Brevet FR3019227A1 — publié le 20151002

DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif simple semi automatisé pour gérer de l'énergie sous forme d'hydrogène et d'oxygène depuis la production et le stockage jusqu'à leurs utilisations dans un moteur afin d'améliorer son rendement et ses émissions de pollutions ou afin de disposer d'un surcroit de puissance en remplaçant l'azote présent dans l'air à l'admission de ces moteurs par l'oxygène et l'hydrogène qui possèdent une forte explosivité sans dégagements de fumées ; avec une légère modification le dispositif peut aussi alimenter les piles à hydrogènes. Les moteurs à explosions aussi appelés moteurs thermiques, qu'ils soient essence ou diesel sont tous alimentés en air pour une bonne combustion du carburant. Mais l'air est constitué de 80% d'azote et de 20% d'oxygène alors que seul l'oxygène est utilisé comme comburant par les moteurs pour la combustion du carburant. L'azote est inerte et n'est pas utile pour la combustion. Dans de rares cas, des systèmes d'électrolyse de l'eau sont employés pour diminuer le pourcentage d'azote à l'admission d'air des moteurs. Ses systèmes restent relativement sommaires. Ils ne régulent ni l'alimentation ni le débit de la cellule électrolyse ni son niveau en eau par exemple, ni le risque d'eau dans les moteurs. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. Il comporte en effet selon une première caractéristique, au moins un réservoir de gaz compressés relié par une conduite filtrante à une cellule d'électrolyse d'eau dont le niveau en eau est assuré automatiquement. Selon les modes particuliers de réalisation : - la cellule et le compresseur peuvent être alimentés par batterie, par un générateur ou par des cellules photovoltaïques placées sur le toit par exemple. - la cellule électrolyse possède un capteur de niveau qui commande une vanne d'alimentation en eau à partir du réservoir d'eau, la cellule comprend un capteur de pression et de température pour la mettre à l'arrêt si besoin et des aménagements pour limiter les mouvements de l'eau et c'est son débit de gaz qui contrôle le régime du compresseur. - la conduite dirige les gaz issus de l'électrolyse vers un compresseur qui les stocke en les compressant dans au moins un réservoir de gaz avant de les injecter à l'admission d'air du moteur. -La conduite est constituée de plusieurs tronçons emboités présentant des obstacles internes et elle comprend au moins un réservoir filtrant pour limiter la circulation de l'eau échappée de la cellule et la récupérer avant le compresseur, ce réservoir de récupération est équipé d'un capteur de niveau et il comporte aussi des aménagements contre les mouvements de l'eau, il permet avec une légère modification de séparer les gaz issus de la cellule, la conduite possède un circuit de dérivation lorsque les réservoirs de gaz sont pleins plus au moins un clapet d'aération. -un clapet ferme l'admission du moteur en amont de la conduite pour que les gaz pressurisés issus des réservoirs ne s'échappent pas par là. -les capteurs présent dans le réservoir d'eau, la cellule, les réservoirs de récupération et de gaz informent l'utilisateur sur les niveaux ou mettent le dispositif en sécurité. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en vue d'ensemble, le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en vue d'ensemble, la conduite. 50 La figure 3 représente en vue de face, le cousin fin. La figure 4 représente en vue de dessus, le cousin fin. La figure 5 représente en vue de face, un tronçon emboitable de la conduite. La figure 6 représente en vue de face, plusieurs tronçons emboités ensemble. La figure 7 représente en vue de face, le réservoir de récupération étiré. 55 En référence à ses dessins, la figure 1 illustre la façon dont l'eau (4) circule dans le dispositif entre le réservoir d'eau (1) et la cellule électrolyse (6) ainsi que la façon dont les gaz sont stockés dans deux réservoirs de gaz. Le dispositif est constitué d'une cellule électrolyse (6) dont le niveau en eau (4) est contrôlé par un capteur de 60 niveau (7) qui commande l'alimentation automatique en eau (4) à partir d'un réservoir d'eau (1) grâce à une électrovanne (5) qui s'ouvre pour la laisser passer lorsque que le capteur (7) détecte un niveau trop bas. Le réservoir d'eau (1) possède aussi un capteur de niveau (2) pour informer l'utilisateur sur le niveau et arrêter l'alimentation électrique de la cellule électrolyse (6) s'il est vide. Il (1) possède une vis de purge (3) 65 pour l'entretien. En fonctionnement, la cellule électrolyse (6) est alimentée de trois façons possibles. La cellule (6) peut être alimentée par la batterie (11) du moteur (54), elle peut aussi être alimentée par des panneaux solaires (14) ou par un générateur (16). Les 70 camions et les bateaux de commerces offrent la possibilité de grands panneaux solaires (14). Ils offrent les meilleures conditions d'utilisations sur des véhicules. L'interrupteur (13) de la batterie (11) permet de l'isoler du circuit électrique si besoin ou de la connecter avec les panneaux solaires (14) pour la recharger ou augmenter le débit de la cellule (6). L'interrupteur (15) des panneaux solaires (14) permet aussi de 75 les isoler si besoin. C'est la même chose pour l'interrupteur (17) du générateur (16). La batterie (11) et les panneaux solaires (14) ainsi que le générateur (16) sont également protégés par des diodes (12). La cellule (6) possède une anode et une cathode facilement démontables pour les changer régulièrement. La cellule (6) possède aussi un capteur de pression et de 80 température (8) ainsi qu'une soupape de sécurité (9). Elle (6) possède une vis de purge (3) pour l'entretien. La figure 2 illustre comment la cellule (6) peut être équipée de cloisons internes partielles verticales (35) et horizontales (36) pour limiter les mouvements de l'eau (4). Il peut aussi y avoir une structure en filet (37) à l'intérieur. Chaque fil du filet (37) 85 crée des perturbations qui ralentissent les mouvements de l'eau (4) dans la cellule (6). Ainsi qu'au moins un cousin fin (38) aux bords poilus (39) qui flotte sur l'eau (4) pour amortir le clapot. Elle (6) possède aussi un obstacle horizontal (40) placé juste avant la sortie (10) pour limiter les remontées d'eau (4) dans la conduite (18) liées aux clapots de l'eau (4). Un capteur de débit et de pression (19) placé à la sortie (10) des gaz de la 90 cellule électrolyse (6) informe l'utilisateur et additionne les alimentations afin d'augmenter le débit de la cellule (6) de façon automatique ou si l'utilisateur le demande. Les gaz issus de la cellule (6) sont dirigés par une conduite (18). Elle (18) comporte à la sortie de la cellule (10) un capteur de débit et de pression (19) qui peut 95 additionner les sources d'énergies de la cellule (6). Elle (18) envoie les gaz vers un compresseur (20). Le capteur de débit et de pression (19) détermine le régime du compresseur (20). Les gaz sont ensuite stockés sous pression dans au moins un réservoir de gaz (22) équipé d'un capteur de pression (23), d'une soupape de sécurité (24), d'une vis de purge (3) ainsi que d'une électrovanne à l'entrée (21) et à la sortie 100 (25). Lorsque le réservoir de gaz (22) est plein, le compresseur (20) s'arrête et ouvre l'électrovanne (31) d'un circuit de dérivation (32) en amont du compresseur (20). Lorsque l'électrovanne de sortie (25) est ouverte, les gaz comprimés dans le réservoir (22) sont dirigés vers un régulateur (26) avant d'arriver à l'admission (52) du moteur (54). Il (26) fonctionne comme un robinet. Il (26) permet de contrôler le débit du 105 réservoir (22) à la demande de l'utilisateur. Il (26) est précédé d'un capteur de pression (27) qui le (26) ferme si le fonctionnement du moteur (54) entraine une aspiration indésirable dans la conduite (18). En aval du régulateur (26), le circuit d'admission (52) d'air dans le moteur (54) est équipé d'un clapet anti-retour (51) pour que les gaz ne s'échappent pas par là lorsque le débit est maximum à la sortie du régulateur (26). 110 Selon une variante non illustrée, la conduite (18) peut rétrécir en aval ou en amont du régulateur (26) pour augmenter la vitesse des gaz injectés dans l'admission (52) d'air du moteur (54). La figure 2 illustre le dispositif équipé de plusieurs réservoirs de gaz. Lorsqu'il 115 commence à les remplir, il ouvre en premier l'électrovanne d'entrée (21) du premier réservoir de gaz (22) pour le remplir avec les gaz sous pression. Lorsque la pression voulue est atteinte, le dispositif ferme l'électrovanne d'entrée (21) et ouvre l'électrovanne d'entrée (28) du réservoir de gaz suivant (29). Lorsque les réservoirs de gaz sont remplis, le compresseur (20) s'arrête et le dispositif ouvre l'électrovanne (31) 120 du circuit de dérivation (32) pour convoyer les gaz directement vers l'admission (52) d'air si le moteur (54) est en marche. Lorsque l'utilisateur veut augmenter le débit, l'électrovanne de sortie (25) du premier réservoir (22) s'ouvre et l'utilisateur peut régler le débit des gaz envoyés dans l'admission (52) du moteur (54) grâce au régulateur (26). Lorsque le premier réservoir (22) est vide, le dispositif ferme 125 l'électrovanne de sortie (25) du premier réservoir (22) et ouvre celle (30) du réservoir suivant (29). L'utilisateur ou le dispositif peuvent aussi ouvrir plusieurs réservoirs de gaz (22) ensemble. La mise en marche ou l'arrêt du compresseur (20) commande automatiquement 130 la fermeture ou l'ouverture du circuit de dérivation (32) grâce à l'électrovanne (31) dont le circuit (32) est équipé. Il (32) envoie les gaz directement vers l'admission (52) du moteur (54) sans être compressés dans un réservoir de gaz (22) uniquement si le moteur (54) est en marche. Le circuit de dérivation (32) possède son propre régulateur (33). Le circuit de dérivation (32) rejoint la conduite (18) juste avant l'admission (52). 135 Le régulateur (33) ferme automatiquement celui (26) de la conduite (18) lorsqu'il (33) s'ouvre et inversement. Le circuit de dérivation (32) possède un capteur de pression (34) juste avant le régulateur (33) pour fermer celui-ci (33) si le fonctionnement du moteur (54) entraine une aspiration indésirable dans le circuit (32). Selon une variante non illustrée, il (32) peut aussi rétrécir en amont ou en aval du régulateur (33) pour 135 augmenter la vitesse des gaz. Comme l'illustre la figure 2, la conduite (18) à la sortie (10) de la cellule électrolyse (6) peut emprunter un circuit particulier qui remonte fortement en serpentant pour limiter la circulation d'eau (4) qui peut être aspirée avec les gaz. La 140 conduite (18) est formée par différents tronçons (41) emboités hermétiquement afin de placer des obstacles (42) à la circulation de l'eau (4) à l'intérieur d'elle (18) jusqu'au compresseur (20). Les obstacles (42) réduisent le diamètre de la conduite (18) et ils (42) sont orientés vers le bas. Après avoir remonté, la conduite (18) passe dans au moins un réservoir (43) pour filtrer et récupérer l'eau (4) qui aurait pu s'introduire 145 avec les gaz avant de repartir vers le compresseur (20) ou le circuit de dérivation (32). Le réservoir de récupération (43), est équipé d'un capteur de niveau (44). Après le réservoir de récupération (43) et juste en amont du circuit de dérivation (32), la conduite (18) est équipée d'au moins un clapet d'aération (45) qui s'ouvre immédiatement lorsque la cellule (6) est arrêtée pour laisser l'eau (4) qu'elle (18) 150 pourrait contenir redescendre dans le réservoir (43) et la cellule (6). Il (43) est aussi équipé de cloisons partielles horizontales (35) et verticales (36). Il (43) possède aussi une structure interne en filet (37) et au moins un cousin fin (38). Le réservoir de récupération (43) possède aussi un obstacle horizontal (40) juste avant la sortie pour limiter les entrées d'eaux (4) liées aux clapots dans la conduite (18). Selon une 155 variante non illustrée, plusieurs réservoirs de récupération (43) peuvent être placés en série. Il est préférable de placer la cellule électrolyse (6) plus bas que le réservoir de récupération (43) surtout lorsque le dispositif est monté sur un véhicule. La particularité de cette conduite (18) imparfaitement étanche à l'eau, ne permet pas d'employer le dispositif lorsque les mouvements du véhicule entrainent un risque 160 d'eau (4) dans le moteur (54) comme les avions de voltiges ou les modèles réduits. Selon une variante non illustrée, la conduite (18) et le circuit de dérivation (32) peuvent convoyer les gaz vers l'alimentation (53) du moteur (54) si le débit le permet et cela évite aussi les problèmes d'aspirations liés au fonctionnement du moteur (54). Le régime du moteur (54) ou son accélération peut aussi encadrer le régulateur (26). 165 Par exemple, le régulateur (26) peut se fermer après une accélération de mille tours par minute du régime du moteur (54) La figure 7 illustre un réservoir de récupération étiré (46) en hauteur pour séparer l'hydrogène et l'oxygène par gravité dans le but d'améliorer la sécurité en les 170 stockant dans aux moins deux réservoirs de gaz séparés ou dans le but d'alimenter une pile à hydrogène. Les deux gaz mélangés ensemble sont injectés vers le bas par l'entrée (47) placée à mi hauteur sur le côté du réservoir (46). L'oxygène est un gaz lourd qui chute immédiatement vers le bas du réservoir de récupération étiré (46). A l'inverse l'hydrogène est le gaz le plus léger qui existe, il monte immédiatement vers 175 la sortie du réservoir (46). Le réservoir (46) comporte une sortie supplémentaire (49) placée en bas pour laisser sortir l'oxygène et l'eau (4) éventuelle. Le réservoir étiré (46) possède au moins un capteur semi mobile en forme de ballon (50) suspendu à des ressorts et gonflé à l'air. Son déplacement est différent entre les gaz mélangés et les gaz séparés ce qui permet d'en déduire l'efficacité du réservoir (46) à sortir 180 l'hydrogène par sa partie haute. Lorsqu'il y a plusieurs capteurs (50), ils sont placés les uns au dessus des autres. Selon une variante non illustrée, la sortie (49) de l'oxygène est équipée d'au moins un réservoir de récupération non étiré (43), sa sortie et toute la conduite à partir de sa sortie et jusqu'à un compresseur ne doit jamais dépasser en hauteur celle (49) du réservoir étiré (46). Dans cette configuration, le 185 dispositif peut comporter plusieurs réservoirs étirés (46) placés les uns au dessus des autres avant le compresseur (20) ou le circuit de dérivation (32). Le dispositif comporte le plus d'éléments en plastique que possible pour respecter le caractère explosif des gaz. La cellule électrolyse (6) ainsi que les 190 réservoirs d'eau (1) et de récupération (43) sont transparents. La conduite (18) est aussi transparente ou comporte des parties transparentes pour faciliter l'entretien. La conduite (18) est renforcée entre la sortie du réservoir de gaz (22), le régulateur du circuit de dérivation (33) et l'admission (52) du moteur (54). 195 A titre d'exemple non limitatif le dispositif aura les dimensions de l'ordre de 2 m en longueur, 2 m en largeur et 3 m en hauteur. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux constructeurs et aux propriétaires de moteurs à explosions ou de piles à hydrogène qui veulent 200 améliorer leurs rendements, il est idéal lorsqu'on peut profiter des périodes d'arrêt d'un moteur pour stocker de l'énergie au soleil comme avec les bateaux de commerces ou les camions par exemples même si les réservoirs de gaz mettent du temps à se remplir. REVENDICATIONS1) Dispositif destiné aux constructeurs et aux propriétaires de moteurs à explosions (54) ou de piles à hydrogène qui veulent améliorer les rendements de ces moteurs sans les modifier et de façon économique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un réservoir de gaz compressés (22) relié par une conduite filtrante (18) à une cellule d'électrolyse d'eau (6) dont le niveau en eau est assuré automatiquement afin de gérer l'hydrogène et l'oxygène depuis leur production dans la cellule d'électrolyse (6) et leur stockage jusqu'à leur injection dans les moteurs (54) pour améliorer leurs performances ou dans une pile à hydrogène pour l'alimenter. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le niveau d'eau (4) de la cellule d'électrolyse (6) est assuré par un capteur de niveau (7) et part un réservoir d'eau (1) qui possède lui aussi un capteur de niveau (2) afin d'informer l'utilisateur sur le niveau ou arrêter l'alimentation électrique de la cellule (6) s'il est trop bas, et que la cellule (6) possède un capteur de pression et de température (8) qui peut arrêter son alimentation électrique, plus une soupape de sécurité (9), des cloisons partielles horizontales (35) et verticales (36) ainsi qu'une structure en filet (37) et au moins un fin cousin flottant (38) pour limiter les mouvements de l'eau (4), elle (6) a aussi un obstacle horizontal (40) placé juste avant sa sortie (10) pour limiter les remontées d'eau (4) liées au clapot à cet endroit. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cellule (6) peut être alimentée par batterie (11) connectée ou isolée par un interrupteur (13), par des panneaux solaires (14) connectés ou isolés par un interrupteur (15) et par un générateur (16) lui aussi connecté ou isolé par un interrupteur (17), et que chaque source est protégée par des diodes (12) car elles peuvent être additionnées par l'utilisateur ou par le capteur de pression et de débit (19) situé dans la conduite (18) grâce à l'interrupteur (13) placé entre la batterie (11) et les panneaux solaires (14). 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (1) possède un compresseur (20) et au moins un réservoir de gaz (22) et que chaque réservoir de gaz (22) est équipé d'un capteur de pression (23), ce dernier (23) ouvre une électrovanne (21) à l'entrée du réservoir (22) lorsqu'il (22) est vide et qui la (21) ferme quand il (22) est plein, il (23) le signale aussi à l'utilisateur, le réservoir de gaz (22) est aussi équipé d'une soupape de sécurité (24) ainsi que d'une vis de purge (3) pour l'entretien, enfin, il (22) possède aussi à sa sortie une électrovanne (25) qui s'ouvre pour laisser sortir les gaz ou se ferme pour les arrêter à la demande de l'utilisateur. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les gaz circulent dans une conduite (18) en plastique qui possède un capteur le débit et de pression (19) à la sortie de la cellule électrolyse (6), elle (18) est formée par différents tronçons (41) emboités hermétiquement afin de placer des obstacles (42) à la circulation de l'eau (4) à l'intérieur de la conduite (18) sur une partie de sa longueur, ils (42) réduisent le diamètre de la conduite (18) et ils (42) sont orientés en direction de la cellule (6), elle (18) emprunte un circuit particulier qui remonte pour limiter encore plus l'intrusion d'eau (4) depuis la cellule électrolyse (6). 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la conduite (18) passe dans au moins un réservoir de récupération (43) en plastique pour filtrer et 50 récupérer l'eau (4) qui aurait pu s'introduire avec les gaz avant de repartir vers un compresseur (20), le réservoir de récupération (43) est équipé d'un capteur de niveau (44), il (43) comporte les cloisons internes partielles horizontales (35) et verticales (36), une structure en filet (37) ainsi qu'au moins un fin cousin flottant (38) pour limiter le mouvement de l'eau (4), un obstacle horizontal (40) placé juste avant la 55 sortie (10) limite les remontées d'eau (4) liées aux clapots à cet endroit. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les gaz issus des réservoirs de gaz sont conduis vers un régulateur de débit (26) contrôlé par l'utilisateur et placé juste avant l'admission (52) du moteur (54), l'entrée du régulateur possède un 60 capteur de pression (27) pour fermer celui-ci (26) si le fonctionnement du moteur (54) entraine une aspiration indésirable dans la conduite (18). 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (1) peut aussi envoyer les gaz vers l'admission (53) du moteur (54) si le débit le permet pour 65 éviter les problèmes liés à l'aspiration qui reste plus forte à l'admission (52) d'air qu'à l'alimentation du carburant (53). 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que des automatismes et des alarmes ou des voyants facilitent l'utilisation et la sécurité, les automatismes les 70 plus importants sont l'information de l'utilisateur sur le niveau du réservoir d'eau (1) ; l'arrêt de la cellule (6) en cas de manque d'eau (4) dans le réservoir d'eau(1) ; l'allumage ou l'arrêt de la cellule (6) entraine l'allumage ou l'arrêt du compresseur (20), entraine l'ouverture ou la fermeture d'au moins un clapet d'aération (45) sur la conduite (18), l'arrêt de la cellule (6) ferme les deux régulateurs ; le régime du 75 compresseur (20) est défini par le capteur de débit et de pression (19) situé juste après la sortie (10) de la cellule (6), ce capteur (19) peut aussi additionner les sources d'alimentations de la cellule (6) grâce à l'interrupteur (13) placé entre elles ; si le réservoir de gaz (22) est plein alors il (22) se ferme, il (22) arrête le compresseur (20), ouvre le circuit de dérivation (32) si le moteur (54) ou la pile sont en marche sinon il 80 arrête la cellule (6) ; l'ouverture du circuit de dérivation (32) éteint le compresseur (20), l'ouverture du régulateur (26) de la conduite (18) ferme celui (33) du circuit de dérivation (32) et inversement ; le capteur de niveau (44) du réservoir de récupération (43) alerte l'utilisateur en cas de présence d'eau (4) indésirable à l'intérieur et peut stopper l'alimentation de la cellule (6) ainsi que les deux régulateurs ; le régulateur 85 (26) de la conduite (18) ainsi que celui (33) du circuit de dérivation (32) peuvent chacun se fermer si le fonctionnement du moteur (54) entraine une aspiration dans la conduite (18) ou le circuit de dérivation (32) ; l'ouverture du réservoir de gaz (22) a la priorité sur l'électrovannes (31) du circuit de dérivation (32) ; si le moteur (54) est éteint et que le réservoir de gaz (22) est pleins alors on ne peut pas allumer la cellule 90 (6) ; le régime du moteur (54) peut encadrer le régulateur (26) de la conduite et celui (33) du circuit de dérivation (32). 10) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le réservoir de récupération (43) est modifié pour permettre au dispositif de stocker les gaz séparés 95 chacun dans son réservoir (22) ou d'alimenter une pile à hydrogène, il est étiré (46) en hauteur pour séparer l'oxygène de l'hydrogène et il (46) possède une ouverturesupplémentaire (49) en bas pour laisser sortir l'oxygène et l'eau (4) éventuellement aspirée avec les gaz, le réservoir étiré (46) est équipé d'au moins un capteur semi mobile (50) en forme de ballon suspendu à des ressorts et gonflé à l'air et dont les 100 déplacements renseignent sur la qualité de la séparation des gaz, plusieurs réservoirs étirés (46) peuvent se succéder en hauteur pour améliorer la qualité du résultat, la sortie (49) de l'oxygène peut être équipée d'au moins un réservoir de récupération d'eau non étiré (43) placé plus bas. 105 11) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la conduite (18) possède un circuit de dérivation (32) en plastique lorsque les réservoirs sont pleins qui débute juste avant le compresseur (20), son entrée est équipée d'une électrovanne (31) et il (32) possède son propre régulateur (33) juste avant l'admission (52) du moteur (54), il (32) est équipé d'un capteur de pression (34) juste en amont du régulateur (33) 110 pour fermer celui-ci (33) si le fonctionnement du moteur (54) entraine une aspiration indésirable dans le circuit (32), la conduite (18) possède au moins un clapet d'aération (45) placé juste avant le circuit de dérivation (32) pour laisser l'eau (4) qu'elle (18) pourrait contenir redescendre dans la cellule (6) et le réservoir de récupération (43), elle (18) est renforcée entre la sortie du réservoir de gaz (22), le régulateur du circuit 115 de dérivation (33) et l'admission (52) du moteur (54).