Brevet FR2830923A1 — publié le 20030418

DISPOSITIF DE PRODUCTION D'ÉNERGIE A PARTIR DE LA DÉCOMPOSITION THERMIQUE DE L'EAU ET SON PROCÉDÉ DE FONCTIONNEMENT DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine de la production d'énergie et notamment aux adaptations permettant d'exploiter dans les meilleures conditions technico-économiques la décomposition thermique de l'eau en oxygène et en hydrogène. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR L'hydrogène est un gaz qui a pour avantage de brûler en produisant essentiellement de la vapeur d'eau et en dégageant de la chaleur ce qui ouvre de larges champs de possibilités notamment pour la réduction de l'effet de serre. Néanmoins, l'hydrogène n'est que très rarement présent naturellement à l'état gazeux et doit être produit artificiellement. La décomposition thermique de l'eau consiste à soumettre une molécule d'eau à une très forte température de façon à dissocier l'hydrogène et l'oxygène qui la composent. Cette méthode de décomposition de l'eau est connue et parfois utilisée pour la production de l'hydrogène. Néanmoins, la température nécessaire à cette décomposition ainsi que son faible rendement ont pour conséquence que cette méthode viable en théorie n'est que très rarement mise en oeuvre pour la production effective d'hydrogène. De plus, une fois l'oxygène et l'hydrogène dissociés l'un de l'autre, il est particulièrement difficile d'empêcher que les molécules d'eau ne se reforment. Cette difficulté vient en partie du fait que les deux gaz, oxygène et hydrogène, sont particulièrement volatiles et légers et sont difficilement séparables matériellement. Des méthodes existent mais exigent une installation particulièrement contraignante au niveau investissement et technicité. En fait, la demanderesse a constaté que le problème résidait dans la fonction finale d'une telle décomposition à savoir la récupération du gaz hydrogène à des fins d'utilisation ultérieure. BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches afin d'exploiter les caractéristiques de l'hydrogène sans souffrir des inconvénients précités. Aussi, ces recherches se sont-elles orientées vers la production d'énergie et non vers la seule production des gaz hydrogène et oxygène. Selon la caractéristique principale de l'invention, le dispositif de production d'énergie de l'invention est remarquable en ce qu'il comprend, associés à une même enceinte, un moyen thermique de production d'hydrogène, un moyen de combustion de l'hydrogène produit ainsi qu'un moyen de récupération de la chaleur produite. Cette solution présente de nombreux avantages décrits ci-dessous. La combustion quasi instantanée et le non stockage de l'hydrogène a non seulement pour avantage de ne pas risquer une recombinaison des ions entre eux pour reformer de l'eau avant combustion mais également d'éviter toute l'installation complexe nécessaire à la séparation des deux gaz, hydrogène et oxygène, à des fins de récupération de l'hydrogène seul. Le dispositif de l'invention propose ainsi une énergie susceptible d'être utilisée pour le chauffage d'un moyen de récupération ou de transformation de cette énergie. La quantité de chaleur nécessaire à la décomposition de l'eau n'est pas perdue et participe à la production de la chaleur de l'ensemble du dispositif, quantité de chaleur totale qui sera exploitée. L'association de ces quantités de chaleur propose ainsi un moyen de production d'énergie particulièrement rentable. Cette association permet d'envisager un procédé de fonctionnement particulièrement avantageux. En effet, alors qu'en début de fonctionnement, le moyen de décomposition thermique de l'eau dépend d'un moyen de chauffage additionnel, au fur et à mesure que le dispositif produit et assure la combustion d'hydrogène, la chaleur produite par cette dernière permet d'assurer le maintien d'une température suffisante à la décomposition de l'eau en oxygène. Ainsi, un autre objet de l'invention est constitué par le procédé de fonctionnement du dispositif de production d'énergie de l'invention. La production d'hydrogène par décomposition thermique de l'eau ne nécessite pas une eau filtrée. Aussi, tout type d'eau aussi bien salée, de rivière ou même polluée pourra être utilisée pour être décomposée. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de production d'énergie à partir de la décomposition thermique de l'eau conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, La figure 2 est une vue de dessus de détail du mode de réalisation illustré en figure 1, La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE APPUYÉE SUR LES DESSINS Comme illustré sur le dessin de la figure 1, le dispositif de production d'énergie de l'invention référencé D dans son ensemble comprend installés dans une même enceinte 100, un moyen thermique de production d'hydrogène 200, un moyen de combustion de l'hydrogène produit 300 ainsi qu'un moyen de récupération de la chaleur produite 400. Selon l'invention, le moyen thermique de production d'hydrogène 200 est constitué par au moins un bloc en matériau réfractaire 210 porté à haute température sur la surface duquel est déposée de l'eau. Cette solution est particulièrement avantageuse du fait de sa simplicité de mise en oeuvre et donc son faible coût. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux le dit bloc réfractaire 210 est porté à la température adéquate au moyen d'un bec de chalumeau 230 ou tout autre moyen de production de chaleur. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'eau est déposée sur le bloc réfractaire 210 au moyen d'un dispositif 220 assurant une alimentation en goutte-à-goutte ou en filet d'eau. Selon un mode de réalisation préféré, le bloc réfractaire 210 est porté à une température d'environ deux milles degrés Celcius. A cette température une molécule d'eau se décompose en oxygène et en hydrogène. Bien entendu, le rendement n'est pas de cent pour cent et le reste de l'eau est presque instantanément transformé en vapeur d'eau. Le rendement d'une telle installation est évalué à 20 %. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le bloc en matériau réfractaire 210 est préformé de façon à former des paliers 211,212, 213,214, 215,216 au-dessus desquels sont placées des rampes d'alimentation en eau constituant 221, 222, 223, 224, 225, 226 ledit dispositif d'alimentation 220, les sorties de rampe étant d'autant plus nombreuses que le palier au dessus duquel elle se trouve est haut. Cette disposition particulièrement judicieuse est illustrée par le dessin en vue de dessus de la figure 2 sur laquelle apparaissent les différents paliers ainsi que les points d'impact des gouttes d'eau fournies par lesdites rampes. En effet, la demanderesse a avantageusement imaginé une forme de bloc réfractaire 210 exploitant au maximum la chaleur fournie par le chalumeau 230 d'une part et celle produite par la combustion de l'hydrogène d'autre part. Ainsi le palier placé le plus bas 211 est aussi celui le plus proche de la source de chaleur constituée par le chalumeau 230. La goutte d'eau qui tombe sur le palier 211 se décompose de 20 pour cent et l'hydrogène produit est immédiatement enflammé du fait de la proximité de la flamme dudit chalumeau 230. La chaleur produite sur ce palier 211 est répartie non seulement sur le palier mais également sur le palier immédiatement supérieur 212 du fait de la proximité de sa base qui constitue une paroi de la zone de combustion de l'hydrogène crée au niveau du palier 211. En conséquence, le palier 212 en bénéficiant de la chaleur produite sur le palier immédiatement inférieur 211 et de celle dégagée par le bloc réfractaire 210 en général, a la capacité d'assurer la décomposition thermique d'un volume plus important de molécules d'eau que ne le pouvait le palier inférieur 211. Aussi, schématiquement deux impacts de goutte d'eau ont été réalisés sur ledit palier 212. Il en est de même pour les paliers suivants 213,214 et 215 qui bénéficient au fur et à mesure de leur situation de plus en plus haute d'une quantité de chaleur de plus en plus importante et en font bénéficier le palier immédiatement supérieur jusqu'au dernier palier 216 qui reçoit la plus grande quantité d'eau. L'hydrogène produit par ce palier sera alors enflammé par un moyen de combustion 300 tel un moyen de création d'étincelle. Selon le mode de réalisation illustré, le bloc réfractaire 210 est préformé de telle façon que les paliers 211 à 216 proposent une surface d'impact aux gouttes d'eau de plus en plus grande au fur et à mesure de leur situation de plus en plus haute. Afin d'optimiser la transmission de la quantité de chaleur d'un palier à un autre, lesdits paliers 211,212, 213,214, 215,216 sont préformés de façon à ce que chaque palier présente une corniche au-dessus du palier immédiatement inférieur de telle sorte que la quantité de chaleur produite par la combustion de l'hydrogène sur un palier puisse être mieux utilisée au chauffage du palier immédiatement supérieur. Ce découpage particulier du bloc réfractaire 210 a amené la demanderesse à imaginer un bloc réfractaire en deux parties telles celles illustrées par le dessin de la figure 2. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse et non illustrée, le dispositif D comporte un moyen de récupération de l'eau produite par la combustion de l'hydrogène et de celle non décomposée par le moyen thermique de production d'hydrogène. Cette eau sera avantageusement réintégrée dans le circuit d'alimentation du dispositif goutte-à-goutte. Bien entendu, ce dispositif goutte-à-goutte ne constitue pas une limitation et peut, si la température du bloc en matériau réfractaire le permet, se transformer en l'alimentation d'un mince filet d'eau. Selon un mode de réalisation non illustré, l'enceinte 100 et tous les sous-ensembles qu'elle contient sont inclinés à 45 degrés. Cette disposition permet une meilleure évacuation de l'air chaud et de la vapeur d'eau produits à l'intérieur de l'enceinte 100 et un mouvement d'air constant. Selon une autre caractéristique susceptible de participer à l'évacuation des gaz et à activer la combustion, l'enceinte 100 comporte un moyen de déplacement des différents gaz créés, constitué par un sous-ensemble d'aspiration et ventilation 500. Ce moyen d'aspiration 500 a également pour fonction d'amener le gaz à brûler le plus près possible du moyen de récupération de la quantité d'énergie 400. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le moyen de récupération 400 de la chaleur produite est constitué par un échangeur comprenant des tubes remplis d'eau. Dans le cadre de cette application, le dispositif D de l'invention peut donc être assimilé à une chaudière. Bien évidemment, l'application chaudière ne doit pas être considérée comme limitative, l'invention pouvant s'adapter à toute application nécessitant de la chaleur. La chaleur produite pourra servir à la production de vapeur susceptible de faire tourner des turbines pour produire de l'électricité. De même, l'enceinte à laquelle sont associés le moyen thermique de production d'hydrogène, le moyen de combustion et le moyen de récupération de chaleur peut être constituée par une enceinte d'un four et le moyen de récupération de la chaleur est tout simplement constitué par le four luimême qui exploite la chaleur produite pour l'associer à la fonction du four. Le dispositif de l'invention pourra également servir au chauffage de très grandes surfaces tels les immeubles et d'installation plus moderne voire individuelle. L'utilisation de la quantité de chaleur aussi bien à des fins de chauffage d'une installation de type chaudière que pour le maintien de la température du bloc réfractaire décomposant les molécules d'eau permet d'envisager un procédé de fonctionnement particulièrement avantageux en ce qu'il consiste dans un premier temps à faire chauffer un matériau réfractaire jusqu'à atteindre une température lui permettant par simple contact de décomposer l'eau en hydrogène et en oxygène et d'utiliser dans un deuxième temps la chaleur dégagée par la combustion de l'hydrogène pour maintenir ladite température. Ainsi, à partir de l'instant où le bloc réfractaire est suffisamment chaud pour provoquer la décomposition de l'eau en hydrogène en oxygène, la combustion de l'hydrogène participe au maintien de la température du bloc réfractaire et permet donc de diminuer l'utilisation et donc la consommation du moyen de chauffage additionnel 230 constitué ici par un chalumeau. Cette caractéristique participe donc à la conception d'un moyen de production d'énergie non polluant. La figure 3 illustre un autre mode de réalisation du dispositif D de l'invention, lequel se présente composé par une enceinte 100 tubulaire orientée de façon à exploiter au maximum la volatilité des gaz produits. Ainsi, l'axe de ce tube est incliné d'environ quarantecinq degrés et présente à son extrémité basse un moyen thermique de production d'hydrogène 200. Comme pour le premier mode de réalisation et conformément à l'invention, le moyen de production d'hydrogène 200 est constitué par un bloc réfractaire 210 porté à haute température par un dispositif de type chalumeau 230. Une rampe d'alimentation non illustrée assure un débit d'eau au dessus du bloc réfractaire afin que cette eau soit décomposée en oxygène et en hydrogène. Immédiatement, au dessus du bloc réfractaire 210 se trouve le moyen de combustion de l'hydrogène 300 qui garantit une combustion quasi instantanée de l'hydrogène produit et en conséquence la production d'une forte chaleur dans le volume situé immédiatement au-dessus. Le moyen de combustion de l'hydrogène 300 est selon un mode de réalisation préféré, constitué par une flamme produite par exemple par une lampe à souder. Cette chaleur pourra être utilisée pour toute application et être transmise comme illustrée à un échangeur 400. L'inclinaison de l'enceinte tubulaire 100 a pour avantages de non seulement faciliter l'échappement des gaz chauds produits et créer ainsi un effet"cheminée" mais également de garder le plus longtemps possible à l'intérieur de l'enceinte 100 la chaleur produite. Comme pour le premier mode de réalisation, la présence de la chambre de combustion immédiatement audessus du bloc réfractaire 210 assure un maintien de la température qui, une fois le processus commencé, permet de diminuer la consommation d'hydrocarbures nécessaires au réchauffement du bloc réfractaire 210. On comprend que le dispositif de production d'énergie et son procédé de fonctionnement, qui viennent d'être cidessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif (D) de production d'énergie, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT Qu'il comprend, associés une même enceinte (100), un moyen thermique de production d'hydrogène (200), un moyen de combustion de l'hydrogène produit (300) ainsi qu'un moyen de récupération (400) de la chaleur produite. 2. Dispositif (D) de production d'énergie selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le moyen thermique de production d'hydrogène (200) est constitué par au moins un bloc en matériau réfractaire (210) porté à haute température sur la surface duquel est déposée de l'eau. 3. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'eau est déposée sur le bloc réfractaire (210) au moyen d'un dispositif (220) assurant une alimentation en goutte-à-goutte ou en filet d'eau. 4. Dispositif (D) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le bloc en matériau réfractaire (210) est préformé de façon à former des paliers (211,212, 213,214, 215,216) au-dessus desquels sont placées des rampes d'alimentation en eau (221,222, 223,224, 225,226) constituant ledit dispositif d'alimentation (220), les sorties de rampes étant d'autant plus nombreuses que le palier (211,212, 213,214, 215, 216) au-dessus duquel elles se trouvent, est haut. 5. Dispositif (D) selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE lesdits paliers (211,212, 213,214, 215,216) sont préformés de façon à ce que chaque palier (212,213, 214,215, 216) présente une corniche au-dessus du palier (211,212, 213,214, 215) immédiatement inférieur de telle sorte que la quantité de chaleur produite par la combustion de l'hydrogène sur un palier puisse être mieux utilisée au chauffage du palier immédiatement supérieur. 6. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'enceinte (100) comporte un moyen de déplacement des différents gaz créés, constitué par un sous-ensemble d'aspiration ventilation (500). 7. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le moyen de récupération de la chaleur (400) produite est constitué par un échangeur comprenant des tubes remplis d'eau. 8. Procédé de fonctionnement du dispositif (D) selon l'ensemble des revendications 1 à 9 prises ensembles, CARACTÉRISÉ PAR EN CE QU'il consiste dans un premier temps à faire chauffer un matériau réfractaire jusqu'à atteindre une température lui permettant par simple contact de décomposer l'eau en hydrogène et en oxygène et d'utiliser dans un deuxième temps la chaleur dégagée par la combustion de l'hydrogène pour maintenir ladite température. ALIX PAR PROCURATION Cabinet DELHAYE