Brevet FR3019167A1 — publié le 20151002

DISPOSITIF ET PROCEDE DE PRODUCTION D'UN GAZ INFLAMMABLE POUR MOTEUR À EXPLOSION La présente invention a pour objet un dispositif embarqué permettant de mettre en oeuvre un procédé chimique de production d'un gaz inflammable tel que l'hydrogène, en vue d'optimiser le rendement d'un moteur alimenté en hydrocarbures. Arrière-plan de l'invention Il est connu que l'ajout d'hydrogène permet d'optimiser la combustion des hydrocarbures et de minimiser leur consommation. Les procédés actuellement connus sont basés sur l'électrolyse et nécessitent l'apport d'énergie électrique, ce qui diminue leur performance. Exposé sommaire de l'invention La présente invention a pour but d'optimiser la combustion des carburants utilisés dans les moteurs à 20 explosion. Selon l'invention, ce but est atteint par un dispositif comprenant un récipient, un couvercle, un orifice d'entrée, un orifice de sortie ainsi qu'un tube connecté à l'orifice d'entrée et situé à l'intérieur du récipient. 25 Avantageusement, le récipient contient un liquide et un solide susceptibles de réagir l'un avec l'autre pour produire un gaz inflammable. L'invention a également pour objet un procédé de production d'hydrogène comprenant les étapes suivantes : 30 a) la mise en contact d'un liquide et d'un solide susceptibles de réagir l'un avec l'autre pour produire un gaz inflammable, 1 b) l'agitation du liquide et/ou du solide au moyen d'un flux gazeux et c) la libération du gaz inflammable. Ce procédé a notamment l'avantage de ne nécessiter 5 aucun apport d'énergie extérieur. En particulier, il fonctionne sans énergie électrique. Le dispositif et le procédé de la présente invention ont pour objectif de diminuer la consommation de carburant, de diminuer les rejets de CO2, de CO, d'oxydes d'azote, d'imbrûlés ainsi que 10 d'autres gaz nocifs résultant de la combustion des hydrocarbures. Le dispositif et le procédé de la présente invention offrent l'avantage d'améliorer les performances du moteur, notamment en produisant plus de puissance pour une même 15 quantité de carburant consommé. Le dispositif et le procédé de la présente invention permettent également de limiter l'encrassement du moteur. L'encrassement du moteur peut de plus être réduit grâce à la meilleure combustion des résidus d'hydrocarbures dans les cylindres. De fait, le procédé et 20 le dispositif objet de la présente invention effectuent un nettoyage du moteur. Cela a pour effet de préserver les performances caractéristiques du moteur. Dans le procédé et le dispositif objet de la présente invention, l'hydrogène est produit « à la demande ». Plus 25 particulièrement, la quantité d'hydrogène produite est négligeable lorsque le moteur tourne au ralenti, ou lorsqu'il est éteint. La quantité d'hydrogène produit augmente lors d'une forte demande de puissance. Plus le régime du moteur est élevé, plus la production d'hydrogène 30 est importante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont maintenant être décrits en détail dans l'exposé 2 suivant qui est donné en référence aux figures annexées, lesquelles représentent schématiquement : - figure A : le dispositif de l'invention connecté à un moteur à explosion muni d'un turbocompresseur ayant une 5 entrée d'air, une sortie de flux d'air comprimé et une sortie de gaz d'échappement ; - figure B : une vue éclatée d'un récipient, d'un couvercle, d'un tube immergé, d'un filtre et d'un support de filtre, constituants d'un dispositif selon l'invention; 10 - figure Cl : une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un couvercle ; - figure C2 : une vue de face du couvercle de la figure Cl ; - figure C3 : une vue de côté en coupe du couvercle de 15 la figure Cl ; - figure D : le dispositif selon l'invention, connecté à l'admission d'un moteur non équipé d'un turbocompresseur ; et - figure E : un dispositif selon un mode de réalisation 20 avantageux de l'invention. Exposé détaillé de l'invention Le dispositif de la présente invention comprend un réservoir (1) contenant un liquide et un solide immergé dans 25 ce liquide ou en contact avec ce liquide. Le réservoir ou récipient (1), est de préférence cylindrique et avantageusement transparent de manière à permettre d'observer les dégagements gazeux produits par le contact du solide et du liquide. Selon un mode particulier de 30 réalisation de l'invention, le réservoir (1) est constitué d'un matériau rigide, résistant aux chocs et à des températures élevées, de préférence jusqu'à au moins 120°C. Le réservoir (1) est constitué par exemple d'un polymère 3 plastique, éventuellement renforcé par l'inclusion de fibres ou d'autres composants. Un exemple de polymère plastique avantageux est l'ABS ou poly(acétonytrile-butadiènestyrène) Le récipient (1) est d'un volume variable en fonction de la quantité d'hydrogène à produire. Le volume du récipient (1) varie de 0,3 litre à 15 litres. Il est plus particulièrement compris entre 0,6 et 12 litres. Des exemples particuliers de réalisation impliquent des volumes d'environ 1 litre, 2 litres, 4 litres, 6 litres ou 10 litres. Le solide peut être sous forme de plaquettes métalliques, de particules en suspension, ou de granules. Le solide est de préférence sous forme de plaquettes dont la longueur peut aller jusqu'à environ 45 mm et est de préférence comprise entre 20 et 40 mm, plus préférentiellement encore entre 25 et 35 mm. Les plaquettes mesurent en particulier 30 mm de long. La largeur des plaquettes peut aller jusqu'à environ 25 20 mm et elle est de préférence comprise entre 8 et 20 mm et plus préférentiellement encore entre 10 et 15 mm. Les plaquettes mesurent en particulier 12 mm de large. L'épaisseur des plaquettes peut aller jusqu'à environ 15 mm et elle est de préférence comprise entre 10 et 15 mm, 25 plus préférentiellement encore entre 1 et 2 mm. Les plaquettes ont en particulier une épaisseur de de l'ordre de 1,8 mm. La surface de contact d'une plaquette avec le liquide peut aller jusqu'à 2000 mm2 et elle est de préférence 30 comprise entre 400 mm2 et 1800 mm2 et plus préférentiellement encore entre 800 et 900 mm2. Une plaquette pèse généralement environ 1 gramme. 4 Le nombre de plaquettes utilisées dépend du type de véhicule et de sa motorisation. Le nombre de plaquettes de solide immergées dans le liquide varie généralement de 1 à 100, préférentiellement de 5 à 50. Le nombre de plaquettes augmente proportionnellement avec le volume du liquide. D'une manière générale, la masse de solide immergé ou en contact avec le liquide est comprise entre 10 et 30 grammes par litre, préférentiellement entre 15 et 25 grammes par litre de liquide. Selon un mode de réalisation avantageux, environ 20 grammes de solide sont utilisés par litre de liquide. Les proportions de solide par rapport au liquide peuvent être adaptées en fonction des conditions particulières d'utilisation. Les plaquettes de solide sont généralement immergées en vrac dans le liquide. Selon un mode de réalisation convenant notamment aux plus gros moteurs, les plaquettes peuvent être regroupées de manière à constituer un cube (ou parallélépipède) de solide, ou un morceau de solide d'épaisseur sensiblement plus élevée que celle d'une plaquette. Alternativement, les plaquettes peuvent être partiellement ou totalement remplacées par des cubes (ou parallélépipèdes) compacts de solide, de composition comparable ou identique. Selon un mode de réalisation, on peut utiliser à la fois des plaquettes et des cubes (ou parallélépipèdes) de solide, dans toutes les proportions, en fonction des besoins. Le solide contient en général essentiellement du magnésium. Il peut également contenir d'autres métaux légers. Le solide contient avantageusement plus de 90% de magnésium. Idéalement, la quantité de magnésium dans le solide est supérieure ou égale à environ 95%. 5 Le liquide est généralement une solution aqueuse de chlorure d'hydrogène. Il peut également contenir du méthanol, en proportion variable. Le volume de méthanol représente alors de préférence au plus 50% du volume total du liquide. Toutes les quantités de méthanol inférieures à 50% du volume total sont utilisables en fonction des besoins spécifiques de l'utilisateur. Alternativement, le méthanol peut être remplacé en tout ou partie par un autre alcool miscible dans l'eau. Des 10 exemples d'alcools miscibles dans l'eau sont l'éthanol, ou éventuellement des produits antigel couramment commercialisés. La concentration du chlorure d'hydrogène dans le liquide est généralement comprise entre 0,05 et 1,5 mol/l. 15 De préférence, elle est comprise entre 0,15 et 1,5 mol/l et elle est en particulier de l'ordre de 0,3 mol/l. Des concentrations aussi basses ont le double avantage d'être peu dangereuses et de ne provoquer qu'une faible et lente consommation des plaquettes. 20 Le volume de liquide varie en fonction du type de véhicule et de sa motorisation. Il est généralement compris entre 0,3 litre et 12 litres, de préférence entre 0,6 et 7 litres. Le réservoir (1) est équipé d'un couvercle (2), destiné 25 à fermer le récipient de manière étanche. Un joint déformable et apte à combler les petits interstices peut avantageusement être placé entre le réservoir (1) et le couvercle (2) pour améliorer l'étanchéité. Un joint d'étanchéité couramment utilisé à cet effet peut être adapté 30 pour la présente invention. Dans un mode particulier de réalisation, le joint est en polymère, par exemple en silicone, et de forme annulaire ou torique. 6 Le couvercle (2) est généralement muni d'un orifice d'entrée (3) et d'un orifice de sortie (4). L'orifice d'entrée (3) est connecté à un tube (5) destiné à être immergé dans le liquide à l'intérieur du 5 réservoir (1). Le tube immergé (5) est ouvert à son extrémité inférieure de manière à laisser passer un flux gazeux, en général d'air, éventuellement comprimé, à travers le liquide pour le faire réagir avec le solide. Le tube immergé (5) peut également être percé d'orifices latéraux 10 permettant d'optimiser la diffusion du flux gazeux à travers le liquide présent dans le récipient (1). Le tube immergé (5) est généralement constitué de matière plastique, de préférence du PVC transparent. L'orifice de sortie (4) est connecté à l'orifice 15 d'admission du moteur (6), soit directement, soit par l'intermédiaire de la ligne (7) reliant le turbocompresseur (8) au moteur. Dans ce dernier cas, les orifices d'entrée (3) et de sortie (4) sont reliés à la ligne (7) par les conduites (9, 10), qui peuvent être rigides ou souples, et 20 dont le diamètre est adapté au débit de gaz inflammable nécessaire, en général de l'hydrogène. Ce diamètre est généralement compris entre 3 mm et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 15 mm. En fonction de la motorisation et des besoins, le diamètre des conduites (9, 10) peut être par 25 exemple d'environ 6 mm, 8 mm, 10 mm ou 13 mm. Le dispositif objet de la présente invention peut également être équipé d'un système de contrôle de pression et/ou d'une valve de sécurité (16). Le système de sécurité (16) peut être par exemple un manomètre, permettant la 30 lecture de la pression. Le système de sécurité (16) peut également être équipé d'un moyen de réglage de pression, tel une vis ou une molette. Idéalement, le système de sécurité 7 (16) permet l'évacuation automatique des gaz en surpression dans le récipient (1). Les gaz sont généralement considérés comme étant en surpression lorsqu'ils ont une pression supérieure à 30 5 bars. Le système de sécurité (16) est avantageusement réglé pour évacuer les gaz lorsque la pression atteint environ 25 bars. D'autres seuils de déclanchement du système de sécurité peuvent être appliqués en fonction des caractéristiques du dispositif, des normes en vigueur, ou 10 des modes d'utilisation particulier de la présente invention. Le dispositif peut également être équipé d'au moins un deuxième réservoir (17) (cf. figure E) dont l'entrée est reliée à la sortie du premier réservoir et dont la sortie 15 est connectée à la ligne (7) reliant le turbocompresseur (8) à l'orifice d'admission du moteur (6). Ce deuxième réservoir peut alternativement être équipé d'un tube ouvert à son extrémité inférieure, comparable ou tube (5) du réservoir (1) et contenir un liquide et un solide comparables ou 20 identiques au liquide et au solide utilisés dans le réservoir (1). Dans un mode privilégié de fonctionnement, le second réservoir reste vide et n'a pour fonction que de stocker les gaz produits dans le réservoir (1). Grâce à une telle disposition en série, visible sur la 25 figure E, il est possible de produire une plus grande quantité d'hydrogène, ce qui est particulièrement utile dans le cas d'une demande ponctuellement élevée. Selon un mode de réalisation avantageux, le couvercle (2) est muni d'un filtre (11) comprenant de préférence des 30 fibres non tissées, telles que du coton, de la ouate, ou d'autres fibres végétales comparables. Le couvercle peut en outre être également muni d'un support de filtre (12) pour le filtre (11). 8 Le couvercle (2) est, en tant que tel, objet de l'invention. Un exemple d'un couvercle préféré est représenté sur les figures Cl à C4 où l'on peut voir un organe de réglage (13) destiné à adapter le débit du flux 5 gazeux (par exemple l'air) enrichi en gaz inflammable (par exemple l'hydrogène) vers l'admission du moteur (6). L'organe de réglage (13) permet donc un réglage, généralement manuel, du débit gazeux en fonction des caractéristiques particulières du moteur. Cet organe de 10 réglage peut être par exemple une vis, obstruant de manière progressive l'orifice de sortie (4). L'élément de réglage (13) est de préférence de forme conique ou tronconique. De préférence, le couvercle est de plus équipé d'un connecteur (14) de diamètre spécifique et préférentiellement 15 constitué de cuivre. Le diamètre de ce connecteur en cuivre varie en fonction de la motorisation et de l'utilisation. Il est préférablement compris entre 1 mm et 15 mm. Dans des modes de réalisation spécifiques, le connecteur (14) peut avoir un diamètre d'environ 2 mm, 6 mm, 10 mm ou 12 mm. 20 Comme on peut le voir sur la figure D, la sortie du dispositif est connectée à l'orifice d'admission du moteur (6). Selon un mode de réalisation avantageux, la sortie du dispositif est connectée à la ligne (7) reliant le 25 turbocompresseur (8) à l'orifice d'admission du moteur (6) en amont d'un refroidisseur (15), destiné à abaisser la température du mélange d'air comprimé et d'hydrogène produit par le dispositif. Idéalement, le mélange d'air et d'hydrogène produit par le dispositif de la présente 30 invention est dispensé au moteur à une température sensiblement égale à celle de l'extérieur du véhicule. 9 La présente invention a également pour objet le procédé chimique permettant de produire l'hydrogène, décrit par la réaction suivante: Mg + 2 HCl H> MgC12 + H2 dans laquelle le magnésium provient du solide contenu dans le réservoir (1) et HCl provient du liquide également présent dans le réservoir (1). La réaction a lieu spontanément à la surface du solide, de manière exothermique. La production d'hydrogène varie en fonction du débit de flux gazeux, généralement de l'air, affluant dans le liquide du récipient (1) par le tube immergé (5). Le débit de flux gazeux est nul lorsque le moteur est arrêté. Dans ce cas, la production d'hydrogène est négligeable. Le débit de flux gazeux augmente avec le régime du moteur et favorise la réaction grâce au barbotement de ce flux dans l'élément liquide, ce qui provoque une agitation favorisant la réaction chimique. La production d'hydrogène croît avec le régime du moteur. Le magnésium est présent sous forme métallique, 20 substantiellement pure. Alternativement, le magnésium est associé à d'autres éléments, sous forme d'alliage ou de conglomérats. Le chlorure d'hydrogène peut être en excès par rapport à la stoechiométrie de la réaction indiquée ci-dessus. 25 Le procédé chimique objet de la présente invention comprend les étapes suivantes : - la mise en présence du solide (par ex. magnésium) avec le liquide (par ex. solution aqueuse de chlorure d'hydrogène), 30 - la mise en route du moteur pour produire un débit de flux gazeux (par ex., d'air) dans le milieu réactionnel. 10 - la libération du gaz inflammable (par exemple, l'hydrogène) sous forme de gaz. Le gaz inflammable ou explosif produit est injecté dans l'admission du moteur à travers la conduite (7). Selon un autre aspect, la présente invention a également pour objet un kit facilement adaptable aux moteurs couramment commercialisés. Ce kit comprend un récipient (1) optionnellement associé à au moins un deuxième récipient cf. Fig. E, un couvercle (2), un orifice d'entrée (3), un orifice de sortie (4), un tube (5) connectable à l'orifice d'entrée (3) et pouvant être disposé à l'intérieur du récipient (1) et éventuellement un filtre (11) pour l'orifice de sortie (4) et un support de filtre (12). Selon un mode de réalisation avantageux, le kit selon 15 l'invention comprend en outre une recharge comprenant une certaine quantité de liquide et une certaine quantité de solide conditionnés séparément l'un de l'autre. Le kit peut contenir en plus des flexibles de raccordement (9, 10). 20 La recharge permet de remplacer les éléments correspondants dans le récipient (1), une fois usagés. La recharge peut être commercialisée indépendamment du dispositif décrit ci-dessus. La recharge, comprenant le solide et le liquide conditionnés séparément, est également 25 objet de l'invention en tant que telle. Tout moteur à explosion peut être équipé du dispositif objet de la présente invention. Les véhicules concernés incluent les véhicules de transports routiers, fluviaux ou marins ainsi que les avions, hélicoptères et autres 30 véhicules motorisés similaires. Les véhicules de transports routiers sont de préférence concernés par l'objet de la présente invention. Ils incluent les véhicules légers de tourisme, les poids lourds, les deux-roues motorisés. Tout 11 type de moteur à explosion peut être équipé du dispositif objet de la présente invention, qu'il soit du type diesel, à essence, ou qu'il fonctionne au GPL. On entend par carburant les hydrocarbures généralement 5 utilisés pour alimenter les moteurs à explosion, issus des produits pétroliers ou biologiques. Les carburants regroupent par exemple le gaz oil, l'essence, le GPL, le kérosène, ainsi que les produits destinés aux moteurs de bateaux, les biocarburants, et les carburants issus de 10 productions bactériologiques. En variante, plusieurs dispositifs peuvent être installés en parallèle, notamment dans le cas où le moteur contient plusieurs conduites d'admission. 12 REVENDICATIONS1.- Dispositif permettant de produire de l'hydrogène, comprenant un récipient (1), un couvercle (2), un orifice 5 d'entrée (3), un orifice de sortie (4), ainsi qu'un tube (5) connecté à l'orifice d'entrée (3) et situé à l'intérieur du récipient (1), lequel le récipient (1) contenant un liquide et un solide susceptibles de réagir l'un avec l'autre pour produire de l'hydrogène. 10 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'orifice d'entrée (3) et l'orifice de sortie (4) se situent sur le couvercle (2). 15 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le couvercle (2) est en outre muni d'un organe de réglage (13) du débit à travers l'orifice de sortie (4). 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans 20 lequel le couvercle (2) comporte en outre une conduite en cuivre (14) reliant l'orifice de sortie (4) et l'organe de réglage (13). 5.- Dispositif selon l'une des revendication 1 à 4, dans 25 lequel le liquide comprend du chlorure d'hydrogène. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le liquide comprend une solution aqueuse de chlorure d'hydrogène. 30 7.- Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la concentration du chlorure d'hydrogène dans le liquide est comprise entre 0,05 et 1,5 mol/l. 13.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le solide contient du magnésium. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le solide comprend des plaquettes ayant chacune une surface de contact allant jusqu'à 2000 mm2. 10.- Utilisation du dispositif selon les revendications 1 à 10 9 dans un véhicule à moteur à explosion. 11.- Moteur à explosion équipé d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, l'orifice de sortie (4) étant raccordé à l'orifice d'admission (6) du moteur. 15 12.- Procédé chimique de production d'hydrogène comprenant les étapes suivantes : a) la mise en contact d'un liquide et d'un solide susceptibles de réagir l'un avec l'autre pour produire de 20 l'hydrogène, b) l'agitation du liquide et/ou du solide au moyen d'un flux gazeux et c) la libération de l'hydrogène. 25 13.- Procédé chimique selon la revendication 12, dans lequel le liquide comprend du chlorure d'hydrogène. 14.- Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le liquide comprend une solution aqueuse de chlorure 30 d'hydrogène. 14.- Procédé selon la revendication 14, dans lequel la concentration du chlorure d'hydrogène dans le liquide est comprise entre 0,05 et 1,5 mol/l. 16.- Procédé chimique selon l'une des revendications 12 à 15, dans lequel le solide comprend du magnésium. 17.- Procédé chimique selon l'une ou l'autre des revendications 12 à 16, dans lequel le solide comprend des 10 plaquettes ayant chacune une surface de contact pouvant aller jusqu'à 2000 mm2. 18.- Procédé chimique selon l'une des revendications 12 à 17, dans lequel le flux gazeux est un flux d'air, 15 éventuellement comprimé. 19.- Utilisation du procédé selon les revendications 12 à 18 dans un moteur à explosion. 20 20.- Kit adaptable sur un moteur à explosion, en particulier de véhicule, comprenant un récipient (1), un couvercle (2), un orifice d'entrée (3), un orifice de sortie (4), un tube (5) connectable à l'orifice d'entrée (3) et pouvant être disposé à l'intérieur du récipient (1) et éventuellement un 25 filtre (11) pour l'orifice de sortie (4) et un support de filtre (12), ainsi qu'une recharge incluant un liquide et un solide conditionnés séparément l'un de l'autre, ce liquide et ce solide étant susceptibles de réagir l'un avec l'autre pour produire de l'hydrogène. 30 15