CA3142845A1

CA3142845A1 - Device for hyper-concentration and long-distance fibre optic transport of solar energy, and associated method for producing an h2/o2 mixture by thermophotolysis

Info

Publication number: CA3142845A1
Application number: CA3142845A
Authority: CA
Inventors: Sylvain Pare
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-12-17
Also published as: KR20220020935A; FR3097217A1; IL288879A; JP2022536744A; CN114127486A; EP3983335A1; WO2020249883A1; FR3097217B1; AU2020290035A1

Abstract

Device for producing a hydrogen/oxygen couple from a solar energy concentrator, comprising a means for collecting the solar energy which is formed by one or more optical fibres, characterised in that the inlet and the outlet of the hollow optical fibre(s) are formed by an unstretched region of the preform, enabling long-distance transport of the solar flux.

Description

DISPOSITIF D'HYPER CONCENTRATION ET TRANSPORT D'ENERGIE
SOLAIRE DISTANT PAR FIBRE OPTIQUE ASSOCIE A UN PROCEDE DE
PRODUCTION D'UN MELANGE H2/02 PAR THERMOPHOTOLYSE
Domaine de l'invention La présente invention concerne la production d'énergie solaire à très bas prix (équivalent ou inférieur au prix du pétrole brut) avec un procédé gratuit (source d'énergie solaire) en remplacement du pétrole/énergies fossiles et batteries conventionnelles (stockage).
Les avantages sont d'éviter des matériels complexes ou coûteux (métaux rares, catalyseurs,..), l'absence d'usure ou maintenance comme dans les électrolyseurs ou les piles à combustibles, matériaux abondants et disponibles (carbone/graphite, eau,...) sources d'énergie gratuites (soleil, eau), de fournir de l'énergie renouvelable à 100% propre et sans impact sociétal ou environnemental, d'une durée de vie d'au moins 40 années. Elle présente la possibilité d'alimenter des piles à combustible ainsi que de procéder au stockage notamment par brûlage du mélange h2/o2 lesquels sont stockés séparément puis brûlés (réaction exothermique) dans un brûleur spécifique pour alimenter un dispositif thermodynamique ou un four, la combustion produisant de la vapeur d'eau laquelle est recyclée indéfiniment dans l'invention Principe de fonctionnement :
L'invention est basée sur le principe de l'hyper concentration solaire (de l'ordre de 10.000 soleils) et de l'injection du flux solaire concentré dans une préforme équipée ou non de fenêtres conduisant dans une fibre (ou faisceau de fibres) optique idéalement creuse dont le c ur est vide (guide d'onde pur sans pertes optiques), dont l'entrée est une préforme de diamètre suffisant pour recevoir sans dommage le flux concentré. La préforme peut-être pleine (barreau/tube étiré) ou fermée par une fenêtre d'entrée et l'extrémité opposée est de même refermée de manière à ce que l'intérieur de la fibre soit sous vide, le vide ne s'opposant pas à la conduction de la lumière cela sur un large spectre.
L'ensemble guide d'onde est constitué de verres d'indice différents constituant le guide d'onde par réflexion = deux tubes de verre coaxiaux aux propriétés optiques différentes ensuite étirés pour former la fibre, le c ur étant idéalement sous vide.
Un piège à gaz (en anglais getter ) ou un dispositif approprié
accédant au c ur sous vide permet d'absorber/évacuer tout contaminant/dégazage. Une fibre optique laser industrielle de 100pm permet de transporter 100kw, une fibre creuse de 1.000p permettrait d'atteindre et dépasser 1,6MW. (voir notamment l'article Les fibres optiques microstructurées de Laurent Provino, Laurent Brilland, Achille Monteville, David Landais, Olivier Le Goffic, Denis Tregoat et David Mechin).
L'extrémité de la fibre à 'intérieur du réacteur se termine par une seconde préforme plus petite pouvant être pleine ou équipée d'une fenêtre, optique de collimation, condenseur, optique focalisatriceõ) en verre ou matériaux aux propriétés optiques adaptées formant la structure optique appropriée pour permettre la focalisation en un point, tenant compte des différentes longueurs d'onde notamment par l'utilisation par exemple de doublets optiques. Les optiques reçoivent un (ou plusieurs) traitement anti reflet et éventuellement un dispositif de refroidissement ou contrôle de la température. La fibre optique est idéalement de très courte longueur pour une installation de faible puissance, le réacteur étant installé sur le concentrateur solaire. Lors de très fortes puissances, le réacteur peut être distant des sources de concentration solaire pouvant contenir un ou plusieurs concentrateurs distants, de manière à disposer d'un système optimisant parfaitement les paramètres. = transport distant par fibre optique d'énergie DEVICE FOR HYPER CONCENTRATION AND ENERGY TRANSPORT
REMOTE SOLAR BY OPTICAL FIBER ASSOCIATED WITH A PROCESS OF

Field of the invention The present invention relates to the production of solar energy at very low prices (equivalent to or lower than the price of crude oil) with a free process (solar energy source) in replacement of petroleum/fossil fuels and batteries conventional (storage).
The advantages are to avoid complex or expensive materials (rare metals, catalysts, etc.), the absence of wear or maintenance as in electrolysers or fuel cells, abundant and available materials (carbon/graphite, water,...) free sources of energy (sun, water), to provide 100% clean renewable energy with no societal impact or environmental, with a lifespan of at least 40 years. She presents the possibility of powering fuel cells as well as carrying out storage, in particular by burning the h2/o2 mixture which are stored separately then burned (exothermic reaction) in a specific burner for power a thermodynamic device or an oven, the combustion producing water vapor which is recycled indefinitely in the invention Principle of operation:
The invention is based on the principle of hyper concentration solar (of the order of 10,000 suns) and the injection of the flux solar concentrated in a preform equipped or not with windows leading in an optical fiber (or fiber bundle) ideally hollow whose core is empty (pure waveguide without optical losses), the input of which is a preform of diameter sufficient to receive the concentrated flow without damage. The preform may be solid (bar/stretched tube) or closed by a entrance window and the opposite end is similarly closed so that the interior of the fiber is under vacuum, the vacuum not opposing the conduction of light that over a wide spectrum.
The waveguide assembly is made of index glasses different constituting the waveguide by reflection = two tubes of coaxial glass with different optical properties then stretched to form the fibre, with the core ideally under vacuum.
A gas trap (in English getter) or a suitable device accessing the heart under vacuum makes it possible to absorb/evacuate all contaminant/outgassing. An industrial laser fiber optic 100pm can carry 100kw, 1.000p hollow fiber would make it possible to reach and exceed 1.6MW. (see in particular the article Laurent's microstructured optical fibers Provino, Laurent Brilland, Achille Monteville, David Landais, Olivier Le Goffic, Denis Tregoat and David Mechin).
The end of the fiber inside the reactor terminates in a second smaller preform which can be full or equipped of a window, collimation optics, condenser, optics focuserõ) made of glass or materials with optical properties adapted forming the appropriate optical structure to allow focusing on one point, taking into account the different wavelengths in particular by the use for example of optical doublets. The optics receive one (or more) anti-reflective treatment and possibly a device for cooling or temperature control. The optical fiber is ideally very short in length for an installation of low power, the reactor being installed on the solar concentrator. At very high powers, the reactor can be remote from sources of solar concentration that can contain one or more remote hubs, so as to have a system that perfectly optimizes the settings. = remote transport by optical fiber of energy

2 WO 2020/249882 WO 2020/24988

3 solaire hautement concentrée pouvant transporter 1MW optique et plus (1.000p).
L'extrémité de la fibre ou faisceaux de fibre arrive ensuite dans le réacteur (dissociateur serait plus juste), lequel est constitué d'une cavité sous vide idéalement en graphite ou matériaux adapté recouvert préférentiellement d'une surface dure. A une extrémité se trouve la (les) buse projetant le flux d'eau (ou vapeur), lequel est intercepté par le flux solaire et dissocié. Buse et fibre(s)peuvent être coaxiaux ou formant un angle plus ou moins important pour éviter toute détérioration ou contamination de l'extrémité optique/composants optiques ou choc thermique. Les composants optiques sont recouverts d'une protection contre les agressions chimiques issues de la molécule d'eau ou composés h2 et o2. Un ensemble important de fibres peut aussi être quasi perpendiculaire à la (aux) buse. Le réacteur s'ouvre pour permettre de changer facilement les composants abimés.
Le réacteur étant soumis à une température importante du fait de déperditions inévitables, cette source de chaleur peut être mise à profit pour produire de la vapeur d'eau à haute température par un dispositif par exemple tubulaire entourant l'enceinte sous vide tout en assurant son refroidissement. Cette vapeur d'eau haute température et haute pression arrive dans l'enceinte sous vide et est immédiatement dissocié par le flux lumineux.
L'intérêt de la vapeur étant qu'elle transporte une partie de l'énergie nécessaire à la dissociation.
Pour augmenter le rendement effectif global on peut envisager la présence de sources additionnelles envoyant un flux concentré
sur le flux d'eau/vapeur dans des longueurs d'ondes favorables à une dissociation, tel que certains rayonnements électromagnétiques (micro ondes,...) lumière issue de leds ou diodes laser I, visibles, UV, X, etc_ ainsi qu'un mélange de ces ondes.

Les flux d'eau/lumière sont régulés pour optimiser parfaitement la dissociation et éviter toute détérioration des composants ou autres phénomènes préjudiciables. Des capteurs disposés en différents endroits sont prévus en ce sens, ils servent aussi de sécurités Le vide au sein du réacteur permet d'effectuer une trempe chimique évitant la recombinaison moléculaire ou explosion dans le réacteur, et d'ensuite aspirer les atomes o2/h2 vers le dispositif de séparation finale (purification) ainsi que recycler l'eau/vapeur n'ayant pas été dissociée et éviter une pollution préjudiciable à la pureté des gaz.
Partant du réacteur, les atomes sont entrainés dans un vortex pouvant être du type de Ranque-Hilsch facilitant la séparation du fait des masses atomiques différentes (coef 1 à 16) dont les parois formant échangeur permettent le refroidissement tout en préchauffant l'eau à dissocier. Le vortex se sépare ensuite en deux circuits distincts, l'un contenant préférentiellement l'oxygène et le second l'hydrogène.
Un dispositif de pré filtration permet de renvoyer l'eau n'étant pas dissociée et de la réinjecter dans le réacteur.
Vient ensuite un procédé de séparation supplémentaire disposant d'un champ électrostatique et électromagnétique ou couplage d'un ensemble de dispositifs et tout autre procédé adapté permettant une excellente séparation moléculaire et de renvoyer les atomes dans le bon circuit. La purification finale pouvant être réalisée par des moyens tels que des procédés de filtration chimique, tamis moléculaires ou autres, l'objectif étant la fourniture de gaz de haute pureté pouvant notamment être indéfiniment recyclés au sein d'une même installation en circuit fermé dans le cadre notamment de batteries solar fuel ou PAC ou tout autre dispositif.
Les composants optiques, notamment en silice, sont idéalement recouverts d'une couche protectrice pour les protéger d'éventuelles réactions chimiques avec l'02/H2 ou H20 pouvant dégrader leurs propriétés 3 highly concentrated solar power capable of carrying 1MW optical and more (1.000p).
The end of the fiber or fiber bundles comes next in the reactor (dissociator would be fairer), which consists of a vacuum cavity ideally made of graphite or suitable materials preferably covered with a surface hard. At one end is the nozzle(s) projecting the stream of water (or vapour), which is intercepted by the solar flux and dissociated. Nozzle and fibre(s) can be coaxial or form a greater or lesser angle to avoid any deterioration or contamination of optical end/optical components or shock thermal. The optical components are coated with a protection against chemical attacks from the molecule water or h2 and o2 compounds. A large set of fibers can also be nearly perpendicular to the nozzle(s). The reactor opens to allow easy changing of components damaged.
The reactor being subjected to a high temperature due to unavoidable losses, this heat source can be put used to produce high temperature steam by a device, for example tubular, surrounding the enclosure under vacuum while ensuring its cooling. This vapor of high temperature and high pressure water arrives in the enclosure under vacuum and is immediately dissociated by the luminous flux.
The advantage of steam being that it carries part of the energy needed for dissociation.
To increase the overall effective efficiency, it is possible to consider the presence of additional sources sending a concentrated flux on the flow of water/steam in favorable wavelengths to dissociation, such as certain radiation electromagnetic (microwaves, etc.) light from LEDs or laser diodes I, visible, UV, X, etc_ as well as a mixture of these waves.

The water/light flows are regulated to perfectly optimize dissociation and avoid any deterioration of the components or other harmful phenomena. Sensors arranged in different places are provided for this purpose, they also serve as securities The vacuum within the reactor allows quenching chemical avoiding molecular recombination or explosion in the reactor, and then suck the o2/h2 atoms towards the device for final separation (purification) as well as recycle the water/steam that has not been dissociated and avoid pollution detrimental to the purity of the gases.
Starting from the reactor, the atoms are drawn into a vortex which may be of the Ranque-Hilsch type facilitating separation due to the different atomic masses (coef 1 to 16) whose walls forming an exchanger allow cooling while preheating the water to be dissociated. The vortex then separates into two separate circuits, one preferably containing oxygen and the second hydrogen.
A pre-filtration device makes it possible to return the water not being not dissociated and to reinject it into the reactor.
Next comes an additional separation process with of an electrostatic and electromagnetic field or coupling of a set of devices and any other suitable method allowing excellent molecular separation and returning atoms in the correct circuit. The final purification that can be carried out by means such as chemical filtration processes, molecular or other sieves, the objective being the supply of high-purity gas that can in particular be recycled indefinitely within the same closed circuit installation within the framework in particular solar fuel or heat pump batteries or any other device.
Optical components, especially silica, are ideally covered with a protective layer to protect them possible chemical reactions with 02/H2 or H20 which may degrade their properties

4 Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de la production d'ENR
(Energie nouvelle renouvelable) d'origine solaire sous forme du couple hydrogène/oxygène étant dénommé solar fuel (nom commercial), à partir d'une centrale solaire associée à une fibre optique spéciale effectuant de l'hyper concentration solaire au sein d'un réacteur servant ici à dissocier la molécule d'eau avec un très haut rendement et sans usure ou entretien ni utilisation de produits chimiques.
Ce couple hydrogène/oxygène d'une densité énergétique de 33kwh/kg (batteries Li/ion = 200 wh/kg) permet par exemple d'alimenter différents types de processus tels que le stockage d'énergie à très haute densité (solar fuel), l'alimentation de PAC (piles à combustible), les moteurs ou tous dispositifs (fours, flammes, réchauffeurs, ECS, matériel de cuisson,...) à
combustion fonctionnant traditionnellement aux hydrocarbures, ou encore les moteurs fusées et tous engins spatiaux.
L'invention met idéalement en uvre un concentrateur solaire permettant un taux de concentration pouvant atteindre 20.000 soleils au point focal dénommé hyper concentrateur. Il est dès lors possible d'utiliser une fibre optique, idéalement creuse, pour arriver à un taux de concentration de l'ordre de 30.000 soleils et transporter le flux solaire à distance vers une cible ou l'injecter dans un réacteur.
Cette densité d'énergie est dès lors suffisante pour assurer la dissociation spontanée et complète de la molécule d'eau simplement par une interaction lumière/matière dans ce procédé
que nous dénommerons thermophotolyse puisque s'agissant de l'action conjuguée de plusieurs bandes du spectre optique visible et invisible sur un flux d'eau. Le terme Thermo provenant de température/agitation thermique provenant des rayons infrarouges, le terme photo provenant des photons du 4 Field of the invention The present invention relates to the field of the production of ENR
(New renewable energy) of solar origin in the form of hydrogen/oxygen couple being called solar fuel (name commercial), from a solar power plant associated with a fiber special optics performing solar hyper concentration within a reactor used here to dissociate the water molecule with a very high efficiency and without wear or maintenance or use of chemicals.
This hydrogen/oxygen couple with an energy density of 33kwh/kg (Li/ion batteries = 200 wh/kg) allows for example to supply different types of processes such as storage very high-density energy source (solar fuel), the supply of PAC (fuel cells), motors or any devices (ovens, flames, heaters, DHW, cooking equipment, etc.) combustion traditionally using hydrocarbons, or still rocket engines and all spacecraft.
The invention ideally implements a solar concentrator allowing a concentration rate of up to 20,000 suns at the focal point called hyper concentrator. It is soon when possible to use an optical fiber, ideally hollow, to arrive at a concentration rate of the order of 30,000 suns and transport the solar flux at a distance to a target or inject it into a reactor.
This energy density is therefore sufficient to ensure the spontaneous and complete dissociation of the water molecule simply by a light/matter interaction in this process which we will call thermophotolysis since it concerns the combined action of several bands of the optical spectrum visible and invisible on a stream of water. The term Thermo from temperature/thermal agitation from infrared rays, the term photo coming from the photons of the

5 spectre visible ou supérieurs (UV,X), et lyse pour dissociation.
Une méthode de transport de l'énergie qui a été développée et utilisée plus récemment dans l'histoire est l'utilisation de guides optiques.
Le type de guide optique le plus connu est probablement la fibre optique. Cette dernière peut être faite de silice, de verre ou de polymère. Elle est généralement faite d'un c ur d'indice de réfraction nc et d'une gaine ayant un indice de réfraction ng moindre que celui du c ur. Le rayonnement qu'elle transporte se propage dans le c ur par réflexion totale interne.
Selon un autre aspect de l'invention, la fibre optique peut avantageusement être du type à c ur creux, auquel cas la puissance lumineuse transmise n'est pas assujettie à la pureté
des matériaux mis en uvre et peut dès lors transporter de très importantes puissances.
Selon un autre aspect de l'invention, le convertisseur d'énergie utilise le principe de la dissociation de la molécule d'eau en hydrogène et oxygène sous l'effet d'une énergie lumineuse de forte intensité.
Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique le brevet américain U53780722 décrivant un capteur solaire amélioré comprenant un récepteur solaire à fibre optique qui concentre passivement l'énergie solaire incidente pour la distribution sous forme de flux intensifié à une cible absorbante. Dans un mode de réalisation de l'invention, le présent capteur solaire comprend une boule de fibres façonnée en une surface de collecte arquée à une extrémité, les fibres se rétrécissant en un plan de sortie plat à l'extrémité opposée de la boule. Le rayonnement solaire pénétrant dans le collecteur au niveau de la surface collectrice 5 visible spectrum or higher (UV,X), and lysis for dissociation.
A method of transporting energy that has been developed and used more recently in history is the use of optical guides.
Probably the best known type of optical guide is fiber optical. The latter can be made of silica, glass or of polymer. It is generally made of a heart of index of refraction nc and a cladding having a refractive index ng less than that of the heart. The radiation it carries propagates in the heart by total internal reflection.
According to another aspect of the invention, the optical fiber can advantageously be of the hollow-heart type, in which case the luminous power transmitted is not subject to purity of the materials used and can therefore transport very important powers.
According to another aspect of the invention, the energy converter uses the principle of the dissociation of the water molecule into hydrogen and oxygen under the effect of light energy of high intensity.
State of the art It is known in the state of the art the American patent U53780722 describing an improved solar collector comprising a fiber optic solar receiver that passively concentrates incident solar energy for distribution in the form of intensified flux to an absorbing target. In a mode of embodiment of the invention, the present solar collector comprises a ball of fibers shaped into an arcuate collection surface at one end the fibers taper to an exit plane dish at the opposite end of the ball. solar radiation entering the collector at the collector surface

6 est concentré dans la partie effilée de la boule et délivré sous forme de flux intensifié à une cible absorbante disposée en relation opérationnelle avec le plan de sortie, la cible absorbante étant soit une marmite, soit une masse de stockage thermique, ou la jonction chaude d'un générateur thermoélectrique.
Le brevet français FR2310309 décrit une autre solution de procédé
et d'appareil pour la production de mélanges gazeux.
Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur concernant la production d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse ou PAC (piles à
combustible) se caractérisent par leur faible efficacité
(rendements de l'ordre de 50/60%), l'utilisation de matériaux coûteux (platine, métaux lourds,...), de produits chimiques, d'une maintenance accrue nécessitant une main d'oeuvre hautement spécialisée, de l'échange régulier de ses constituants du fait de l'usure/érosion, et d'une source d'énergie électrique de très faible rendement (PV 6%, centrales thermiques/nucléaires 30%) abaissant les performances de transformation globale pour ne plus atteindre que quelques % au final. De plus les sources électriques connues ont un impact sociétal et environnemental important.
Les solutions de l'art antérieur concernant la production d'hydrogène et d'oxygène par voie solaire ne sont pas satisfaisantes car elles nécessitent des équipements complexes tels que de lourds concentrateurs paraboliques avec dispositifs héliostatiques associés à des catalyseurs à haute température utilisant des matériaux coûteux et se dégradant rapidement et dont le rendement est particulièrement faible.
Les solutions de l'art antérieur concernant la conversion de l'énergie pour la production d'hydrogène et d'oxygène ne sont 6 is concentrated in the tapered part of the ball and delivered under form of intensified flow to an absorbing target arranged in operational relationship with the exit plan, the target absorbent being either a pot or a storage mass thermal, or the hot junction of a generator thermoelectric.
French patent FR2310309 describes another process solution and apparatus for the production of gas mixtures.
Disadvantages of the prior art The solutions of the prior art concerning the production of hydrogen and oxygen by electrolysis or PAC (batteries with fuel) are characterized by their low efficiency (yields of the order of 50/60%), the use of materials expensive (platinum, heavy metals, etc.), chemicals, a increased maintenance requiring highly skilled labor specialized, of the regular exchange of its constituents because wear/erosion, and a source of electrical energy of very low efficiency (PV 6%, thermal/nuclear power plants 30%) lowering the overall transformation performance to not reach more than a few % in the end. In addition the sources electrical sources have a societal and environmental impact important.
The solutions of the prior art concerning the production of hydrogen and oxygen by solar way are not satisfactory because they require complex equipment such as heavy parabolic concentrators with devices heliostats associated with high temperature catalysts using expensive and rapidly degrading materials and whose performance is particularly low.
The solutions of the prior art concerning the conversion of energy for the production of hydrogen and oxygen are not

7 pas non plus satisfaisantes car elles nécessitent des équipements complexes et de faible rendement et dont la durée de vie n'est pas adaptée à des processus industriels du fait d'une dégradation rapide de ses constituants.
Les solutions de l'art antérieur concernant la production d'hydrogène et d'oxygène par voie solaire directe ne sont pas satisfaisantes car elles nécessitent de puissants et encombrants concentrateurs paraboliques ne permettant pas d'obtenir une densité d'énergie suffisante pour dissocier la molécule d'eau au-delà d'un rendement de 40% et nécessitant un refroidissement important de l'enceinte du réacteur ainsi que de l'utilisation de catalyseurs se dégradant rapidement.
Les solutions de l'art antérieur concernant le transport de l'énergie solaire par des fibres optiques ne sont pas totalement satisfaisantes car elles nécessitent un traitement complexe de chacune des fibres afin de permettre un recueil optimal de l'énergie solaire sans dégradation de la fibre. De plus la quantité d'énergie est bien trop faible pour permettre une réelle efficacité du dispositif.
Solution apportée par l'invention Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne en premier lien un concentrateur d'énergie solaire à haute densité
dénommé hyper concentrateur, comportant un moyen de collecte de l'énergie solaire constitué par une (ou plusieurs) fibre optique caractérisé en ce que l'entrée de la fibre optique est constitué
par une zone non étirée de la préforme et l'extrémité de sortie est introduite dans un module de conversion énergétique.
Selon un mode de réalisation avantageux, ledit module de conversion énergétique est par exemple constitué par un réacteur pouvant être en graphite et dont les surfaces internes sont durcies pour éviter les phénomènes d'érosion, lequel peut 7 not satisfactory either because they require complex and low-yield equipment, the lifespan of which life is not suitable for industrial processes due to a rapid degradation of its constituents.
The solutions of the prior art concerning the production of hydrogen and oxygen by direct solar way are not satisfactory because they require powerful and bulky parabolic concentrators not allowing to obtain a energy density sufficient to dissociate the water molecule beyond 40% efficiency and requiring cooling important part of the reactor containment as well as the use rapidly degrading catalysts.
The solutions of the prior art concerning the transport of solar energy through fiber optics are not totally satisfactory because they require a complex treatment of each of the fibers in order to allow an optimal collection of solar energy without fiber degradation. Moreover the amount of energy is far too low to allow a real device efficiency.
Solution provided by the invention In order to remedy these drawbacks, the invention relates in first link a high density solar power concentrator referred to as a hyper concentrator, comprising a means of collecting solar energy consisting of one (or more) optical fiber characterized in that the input to the optical fiber consists by an unstretched area of the preform and the outlet end is introduced into an energy conversion module.
According to an advantageous embodiment, said module of energy conversion consists for example of a reactor which may be of graphite and whose internal surfaces are hardened to avoid erosion phenomena, which can

8 s'ouvrir facilement pour permettre d'en changer les composants ou assurer l'entretien.
Ledit réacteur est relié à un moyen de mise sous vide lequel comprend à l'intérieur une buse de micronisation d'eau dans une zone recevant l'énergie lumineuse transmise, le réacteur de graphite présentant une sortie débouchant sur un vortex pour séparer l'oxygène et l'hydrogène, lesquels se retrouvent en deux circuits distincts.
A l'issue du vortex Le moyen de mise sous vide est avantageusement divisé en deux sections distinctes, l'une aspirant de l'hydrogène et l'autre de l'oxygène de manière à
éviter leur mélange. Ledit moyen de mise sous vide est équipé
d'un dispositif permettant de recycler les gaz ou vapeur non incomplètement séparés et de les réinjecter au sein du réacteur.
Selon une variante particulière, l'extrémité de sortie d'une fibre optique de collecte d'énergie solaire est engagée dans ladite cavité.
Avantageusement, ladite buse de micronisation est disposée en face de l'extrémité de sortie de ladite fibre optique, de manière coaxiale ou non.
Selon une variante, ledit réacteur comporte un injecteur d'eau pour la brumisation d'un très fin flux ou vapeur d'eau qui sera soumis à une température résultant de l'interaction avec le faisceau d'énergie lumineuse, provoquant sa dissociation chimique spontanée en ses deux éléments, H2 et 02.
Selon une autre variante, ledit réacteur présentant un séparateur pour dissocier l'eau brumisée ou la vapeur par thermophotolyse et produire un jet de molécules de masses différentes séparé par l'intermédiaire d'un dispositif de type vortex cyclonique générant deux flux distincts d'hydrogène et d'oxygène. 8 open easily to allow changing of components or provide maintenance.
Said reactor is connected to a vacuum means which includes inside a water micronization nozzle in a area receiving the transmitted light energy, the reactor of graphite having an outlet leading to a vortex to separate oxygen and hydrogen, which are found in two separate circuits.
At the end of the vortex The vacuum means is advantageously divided into two separate sections, one drawing in hydrogen and the other oxygen so as to avoid mixing them. Said vacuum means is equipped a device for recycling gases or vapor not incompletely separated and to reinject them into the reactor.
According to a particular variant, the output end of a solar energy collection optical fiber is engaged in said cavity.
Advantageously, said micronization nozzle is arranged in face of the output end of said optical fiber, so coaxial or not.
According to a variant, said reactor comprises a water injector for misting a very fine stream or water vapor which will be subjected to a temperature resulting from the interaction with the beam of light energy, causing it to dissociate spontaneous chemical into its two elements, H2 and 02.
According to another variant, said reactor having a separator to separate mist water or steam by thermophotolysis and produce a jet of mass molecules different separated by means of a device of the type cyclonic vortex generating two distinct streams of hydrogen and of oxygen.

9 Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
- la figure 1 représente une vue schématique d'une fibre - la figure 2 représente une vue schématique du convertisseur énergétique.
L'invention décrite en référence aux figures 1 et 2 concerne un dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène à partir d'un concentrateur d'énergie solaire comportant un moyen de collecte de l'énergie solaire constitué par une ou plusieurs fibres optiques, de préférence creuses. L'entrée et la sortie de la ou des fibres optiques (1) est constituée par une zone non étirée (3) de la préforme permettant le transport distant du flux solaire.
Les extrémités de la préforme (2) de la fibre creuse (1) comporte une fenêtre (3) ou couplage optique (collimation) plus un piège à gaz (en anglais "getter").
L'autre extrémité de la fibre (1) présente également une préforme/fenêtre de sortie (4) avec une optique de concentration (5) vers un point focal (6) Le module de conversion énergétique est constitué par un réacteur (11) définissant un volume (11) sous vide, avec une arrivée d'eau/vapeur (12) et une entrée d'eau/vapeur Haute pression (13) alimentant une buse.
Les fibres optiques (14) présentent différentes conformations possibles, coaxiales jusqu'à perpendiculaires. A sortie (15) h2/o2 débouche dans un vortex et échangeur thermique.
Un équipement (16) réalise une préfiltration h2o résiduelle. Un séparateur (17) assure une séparation supplémentaire électrostatique/ électromagnétique. L'eau non dissociée est réinjectée dans le circuit.

Le module (19) redirige des atomes vers leur circuit final. Un filtre (20) assure la filtration/purification finale et deux unités de pompage séparées (h2 et 02) (21) par des moteurs de pompe à vide.
Le module de conversion énergétique est constitué par un réacteur (11) par exemple en graphite présentant une cavité (11) dont les surfaces sont durcies pour éviter l'érosion, reliée à un moyen de mise sous vide, ledit module comprenant une buse (4) de micronisation d'eau à l'intérieur de ladite cavité (11), dans une zone recevant l'énergie lumineuse transmise, le réacteur (11) de graphite présentant une sortie (18) débouchant sur un vortex pour séparer l'oxygène et l'hydrogène.
La buse de micronisation est disposée en face de l'extrémité de sortie de ladite fibre optique, de manière coaxiale ou quasi perpendiculaire.
Le réacteur (10) comporte un injecteur d'eau pour la brumisation d'un très fin brouillard d'eau ou de vapeur qui sera soumis à
une température élevée et action de photons résultant de l'interaction avec le (les) faisceau d'énergie lumineuse, provoquant sa dissociation chimique spontanée en ses deux éléments, H2 et O.
Description du transport énergétique entre le collecteur d'énergie et le convertisseur énergétique Le transport de l'énergie solaire concentrée par l'héliostat entre le collecteur d'énergie et le convertisseur énergétique est réalisé par une fibre optique ou par un faisceau de fibres optiques.
La fibre optique présente une ouverture numérique qui permet l'injection de tout le rayonnement solaire envoyé par le concentrateur. L'ouverture numérique est de préférence supérieure à 0,42. La fibre optique doit également transmettre le plus efficacement possible le spectre solaire, c'est-à-dire avec un minimum d'absorption. La tolérance de la fibre est d'au moins 500 C notamment lorsque le rayonnement solaire injecté
est fortement concentré et lorsque la fibre absorbe fortement une certaine bande du spectre solaire, créant un échauffement du guide dans sa première section.
De plus, la résistance à la chaleur rend plus simple son couplage avec l'accumulateur thermique. En effet, moins de mesures particulières ont à être prises afin d'éviter que le convertisseur énergétique ne transmette trop de chaleur au guide, créant sa surchauffe dans sa section près du convertisseur. La flexibilité ou maniabilité du guide est également un avantage à considérer afin de donner plus d'aisance quant à son installation sur la matrice de concentrateur. Les contraintes sont souvent au niveau du rayon de courbure minimum du guide à respecter.
De préférence, la fibre ou le faisceau de fibre est à base de silice préférentiellement creuse en raison de sa transmission du spectre solaire qui peut être excellente ainsi que de sa résistance à la chaleur. En effet, après intégration suivant le spectre solaire. L'absorption de telles fibres de silice est faible, de l'ordre de 0,014dB/m à 0,348dB/m lorsque la transmission est faite dans le c ur et les pertes sont inférieures lorsque la fibre est creuse.
Cela revient à dire que de 92,3 % à 99,7 % du spectre solaire injecté dans une portion de fibre d'un mètre de long sera transmis, sans tenir compte des pertes par réflexion en bout de fibre, ces pertes étant inférieures lorsqu'il s'agit d'une fibre creuse Une limitation est au niveau de la focale maximale que peut avoir un concentrateur concerne le diamètre des fibres de silice sur le marché qui ne dépasse pas 1,5 mm au niveau du c ur. En effet, plus la focale est élevée, plus le point focal est grand. La grandeur théorique du point focal donné par le soleil est de 0,01 fois la focale du concentrateur.

En considérant un concentrateur parfait, si on veut injecter toute l'énergie solaire collectée par ce dernier dans une fibre de silice de 1,5mm, la focale ne peut être de plus de 150mm.
Afin d'améliorer ce paramètre, le transport est assuré par une ou plusieurs fibres formées par étirage par exemple d'un ou plusieurs barreaux ou cylindres de verre dont on conserve l'amorce La fibre optique est formée par étirage d'un barreau (ou cylindres ou autres formes) présentant un diamètre initial par exemple de 100 millimètres et d'une longueur pouvant être de quelques dizaines de centimètres à plusieurs mètres.
La première étape consiste en l'assemblage des tubes et/ou d'une barre de silice cylindrique montés concentriquement. On chauffe le tout pour assurer l'homogénéité du barreau de verre.
Le barreau ainsi obtenu sera idéalement installé verticalement dans une tour et chauffé par exemple avec des rampes à gaz, électrique ou même solaire. Le verre va s'étirer et "couler"
vers le bas pour être enroulé sur une bobine. On mesure l'épaisseur de la fibre pour asservir la vitesse du moteur de l'enrouleur, afin d'assurer un diamètre constant.
Lorsque la longueur désirée est obtenue, on conserve la zone d'étirage où le barreau est prolongé par la partie effilée (1), et on coupe le barreau pour conserver un talon (2) d'une longueur de quelques millimètres, dont on polit l'extrémité selon un plan de coupe transversal (3). Un clivage peut aussi être effectué
pour réaliser une coupe nette Pour une surface de collecte étendue, on associe plusieurs fibres ainsi réalisées pour former un faisceau dont la zone de collecte est constituée par la juxtaposition des extrémités frontales (3).
La mise en forme peut aussi être réalisée avec tout autre procédé
d'étirage adapté pouvant être horizontal (inspiré du dispositif d'étirage de colonnes capillaires de chromatographes en silice), ou dont le chauffage/fusion serait effectué par voie solaire Description du convertisseur énergétique Selon un aspect non limitatif de l'invention, la dissociation de l'eau par l'énergie solaire est assurée par un principe de thermophotolyse assurant la décomposition de l'eau, éventuellement en présence d'un catalyseur, sous l'action de la lumière solaire et éventuellement de rayonnements additionnels, avec production de H2 et de 02, ou d'autres molécules comme H202, dans un réacteur formé idéalement par un corps de graphite (10) dont les surfaces sont durcies et présentant une cavité (11) sous vide partiel.
Ce réacteur est destiné à permettre une dissociation chimique de l'eau par l'action conjuguée de la chaleur et des photons, c'est-à-dire une rupture des molécules approchant 100% d'efficacité à
2.500 C au point d'impact, ou à des températures moindres en présence d'un catalyseur ou de rayonnements adaptés. Il s' agit donc d' une réaction chimique endothermique, donnant 2 H20 H2 + 02, et AH = 286 kJ/mole. La séparation moléculaire pourrait s'effectuer soit par vortex cyclonique, les molécules étant éjectés à vitesse supersonique, soit par filtration membranaire, soit thermochimique ou tout autre procédé adapté, le poids moléculaire des atomes étant considérablement différent.
En préparant du dihydrogène/oxygène par photodissociation de l'eau par irradiation, en particulier par irradiation à partir de rayonnement solaire, il est possible de transformer de l'énergie lumineuse, en particulier de l'énergie solaire, en énergie chimique sous la forme de dihydrogène et di oxygène pouvant alors être séparés puis stockés. Cette énergie chimique sous la forme de dihydrogène/dioxygène stocké peut alors être transportée ou être utilisée ultérieurement.
Le réacteur (11) est par exemple réalisé en graphite ou en carbone/ graphite lequel est idéalement recouvert d'une couche mince telle qu'un carbure pour éviter les phénomènes d'érosion liés aux flux supersoniques L'énergie solaire venant du concentrateur est transmise par l'intermédiaire d'une fibre (13), selon une direction axiale Le réacteur présente par ailleurs différents raccordements :
1 ) Un injecteur d'eau (17) pour la brumisation d'un très fin brouillard d'eau qui sera soumis à une température de 2.500 C
résultant de l'interaction avec le faisceau d'énergie lumineuse, provoquant sa dissociation chimique spontanée en ses deux éléments, H2 et O.
2 ) Une ou plusieurs fibres optiques amenant le flux solaire concentré
3 ) Un séparateur (17) : L'eau dissociée par thermophotlyse produit un jet de molécules de masses différentes séparé par l'intermédiaire d'un dispositif de type vortex cyclonique générant deux flux distincts d'hydrogène et d'oxygène.
4 ) Un retour des molécules d'eau non dissociées en provenance des dispositifs séparateurs pour être réinjectées et dissociées.
Les ions hydrogène peuvent être séparés des ions oxygène à l'aide d'un vortex de Ranque-Hilsch et d'un champ électrostatique et/ou électromagnétique. 9 Detailed description of a non-limiting example of the invention The present invention will be better understood on reading the detailed description of a non-limiting example of the invention which follows, referring to the attached drawings where:
- Figure 1 shows a schematic view of a fiber - Figure 2 shows a schematic view of the energy converter.
The invention described with reference to Figures 1 and 2 relates to a device for producing a hydrogen/oxygen couple from of a solar energy concentrator comprising means for collection of solar energy consisting of one or more optical fibers, preferably hollow. Entrance and exit of the optical fiber(s) (1) is constituted by a zone not stretched (3) of the preform allowing remote transport of the solar flux.
The ends of the preform (2) of the hollow fiber (1) comprises a window (3) or optical coupling (collimation) plus a trap gas (in English "getter").
The other end of the fiber (1) also has a exit preform/window (4) with focusing optics (5) to a focal point (6) The energy conversion module consists of a reactor (11) defining a volume (11) under vacuum, with an arrival water/steam (12) and a high pressure water/steam inlet (13) feeding a nozzle.
The optical fibers (14) have different conformations possible, coaxial to perpendicular. Output (15) h2/o2 opens into a vortex and heat exchanger.
Equipment (16) carries out a residual h2o prefiltration. One separator (17) provides additional separation electrostatic/electromagnetic. Undissociated water is reinjected into the circuit.

The module (19) redirects atoms to their final circuit. One filter (20) provides final filtration/purification and two separate pumping units (h2 and 02) (21) by motors of vacuum pump.
The energy conversion module consists of a reactor (11) for example in graphite having a cavity (11) whose surfaces are hardened to prevent erosion, connected to a means vacuum, said module comprising a nozzle (4) of micronization of water inside said cavity (11), in an area receiving the transmitted light energy, the reactor (11) of graphite having an outlet (18) leading to a vortex to separate oxygen and hydrogen.
The micronization nozzle is arranged opposite the end of output of said optical fiber, coaxially or quasi perpendicular.
The reactor (10) includes a water injector for misting a very fine mist of water or steam which will be subjected to high temperature and photon action resulting from the interaction with the beam(s) of light energy, causing its spontaneous chemical dissociation into its two elements, H2 and O.
Description of the energy transport between the collector of energy and the energy converter The transport of concentrated solar energy by the heliostat between the energy collector and the energy converter is realized by an optical fiber or by a bundle of fibers optics.
The optical fiber has a numerical aperture which allows the injection of all the solar radiation sent by the concentrator. The numerical aperture is preferably greater than 0.42. The optical fiber must also transmit as efficiently as possible the solar spectrum, i.e.
with minimal absorption. The tolerance of the fiber is at minus 500 C especially when the solar radiation injected is highly concentrated and when the fiber strongly absorbs a certain band of the solar spectrum, creating a heating of the guide in its first section.
In addition, the heat resistance makes it easier to pair it with the thermal accumulator. In fact, fewer measures special measures have to be taken in order to prevent the energy converter does not transmit too much heat to the guide, creating its overheating in its section near the converter. The flexibility or maneuverability of the guide is also an advantage to consider in order to give more ease as to its installation on the hub matrix. The stresses are often at the minimum bend radius guide to follow.
Preferably, the fiber or fiber bundle is based on preferentially hollow silica due to its transmission of solar spectrum which can be excellent as well as its heat resistance. Indeed, after integration according to the solar spectrum. The absorption of such silica fibers is weak, of the order of 0.014dB/m to 0.348dB/m when the transmission is made in the heart and the losses are lower when the fiber is hollow.
This means that from 92.3% to 99.7% of the solar spectrum injected into a portion of fiber one meter long will be transmitted, without taking into account the losses by reflection at the end of fiber, these losses being lower when it is a fiber dig A limitation is at the level of the maximum focal length that can have a concentrator concerns the diameter of the silica fibers on the market which does not exceed 1.5 mm at the level of the heart. Indeed, the higher the focal length, the larger the focal point. The theoretical magnitude of the focal point given by the sun is 0.01 times the focal length of the concentrator.

Considering a perfect concentrator, if we want to inject all the solar energy collected by the latter in a fiber of 1.5mm silica, the focal length cannot be more than 150mm.
In order to improve this parameter, transport is ensured by a or more fibers formed by drawing, for example, one or several bars or cylinders of glass which are kept the primer The optical fiber is formed by drawing a bar (or cylinders or other shapes) having an initial diameter by example of 100 millimeters and a length that can be a few tens of centimeters to several meters.
The first step consists of assembling the tubes and/or a concentrically mounted cylindrical silica bar. We heat all to ensure the homogeneity of the glass bar.
The bar thus obtained will ideally be installed vertically in a tower and heated for example with gas ramps, electric or even solar. The glass will stretch and "flow"
down to be wound on a spool. We measure the thickness of the fiber to control the speed of the motor from reel, to ensure a constant diameter.
When the desired length is obtained, we keep the area drawing where the bar is extended by the tapered part (1), and the bar is cut to keep a heel (2) of a length of a few millimetres, the end of which is polished according to a plane cross section (3). Splitting can also be done to make a clean cut For an extended collection surface, several fibers are associated thus produced to form a beam whose collection zone is constituted by the juxtaposition of the front ends (3).
Shaping can also be done with any other process suitable stretching system that can be horizontal (inspired by the device drawing capillary columns of silica chromatographs), or whose heating/melting would be carried out by solar means Description of the energy converter According to a non-limiting aspect of the invention, the dissociation of water by solar energy is provided by a principle of thermophotolysis ensuring the decomposition of water, optionally in the presence of a catalyst, under the action of sunlight and possibly additional radiation, with production of H2 and 02, or other molecules like H202, in a reactor ideally formed by a body of graphite (10) whose surfaces are hardened and having a cavity (11) under partial vacuum.
This reactor is intended to allow chemical dissociation of water by the combined action of heat and photons, i.e.
i.e. a breakdown of molecules approaching 100% efficiency at 2,500 C at the point of impact, or at lower temperatures in presence of a suitable catalyst or radiation. It's about therefore from an endothermic chemical reaction, giving 2 H20 H2 + 02, and AH = 286 kJ/mole. Molecular separation could take place either by cyclonic vortex, the molecules being ejected at supersonic speed, either by filtration membrane, either thermochemical or any other suitable process, the molecular weight of the atoms being considerably different.
By preparing dihydrogen/oxygen by photodissociation of water by irradiation, in particular by irradiation from of solar radiation, it is possible to transform light energy, in particular solar energy, in chemical energy in the form of dihydrogen and dioxygen can then be separated and stored. This chemical energy in the form of stored dihydrogen/dioxygen can then be transported or used later.
The reactor (11) is for example made of graphite or carbon/graphite which is ideally covered with a layer thin like a carbide to avoid erosion phenomena related to supersonic flows The solar energy coming from the concentrator is transmitted by through a fiber (13), in an axial direction The reactor also has various connections:
1) A water injector (17) for misting a very fine water mist which will be subjected to a temperature of 2,500 C
resulting from the interaction with the beam of light energy, causing its spontaneous chemical dissociation into its two elements, H2 and O.
2 ) One or more optical fibers bringing the solar flux concentrated 3) A separator (17): The water dissociated by thermophotolysis produces a jet of molecules of different masses separated by via a cyclonic vortex type device generating two separate streams of hydrogen and oxygen.
4) A return of undissociated water molecules from separator devices to be reinjected and dissociated.
Hydrogen ions can be separated from oxygen ions using a Ranque-Hilsch vortex and an electrostatic field and/or electromagnetic.

Claims

1) Device for producing a hydrogen/oxygen couple from a solar energy concentrator comprising a means for collecting solar energy consisting of one or more several optical fibers (1) characterized in that the input and the output of the hollow optical fiber(s) is constituted by an unstretched zone (3) of the preform (2) allowing the transport of the solar flux.

2) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 1, characterized in that it comprises a energy conversion module consists of a reactor (11) for example in graphite having a cavity (11) whose surfaces are hardened to prevent erosion, connected to a means vacuum, said module comprising a nozzle (4) of micronization of water inside said cavity (11), in an area receiving the transmitted light energy, the reactor (11) of graphite having an outlet (8) leading to a vortex to separate oxygen and hydrogen.

3) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to claim 2 characterized in that said nozzle (4) micronization is disposed opposite the outlet end of said optical fiber (1), coaxially or almost perpendicular.

4) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 1, characterized in that it consists of preforms (2) formed at the ends facing a fiber hollow (1) comprising a window or optical coupling (collimation) plus a gas trap.

5) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to claim 3 characterized in that said reactor (11) comprises a water injector (17) for misting a very fine mist of water or steam which will be subjected to high temperature and photon action resulting from the interaction with the beam(s) of light energy, causing its spontaneous chemical dissociation into its two elements, H2 and O.

6) Device for producing a hydrogen/oxygen couple sunscreen according to Claim 3, characterized in that the said reactor (11) having a separator to separate the water misted by thermophotolysis and produce a jet of molecules of different masses separated by means of a device cyclonic vortex type generating two distinct streams of hydrogen and oxygen.

7) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 1, characterized in that it consists pre-filtration and reinjection into a recycling reactor residual water and a separation device of the type electrostatic and electromagnetic allowing a separation and increased filtration of h2/o2 compounds as well as their redirect.

8) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 1, characterized in that it consists of a reactor receiving one or more optical fibers intended to cause a thermophotolysis reaction whose efficiency is improved by the addition of additional means separator producing electromagnetic radiation improving the final performance. (LED/laser/x diodes).

9) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to claim 1 characterized in that it has a vacuum means producing suction as well as molecular quenching (sudden cooling) avoiding recombination or explosion of a gaseous mixture of the h2/o2 type.

10) Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to claim 1 characterized in that it comprises preforms, fibers and optical components are coated with a protective layer against chemical attack by compounds water and h2/o2.