans lequel est fixé en son fond deux électrodes en matériau conducteur (figure 3/3): anode (2), cathode (3). Les canalisations (4 et 5) sont fixées sur la partie supérieure du réservoir (soudure...) de façon à être solidaire du réservoir, et permettent la pénétration de l'eau par la partie inférieure qui n'est pas en contact avec le fond (l'écart entre la partie inférieure des canalisations et le fond du réservoir peut varier selon les modes de fabrication). L'anode (2) se trouve à l'intérieur de la canalisation (4) en matériau inoxydable équipé d'un système anti-retour (6). La canalisation (5) possède les mêmes caractéristiques que la canalisation (4) et est équipée d'un système anti-retour (7). La cathode (3) se trouve à l'intérieur de la canalisation (5). Ces électrodes sont fixées au fond du réservoir sur deux plaques amovibles et étanches (8), permettant ainsi leur visite et entretien. Un courant (A) alimente les électrodes via des fils électriques (9). Ces fils électriques apportant le courant se branchent aux électrodes (2 et 3) à travers les plaques amovibles (8). I1 faut adapter le courant électrique (voltage, ampérage) au besoin de la réserve en hydrogène à obtenir dans le réservoir (16). Un contacteur électrique (non spécifié sur le figure) avertira d'une baisse de la quantité d'eau dans un premier temps, puis coupera dans un deuxième temps, le courant lorsque les électrodes risqueront de ne plus être totalement immergées. Une fois le réservoir (1) remploi d'eau, et les électrodes (2 et 3) alimentées en courant électrique, la décomposition de l'veau va s effectuer comme suit: - anode (2): dégagement d'oxygène, recueilli puis évacué dans l'atmosphère par la canalisation (4) en matériau inoxydable équipée d'un système anti-retour (6); dans certain cas l'oxygène produit peut être utilisé à toutes fins utiles. - cathode (3): dégagement d'hydrogène, recueilli puis guidé par la canalisation (5) en matériau inoxydable équipée d'un système anti-retour (7) dans le réservoir (10). L'hydrogène s'accumulant dans le réservoir (10) est aspiré dans la canalisation (11) équipée d'un système anti-retour (12), puis comprimé par le compresseur (13), via la canalisation (14), équipée d'un système anti-retour (15) dans le réservoir (16). Le réservoir (16) est spécifiquement conçu pour résister à la pression induite par ce stockage (à titre d'exemple non limitatif, entre 10 et 100 Bars selon la consommation du moteur recevant ce carburant ou du matériel utilisant cet hydrogène). Le compresseur (13) de petite cylindrée fonctionne de manière alternative (à titre d'exemple non limitatif, fixé sur une poulie moteur débrayable via une courroie, ou bien une temporisation électrique) ; le réglage de la durée de mise en oeuvre de ce compresseur est réglée via la temporisation utilisée en fonction du dégagement gazeux accumulé dans le réservoir (10). La densité de ce dégagement gazeux est visible par l'insertion d'un manomètre pouvant mesurer de très faible pressions (à titre d'exemple non limitatif: inférieure à 1 Bar) dans un orifice prévu à cet effet sur le réservoir (10) (non visible sur le figure). Ce manomètre est mis en place lors du réglage avant la mise en oeuvre pratique du montage, et sert donc pour le réglage de la durée de mise en oeuvre du compresseur (13) en fonction du dégagement d'hydrogène accumulé dans le réservoir (10). Ce manomètre peut être retiré, et l'orifice rebouché par une vis de taille équivalente. Une révision périodique permettra de vérifier si ce réglage ne s'est pas modifié, ou ne nécessite pas de l'être. L'hydrogène sous pression contenu dans le réservoir (16) est guidé, via une canalisation (17) en matériau inoxydable, équipée d'un système anti-retour (18) vers un système permettant diverses utilisations: dans le cas de moteur thermique, vers un système d'admission de type G.P.L. ou tout autre système permettant un dosage air-hydrogène (19); ou bien de recharge pour des piles à hydrogène.. Le montage des différents éléments entre eux doit être totalement étanche de manière à tenir compte de la haute inflammabilité de l'hydrogène. La figure 2/3, représentant une variante de ce dispositif, permet, dans le cas de faible consommation, de recueillir et d'utiliser immédiatement l'hydrogène dégagé à la cathode. L'eau contenu dans le réservoir (20) (en matériau inoxydable) peut (selon les types de fabrication et contraintes spécifiques découlant de son usage) descendre par simple gravité dans le réservoir (1), ou être aspiré par une pompe (21) (mécanique ou électrique). L'eau circule dans les canalisations en matériau inoxydable (22 et 23), jusqu'à remplir le réservoir en matériau inoxydable (1); l'eau en remplissant le réservoir (1) fait remonter le flotteur (24) fixé sur le bras mobile (25) sur lequel est fixé un pointeau (26) refermant l'arrivée d'eau (canalisation 23) empêchant ainsi l'eau de pénétrer dans le réservoir (1) lorsque celui-ci est plein. Le réservoir (1) possède deux électrodes : anode + (2); cathode - (3). Ces électrodes sont fixées sur deux plaques amovibles et étanches (8) permettant leur visite et entretien. Les canalisations (4 et 5) possèdent les mêmes caractéristiques et remplissent les mêmes fonctions que les canalisations (4 et 5) du figure 1/3. Une fois le courant (A) branché aux électrodes (2 et 3), via les fils électriques (9), à travers les plaques amovibles (8), la décomposition de l'eau par électrolyse s'effectue de la même façon que dans la figure 1/3 - l'oxygène dégagé à l'anode (2) est rejeté dans l'atmosphère par l'intermédiaire de la canalisation (4) en matériau inoxydable équipée d'un système anti-retour (6). - l'hydrogène dégagé à la cathode (3) est recueilli, via la canalisation en matériau inoxydable (5) équipée d'un système anti-retour (7). L'hydrogène débouche dans un système d'admission (19) permettant un dosage airhydrogène (à titre d'exemple non limitatif, type G.P.L.) ou tout autre système nécessitant un faible apport en hydrogène. Le dégagement d'hydrogène à la cathode (3) est dépendant du voltage et de l'ampérage pratiqué. Le réservoir (1) peut intégrer de manière solidaire le système d'admission (19) afin d'obtenir un dispositif permettant la fabrication et la carburation de l'hydrogène. Le dispositif selon l'invention permet la fabrication et l'utilisation de l'hydrogène à partir de l'eau, à titre d'exemple non limitatif, comme carburant pour les moteurs à combustion interne (thermique), mais également pour des turbines à gaz, chaufferies, engins de manutention, ainsi que pour la recharge des piles à hydrogène... Ce dispositif peut être commercialisé en tant qu'accessoire adaptable sous forme de kit prêt à monter en se conformant aux spécificités techniques, mécaniques, et volumiques de chaque engin. Ce dispositif fonctionne de manière optimale sur les moteurs conçus pour fonctionner au carburant super et super sans plomb, sans modifications des réglages et calages d'origine (allumage, distribution...). Cependant de légères modifications de ces réglages peuvent être effectuées de manière à obtenir un rendement de combustion encore plus important. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour permettre la fabrication et l'utilisation de l'hydrogène à partir de l'eau, à bord de l'engin équipé du dispositif, caractérisé (selon la figure 1/3) en ce qu'il comporte un réservoir (1) dans lequel est fixé sur le fond deux électrodes (anode + (2); cathode - (3)), qui grâce à un système générant un courant électrique (A) provoquent au contact de l'eau (dans le réservoir (1) et dans les canalisations (4 et 5) entourant ces électrodes) une électrolyse (l'eau contient des ions conducteurs de l'électricité ; l'ajout d'une dose de soude ou l'utilisation d'eau de mer améliore le processus), dégageant de l'hydrogène, conduit, via une canalisation (5) équipée d'un système anti-retour (7), dans un autre réservoir (10), afin de le recueillir, puis via une canalisation en matériau inoxydable (il) équipée d'un système antiretour (12), de le comprimer, via un compresseur (13) et une canalisation (14) en matériau inoxydable, équipée d'un système anti-retour (15) dans un troisième réservoir (16) et qui peut être utilisé par tout matériel nécessitant ou pouvant éventuellement fonctionner par un apport d'hydrogène, à titre d'exemple non limitatif: comme carburant pour moteurs thermiques via une admission permettant un dosage air-hydrogène, ou de type G.P.L. (19). 2 - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le réservoir (1) est en matériaux inoxydable (alu, inox, P.V.C...) et étanche, et qu'il comporte deux sorties (via deux canalisations (4 et 5) en matériau inoxydable): une vers l'extérieur (4), afin de rejeter l'oxygène dans l'atmosphère (dans certain cas l'oxygène peut être utilisé à toutes fins utiles) l'autre (5) vers un autre réservoir pour recueillir l'hydrogène. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes (anode (2), cathode(3)) ont une forme spécifique, permettant un contact maximal avec l'eau (le nombre de pans de ces électrodes peut être supérieur à celui indiqué sur la figure 3/3). 4 - Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les deux électrodes (2 et 3) sont fixées au fond du réservoir (1), sur deux plaques amovibles et étanches (8), qui permettent ainsi l'entretien et la révision périodique des électrodes. 5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canalisations (4 et 5) (en matériau inoxydable et étanche) fixées au réservoir, possèdent un système anti-retour (6 et 7). 6 - Dispositif selon les revendications 1 2 3 et 5, caractérisé en ce que la canalisation (4) qui recouvre l'anode (+; 2) rejoigne l'extérieur (afin de rejeter dans l'atmosphère l'oxygène dégagé par l'électrolyse à l'anode (2) (ou bien être recueilli et utilisé à toutes fins utiles) et caractérisé en ce que la canalisation (5) qui recouvre la cathode (- ; 3) rejoigne l'autre réservoir (10) (afin de recueillir l'hydrogène dégagé par l'électrolyse à la cathode). 7 - Dispositif selon les revendications 3 et 4 caractérisé en ce que les fils électriques (9) apportant le courant (A), sont branchés directement aux électrodes (2 et 3), à travers les plaques amovibles (8) (ce qui provoque la décomposition de l'eau par électrolyse : H20 ---électrolyse--- > H2+1/202). 8 - Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce qu'un contacteur électrique (non spécifié sur le figure) avertira de la baisse de la quantité d'eau dans le réservoir, pouvant aller jusqu'à la coupure du courant, si les électrodes (2 et 3) risquent de ne plus être entièrement immergées. 9 - Dispositif selon la revendication 1 et 6 caractérisé en ce que le deuxième réservoir (10) est également en matériau inoxydable et étanche, afin de recueillir l'hydrogène. 10 - Dispositif selon la revendication 1 et 9, caractérisé en ce que la canalisation (11) qui sort du réservoir (10) est également en matériau inoxydable et étanche, et qu'elle possède un système anti-retour (12). 11 - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le compresseur (13) peut être, à titre d'exemple non limitatif, entraîné par poulie débrayable via une courroie fixée sur le moteur concerné ou bien peut être mit en action par une temporisation dans le cas de l'utilisation d'un compresseur électrique permettant une mise en action alternée réglable selon le dégagement d'hydrogène obtenu (lui même dépendant du voltage et de l'ampérage utilisé en A) et caractérisé en ce que le compresseur (13) va comprimer l'hydrogène afin de pouvoir le stocker dans le réservoir suivant (16). 12 - Dispositif selon les revendications 1 et 11, caractérisé en ce que la canalisation (14) est en matériau inoxydable et étanche, et qu'elle possède un système anti-retour (15). 13 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le réservoir (16) qui stocke l'hydrogène comprimé est en matériau inoxydable et étanche, et qu'il doit être conçut pour résister aux pressions engendrées par la compression et le stockage de l'hydrogène (à titre d'exemple non limitatif, de 10 à 100 Bars, en fonction de la consommation de l'engin équipé de ce dispositif ainsi que du débit de dégagement d'hydrogène). 14 - Dispositif selon les revendications 1 et 13, caractérisé en ce que le réservoir (16) comporte une canalisation (17) en matériau inoxydable et étanche, équipée d'un système anti-retour (18), afin d'acheminer l'hydrogène qui peut, à ce stade précis, être utilisé comme source d'énergie. 15 - Dispositif selon les revendications 1 et 14, caractérisé par l'utilisation du carburant-hydrogène via un système d'admission (19) permettant un dosage air-hydrogène afin d'en obtenir la combustion (à titre d'exemple non limitatif de type G.P.L. (Gaz de Pétrole Liquéfié), ou bien vers tout autre système nécessitant un apport en hydrogène). 16 - Dispositif selon la base de la revendication 1 caractérisé (selon la variante figure 2/3, pour les modèles de faible consommation), en ce que les deux réservoirs (20 et 1) sont reliés entre eux par les canalisations (22 et 23) ou l'eau circule par gravité ou par système de pompage (21). 17 - Dispositif selon la revendication 16 (et figure 2/3) caractérisé en ce que l'électrolyse se produit dans le réservoir (1). 18 - Dispositif selon les revendications 16 et 17 (et figure 2/3) caractérisé en ce qu'un pointeau (26) fixé sur un bras articulé (25) équipé d'un flotteur (24) ferme la canalisation (23) empêchant l'eau de pénétrer dans le réservoir (1) lorsqu'il est plein. 19 - Dispositif selon les revendications 16 17 18 (et fulgure 2/3), caractérisé en ce que l'hydrogène produit est utilisé directement par l'intermédiaire de la canalisation (5), équipé d'un système anti-retour (7), qui aboutit au système d'admission (19) permettant le dosage air-hydrogène ou tout autre système pouvant exploiter l'hydrogène ainsi produit. 20 - Dispositif selon les revendications 17 18 caractérisé en ce que le dispositif d'admission (19) permettant un dosage air-hydrogène peut être solidaire du réservoir (1) afin d'effectuer la production et la carburation de l'hydrogène.