Brevet FR3010237A1 — publié le 20150306

La présente invention est un générateur autonome d'électricité embarqué à bord de véhicules terrestres, maritimes ou aériens, le générateur autonome peut aussi être fixe dans des immeubles ou ateliers et peut être utilisé chaque fois qu'un besoin d'énergie électrique est requis. L'invention est la combinaison dans un seul nouveau dispositif générateur d'électricité, de trois éléments existants de longue date et utilisés dans des applications différentes. Aujourd'hui, la très grande majorité des véhicules sont équipés de moteurs thermiques utilisant du carburant d'origine fossile. Il existe, quasi uniquement pour les véhicules terrestres, des moteurs électriques alimentés par des batteries mais dont l'autonomie est très limitée, elle est actuellement de 200 à 300 km. Par ailleurs, la recharge dure souvent de longues heures. Il n'existe, à l'heure actuelle, à notre connaissance, pas d'autre alternative à la batterie pour alimenter un moteur, que l'hydrogène, avec les inconvénients de danger et de coût de la technologie et du carburant. La présente invention a pour effet de générer un courant électrique qui soit à même de fournir de l'énergie à des moteurs, ou à tout autre dispositif requérant de l'électricité (résistances pour le chauffage, éclairage, etc.). Le générateur est composé de trois parties, un électrolyseur d'eau produisant un gaz qui a pour caractéristique de comporter un grand nombre d'ions+, ions et d'électrons- libres, un accélérateur du gaz et un dispositif magnétohydrodynamique (MHD) récoltant les ions+, ions et électrons pour générer un courant électrique. Les trois éléments composant le générateur électrique ci-avant sont bien connus, ils ont été largement étudiés, existent et certains fonctionnent depuis longtemps dans des applications différentes. Ils sont combinés dans un même dispositif nouveau, complètement autonome, les éléments le composant étant ajustés et adaptés à ce nouvel usage. Sont joints un certain nombre de dessins, ils représentent les diverses parties du générateur d'électricité. Dans les Fig. 1 et 2, sont dessinés un schéma général de l'électrolyseur de production de gaz et un détail du réservoir avec les plaques en acier inoxydable dans lequel le gaz est généré ; la Fig. 3 donne la composition du gaz ; la Fig. 4 est un dessin décrivant un générateur MHD de base, utile à la compréhension de son principe, la Fig. 5 est le croquis du type de dispositif magnétohydrodynamique (MHD) qui est utilisé dans cette invention, les Fig. 6 et 7 illustrent comment est généré le courant électrique. Enfin la Fig. 8 est un exemple d'accélérateur de gaz disponible sur le marché, aujourd'hui utilisé dans la projection de revêtements sur des substrats. L'électrolyseur produit ce qui est communément appelé du « Gaz de Brown » ou HHO (de Hydrogène, Hydrogène, Oxygène) ou encore, moins communément « Oxyhydrogène », « Rhode's Gas » etc. Il est utilisé depuis plus d'une vingtaine d'années dans la soudure et la coupe de métaux. Il s'agit d'un gaz dont la flamme lorsqu'il est allumé, a une température « froide » d'environ 55°C (135°F). La soudure ou la coupe procède non de la chaleur de la flamme, mais de la quantité d'électrklté qu'il contient. C'est la résistance du métal à la quantité d'électricité reçue en un point qui provoque son échauffement et permet la soudure ou la coupe. Il existe de nombreux types d'électrolyseurs. La Fig. 1 décrit un exemple caractéristique d'électrolyseur produisant le type de gaz requis. La conception de notre électrolyseur comprend l'usage de plaques électrolytes parallèles connectées alternativement au pôle positif et négatif qui constituent des cellules placées en série. Dans chaque cellule, deux plaques décomposent électriquement l'eau. Une plaque génère de l'oxygène sur le côté faisant face au pôle négatif et l'autre, de l'hydrogène au côté faisant face à l'extrémité positive de l'électrolyseur. Ainsi, l'oxygène et l'hydrogène sont produits dans chaque cellule. L'oxygène est produit d'un côté et l'hydrogène de l'autre. Les «électrons » voyagent à travers chaque plaque-électrolyte d'une extrémité à l'autre. Les avantages d'une conception d'électrolyseur à cellules-en-série sont immenses, c'est un électrolyseur extrêmement compact, efficace, à faible coût, tout à fait opérationnel, léger et simple et produit le gaz ionisé nécessaire à notre générateur. A raison de 2 pouces2 (environ 12.90 cm2) par ampère (surface de la plaque immergée réelle), l'électrolyseur cellules-en-série de 1 200 watts aura environ 6 pouces (soit 15.24 centimètres) de diamètre et produira 500 litres/heure. Un 8 pouces de diamètre (soit 20.32 centimètres) produira 1 000 litres par heure. Ainsi, il est possible de dimensionner les électrolyseurs en fonction des quantités de gaz nécessaires. Les autres composants de l'électrolyseur (Fig. 1) sont destinés à la régulation et à la sécurité, ce sont les soupapes de sécurité, le réservoir anti-retour, les contrôles de niveau, séparation eau-gaz etc. Ils sont repris en Fig. 1. Ne figure pas dans ce schéma, la régulation électronique de l'ensemble. Dans cette conception d'électrolyseur, le réservoir contenant les plaques et les bornes électriques est rond suivant la Fig. 2 La composition du gaz est connue, même Si la construction de l'électrolyseur provoque parfois de légères variations. La composition typique est représentée en Fig. 3. L'eau estidécornposée par l'électricité en ses divers éléments, l'oxygène et l'hydrogène et des états différents composés de ces atomes. La conception de l'électrolyseur permet de garder une partie du gaz sous la forme d'hydrogène et d'oxygène monoatomique (mesurée entre 1% et 3%). La principale caractéristique de ce gaz est te fait qu'une partie de l'hydrogène et de l'oxygène jamais ne se trouvent dans un état diatomique, d'où le fait que le gaz de Brown a plus d'énergie parce que ces liens restent ouverts. En outre, le gaz contient de l'eau dans une structure spéciale appelée « Cristal Liquide », ou « Eau Electriquement Expansée » suivant les auteurs. Cet état de l'eau contient une quantité encore inconnue d'énergie électrique qui est libérée lorsque le gaz de Brown est brûlé. Le mélange de ce gaz, lorsqu'il est allumé, explosera (sous forme de flamme) puis implosera pour former de l'eau, libérant l'énergie. Le résidu de la combustion du gaz de Brown dans le MHD est donc de l'eau. Un électrolyte est absolument nécessaire pour produire le gaz dans un électrolyseur. L'électrolyte est un produit chimique qui agit comme catalyseur, ce qui signifie qu'il facilite la séparation des composants des molécules de l'eau (en accélérant fortement le processus) sans qu'il ne soit consommé ou que sa nature soit changée dans le processus, en n'utilisant qu'une fraction de l'énergie qui aurait été consommée si l'électrolyte n'avait pas été présente. L'électrolyte n'est pas consommé quand l'électrolyseur produit du gaz. Lorsque l'eau est séparée en molécules d'hydrogène et d'oxygène, l'électrolyte reste en retrait. Il est ajouté lors du premier remplissage d'eau et devrait y rester pendant toute la durée de vie de l'électrolyseur. Si le niveau de la solution diminue dans le réservoir, il faut simplement ajouter de l'eau I Il y a beaucoup de solutions électrolytes possible. Certaines sont meilleures que d'autres pour des raisons de compatibilité avec différents matériaux, les propriétés caustiques, le prix d'achat, la disponibilité etc. L'électrolyte utilisé est l'Hydroxyde de Sodium (soude caustique) du fait de son efficacité, de son faible coût et de sa disponibilité. Une solution de 4 parts d'eau pour 1 part de soude caustique (en poids) a un bon rendement. D'autres électrolytes sont possibles, comme l'Hydroxyde de Potasse (KOH) etc. Il est vital de n'ajouter que de l'eau pure à l'électrolyseur. S'il y a des impuretés dans l'eau, elles vont revêtir les plaques en acier inoxydable, ou créer de la boue ou de la mousse dans les cellules. Certaines impuretés peuvent générer des gaz toxiques. Si de l'eau pure est utilisée pour les remplissages, des années peuvent se passer avant qu'un nettoyage ne soit nécessaire. Il est recommandé d'utiliser de l'eau « dé-ionisée » à au moins 50 000 ohm. A défaut d'eau dé-ionisée, de l'eau distillée peut être utilisée. A la sortie de l'électrolyseur, le gaz a une vitesse de 7 à 8 m/sec., sa pression est de 10 à 15 PSI (soit de 0.7 à 1 bar). Avec 1 litre d'eau, l'électrolyseur sélectionné produit plus de 1 860 litres de gaz. Il consomme 3 watts/heure par litre de gaz fabriqué. Il existe de nombreux modèles d'électrolyseurs disponibles sur le marché. Un certain nombre d'entre eux pourraient parfaitement convenir pour être le premier des trois éléments du générateur ici décrit. Il y a donc là un gaz très électrique ; l'étape suivante est de recueillir cette énergie pour en faire un courant électrique. Pour cela, il existe depuis les années '60 un dispositif appelé « magnétohydrodynamique » (MHD). Un générateur magnétohydrodynamique (MHD) est un convertisseur qui transforme l'énergie d'un fluide conducteur directement en électricité. Le principe de base est fondamentalement le même que pour n'importe quel générateur électrique. Les deux types de générateur utilisent tous deux un inducteur (électro-aimant) générant un champ magnétique dans un induit. Dans le cas d'un générateur conventionnel, cet induit est solide : c'est une bobine constituée d'un enroulement de fil métallique. Dans le cas d'un générateur MHD, cet induit est fluide : liquide conducteur (eau salée, métal liquide) ou gaz ionisé à haute température (plasma) ou encore dans ce cas, un plasma particulier, le Gaz de Brown - HHO Les générateurs MHD n'utilisent donc pas de pièce mécanique mobile, contrairement aux générateurs électriques traditionnels. Le fluide est mis en mouvement dans le champ magnétique, ce qui génère un courant électrique, recueilli aux bornes d'électrodes immergées et connecté à une charge. Les particules chargées en mouvement dans un champ magnétique subissent une force magnétique dite force de Lorentz qui dévie leur trajectoire, selon l'équation : = c É F est la Force de Lorentz, en newton q est la charge de la particule, en coulomb V est la vitesse de la particule, en mètres par seconde B est le champ magnétique, en tesla Les vecteurs F, V et B sont perpendiculaires les uns aux autres et forment un trièdre dans l'espace selon la règle de la main droite. Le sens de cette force dépend de la charge q, il est donc inverse pour les particules positives et les particules négatives. Un fluide conducteur possède en son sein des atomes neutres ainsi que des charges positives (ions positifs) et des charges négatives (ions négatifs, plus des électrons libres s'il s'agit d'un plasma ou du gaz HHO). Lorsqu'un tel fluide en mouvement uniforme traverse un champ magnétique, les forces de Laplace ont tendance à séparer les charges de signes différents de part et d'autre du fluide. Si l'on plonge dans ce fluide des électrodes connectées à une charge, on recueille donc à leurs bornes une différence de potentiel. En Fig. 4 se trouve un croquis de générateur MHD classique. Il permet de bien visualiser la déviation de la trajectoire des ions+, ions- et électrons- libres qui viennent heurter une anode et une cathode créant ainsi un courant électrique. Les générateurs MHD sont connus depuis plus d'une cinquantaine d'années, essentiellement pour convertir des gaz chauds ionisés (plasmas) résiduels de l'industrie nucléaire ou des centrales classiques. Il a été envisagé d'utiliser des générateurs MHD pour produire de l'électricité, à base de plasma d'oxygène/acétylène, ou autres combinaisons de gaz ou de gaz d'origine fossile. Si techniquement cela ne posait pas de problème, le rendement obtenu avec le MHD était largement inférieur que si on utilisait les mêmes carburants directement dans des moteurs thermiques (20 à 25% contre 40 à 60%). Les MHD n'ont pas été utilisés jusqu'à présent pour des raisons économiques, les carburants « fabriqués » ou d'origine fossile étant trop chers pour un rendement faible. Dans notre cas, l'usage d'eau, comme carburant, change évidemment la donne. Il y a plusieurs types de générateurs MHD, notamment à circuit fermé ou ouvert, avec des fluides conducteurs liquides ou gazeux et utilisant des champs magnétiques, l'induction ou encore des aimants et dans des configurations diverses. Dans notre cas, il importe de trouver la formule la plus rentable, alliant une production d'électricité maximum tout en consommant peu de la même énergie pour produire le champ magnétique. Le fait d'utiliser un gaz ionisé « froid » (flamme à 55°C) élimine l'un des grands problèmes des MHD, à savoir, la détérioration rapide des équipements par l'intense chaleur des gaz. Jusqu'à ce jour, seuls les plasmas (gaz ionisés à très haute température) étaient considérés comme fluide conducteur dans les MHD. Beaucoup de projets existent dans lesquels les fluides conducteurs sont liquides, mais sans grand succès. Le dispositif proposé permet de pallier les inconvénients typiques des générateurs MHD classiques. En fait, l'appareil ici utilisé n'a pas besoin d'un champ magnétique externe pour fonctionner, mais il réalise la conversion d'énergie au moyen du principe d'induction, ce qui accroît son efficacité. Dans la Fig. 5, un schéma fonctionnel du MHD intégré à notre appareil est montré. Le générateur est composé de trois principales sections. Une première section est dédiée à l'ionisation supplémentaire du fluide d'entrée, la deuxième à la séparation des charges positives et négatives et enfin dans la dernière section a lieu la transmission de l'énergie et la création d'un courant électrique. L'ionisation du gaz de Brown est connue. Toutefois, elle peut encore être améliorée au moyen d'électrodes alimentées par un générateur à haute tension pour créer une décharge électrique pulsée placé dans la première partie de l'appareil. L'ionisation du fluide joue un rôle important dans la performance du générateur. L'électrode doit être en contact avec le fluide, placé dans la première partie du conduit et relié au générateur d'impulsions haute tension. Le générateur de haute tension doit être correctement programmé pour choisir les paramètres optimaux de génération de décharge pour une efficacité maximum tout en gardant une température de gaz compatible avec le matériel et matériaux utilisés. La seconde section de l'appareil où s'effectue la séparation des charges électriques, est composée de deux plaques d'un condensateur alimenté de l'extérieur par un générateur de courant continu à haute tension. Le champ électrique externe doit être calibré de manière à ce que les charges portées soient séparées sans être bloquées dans le côté interne du conduit (la tension appliquée aux plaques de condensateur doit être capable de séparer les charges positives et négatives produites par la décharge électrique, mais en même temps, il ne devrait pas être trop élevé pour les bloquer sur la paroi intérieure du conduit). A la fin du processus de séparation, le fluide est séparé en deux courants, l'un ayant une charge positive en excès, l'autre une charge négative en excès. Les deux courants entrent dans la troisième section du générateur. Lorsque le courant du fluide atteint la troisième section du générateur, où se trouve le diaphragme, les charges portées sont distribués de façon asymétrique, de sorte que le fluide est divisé en deux flux électriquement déséquilibrés, qui donnent lieu à un anneau du courant électrique autour du diaphragme (voir Fig. 5). Dans cette section, le processus de conversion électrique est effectué, où une partie de l'énergie du fluide est transférée au circuit électrique extérieur. En fait l'anneau de courant électrique variable dans le temps, induit une force électromotrice dans une bobine toroïdale enroulée autour d'un noyau de très haute perméabilité magnétique placé dans la cavité et autour du conduit. Le processus physique de la conversion d'énergie a lieu. Ici, le principe physique est similaire au transformateur conventionnel où l'énergie électrique est transférée de la bobine primaire à la secondaire au travers d'un lien inductif (Fig. 5). Un courant variable dans le bobinage primaire crée un flux magnétique variable dans le noyau du transformateur qui est lié au bobinage secondaire. Ce flux magnétique variable induit une force électromotrice dans le bobinage secondaire. Si une charge est connectée au secondaire, un courant électrique coulera dans le bobinage secondaire et une énergie électrique sera transférée du circuit primaire via le transformateur de charge. Cet exemple de générateur MHD a une section carrée avec des côtés de 110 mm et une longueur de 234 mm comme le montre la Fig. 6. Le dispositif se compose d'un générateur d'impulsions haute tension, des électrodes de décharge, d'un générateur de courant continu à haute tension, des condensateurs à plaques, du diaphragme, du circuit magnétique et du bobinage secondaire. Le générateur d'impulsions haute tension relié aux électrodes de décharge produit les décharges électriques. Ainsi configuré, ce MHD génère de 20 à 25kW. Ici aussi, un grand nombre de modèles de MHD ont été construits, testés et utilisés. Le MHD décrit ci-avant et en Fig. 5, 6 et 7 est le modèle qui présente le plus d'avantages pour l'usage. Toutefois, d'autres types pourraient également convenir. Reste encore à concilier les deux éléments déjà décrits de ce générateur électrique. Cela concerne la vitesse du gaz pulsé à l'intérieur du MHD. A la sortie du générateur de gaz, la vitesse est de l'ordre de 7 à 8 mètres par seconde. Le MHD requiert une vitesse minimum de l'ordre de 250 mètres par seconde. Il s'agit donc d'accélérer la vitesse du gaz ; Il y a plusieurs méthodes possibles mais certaines ne peuvent être prises en considération du fait qu'elles annihileraient un avantage du gaz HHO, à savoir sa basse température. C'est le cas de l'usage d'arc électriques, de micro-ondes etc. qui augmenteraient la température et contraindraient l'usage de métaux chers. La solution retenue est un accélérateur mécanique, sous forme de turbine à haute vitesse, de l'ordre de 60 000 t/min. La Fig. 8 décrit un accélérateur de ce type qui permettra d'atteindre les vitesses requises pour le gaz. Alternativement, tout autre dispositif pouvant accélérer le gaz sans en altérer la qualité ni atteindre des températures trop élevées pouvant endommager les appareils pourrait être utilisé. A la sortie de l'électrolyseur, un tuyau souple, résistant au type de gaz et à la pression amène le fluide à l'entrée de l'accélérateur. L'orifice de celui-ci est placé à l'entrée du tube carré du MHD de manière à pulser le gaz ionisé à la vitesse suffisante. Le générateur électrique ainsi décrit, suivant les besoins en électricité, pourra avoir un ou plusieurs générateurs de gaz de Brown ou HHO, avec diverses capacités de production, et un ou plusieurs MHD pour recueillir l'électricité, avec autant d'accélérateurs de gaz. Dans certains cas, pour de fortes productions d'électricité, les MHD seront mis en batterie. Il est clairement exprimé ici que les détails techniques qui précèdent n'ont été proposés qu'à titre d'exemple illustratif et que tous les autres types d'appareils (générateurs de gaz, accélérateur et MHD) ou modifications et les variations qui pourraient convenir à l'invention ou apparaître faire partie de l'invention de manière évidente pour des personnes qualifiées dans le domaine sont considérées comme entrant dans le champ d'application large et de la portée de l'invention comme énoncées aux présentes. Les applications sont considérables. Ce générateur électrique est destiné à remplacer les moteurs thermiques dans les véhicules terrestres, (voitures, camions, bus et autres véhicules de transport de personnes et de biens), maritimes, (yachts, bateaux de transport de personnes et marchandises), aériens (essentiellement les avions à hélices, appareils régionaux pour lignes courtes et moyennes distances, avions de tourisme et d'affaire, avions de fret). Il peut aussi être utilisé dans les véhicules agricoles, dans les travaux publics etc. et aussi surtout pour alimenter les habitations, ateliers et autres immeubles. En fait, il peut être utilisé chaque fois qu'il faudra de l'électricité pour un usage quelconque. REVENDICATIONS1) Dispositif autonome de production d'électricité embarqué à bord de véhicules terrestres, maritimes ou aériens pour alimenter des moteurs électriques, ou fixes pour alimenter des immeubles ou tout autre besoin en énergie électrique, caractérisé' en ce qu'il comporte trois éléments combinés dans un nouveau dispositif générant de l'électricité, ces éléments étant (I) un générateur de gaz HHO ou gaz de Brown, (Il) un accélérateur de -vitesse de ce gaz et (III) un générateur magnétohydrodynamique produisant un courant électrique. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que un quelconque générateur HHO ou gaz de Brown (1) produit un gaz à base d'eau fortement ionisé qui comporte un très grand nombre d'ions', d'ions- et d'électrons- libres. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les ions+, les ions et les électrons libres contenus dans le gaz sont recueillis par un quelconque générateur magnétohydrodynamique (III) et transformés en courant électrique. 4) Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que la vitesse du gaz de Brown ou HHO est considérablement augmentée lors de sa propulsion dans le générateur magnétohydrodynamique (III) par un quelconque accélérateur mécanique (II) ou par tout autre moyen n'altérant pas les caractéristiques du gaz, à une vitesse minimum de 250 mètres par seconde. 5) Procédé de production d'électricité à partir du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le gaz de Brown ou HHO à base d'eau, fortement ionisé, produit dans le générateur de gaz est amené par un quelconque tuyau souple à l'entrée de l'accélérateur à une vitesse de 8 mètres par seconde ; l'accélérateur augmente la vitesse du gaz jusqu'à minimum 250 mètres par seconde et le projette dans le dispositif magnétohydrodynamique dans lequel les ions+, ions et électrons- libres, contenus dans le gaz, sont déviés par un champs magnétique vers une anode et une cathode qui les transforment en courant électrique.