CA3142845A1 - Dispositif d'hyper concentration et transport d'energie solaire distant par fibre optique associe a un procede de production d'un melange h2/o2 par thermophotolyse - Google Patents
Dispositif d'hyper concentration et transport d'energie solaire distant par fibre optique associe a un procede de production d'un melange h2/o2 par thermophotolyseInfo
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Abstract
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 caractérisé en ce que l'entrée et la sortie de la ou des fibres optiques creuse est constituée par une zone non étirée de la préforme permettant le transport distant du flux solaire.
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
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
2
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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.
- 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.
Claims (10)
1) 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 (1) caractérisé en ce que l'entrée et la sortie de la ou des fibres optiques creuse est constituée par une zone non étirée (3) de la préforme (2) permettant le transport du flux solaire.
2) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un 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 (8) débouchant sur un vortex pour séparer l'oxygène et l'hydrogène.
3) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite buse (4) de micronisation est disposée en face de l'extrémité de sortie de ladite fibre optique (1), de manière coaxiale ou quasi perpendiculaire.
4) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué
de préformes (2) formées aux extrémités donnant sur une fibre creuse (1) comportant une fenêtre ou couplage optique (collimation) plus un piège à gaz.
de préformes (2) formées aux extrémités donnant sur une fibre creuse (1) comportant une fenêtre ou couplage optique (collimation) plus un piège à gaz.
5) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit réacteur (11) comporte un injecteur d'eau (17) 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.
6) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène solaire selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit réacteur (11) présentant un séparateur pour dissocier l'eau brumisée 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.
7) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce que'il est constitué
d'une pré-filtration et réinjection dans un réacteur recyclant l'eau résiduelle et d'un dispositif de séparation du type électrostatique et électromagnétique permettant une séparation et filtration accrue des composés h2/o2 ainsi que leur redirection.
d'une pré-filtration et réinjection dans un réacteur recyclant l'eau résiduelle et d'un dispositif de séparation du type électrostatique et électromagnétique permettant une séparation et filtration accrue des composés h2/o2 ainsi que leur redirection.
8) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce que'il est constitué
d'un réacteur recevant une ou plusieurs fibres optiques destinées à provoquer une réaction de thermophotolyse dont le rendement est amélioré par l'adjonction de moyens additionnels de séparation produisant des rayonnements électromagnétiques améliorant le rendement final. (diodes leds/laser/x).
d'un réacteur recevant une ou plusieurs fibres optiques destinées à provoquer une réaction de thermophotolyse dont le rendement est amélioré par l'adjonction de moyens additionnels de séparation produisant des rayonnements électromagnétiques améliorant le rendement final. (diodes leds/laser/x).
9) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il dispose d'un moyen de mise sous vide produisant une aspiration ainsi qu'une trempe moléculaire (refroidissement soudain) évitant la recombinaison ou explosion d'un mélange gazeux du type h2/o2.
10) Dispositif de production d'un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des préformes, fibres et composants optiques sont recouverts d'une couche protectrice contre les agressions chimiques des composés de l'eau et h2/o2.
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|---|---|---|---|
| FR1906296A FR3097217B1 (fr) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Dispositif d’hyper concentration et transport d’énergie solaire distant par fibre optique associé à un procédé de production d’un mélange h2/o2 par thermophotolyse |
| FR1906296 | 2019-06-13 | ||
| PCT/FR2020/050880 WO2020249883A1 (fr) | 2019-06-13 | 2020-05-26 | Dispositif d'hyper concentration et transport d'energie solaire distant par fibre optique associe a un procede de production d'un melange h2/o2 par thermophotolyse |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CA3142845A1 true CA3142845A1 (fr) | 2020-12-17 |
Family
ID=68138412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA3142845A Pending CA3142845A1 (fr) | 2019-06-13 | 2020-05-26 | Dispositif d'hyper concentration et transport d'energie solaire distant par fibre optique associe a un procede de production d'un melange h2/o2 par thermophotolyse |
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|---|---|
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102670466B1 (ko) * | 2021-11-29 | 2024-05-29 | 한국광기술원 | 언덕형 광섬유 및 광 케이블을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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