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MICROCENTRALE A GAZ PROPRE
Domaine de l'invention La présente invention s'inscrit dans le domaine des engins électriques et elle concerne en particulier l'alimentation en courant des moteurs équipant ces engins.
Un problème préoccupant à l'heure actuelle est certes le taux élevé de pollution atmosphérique et il est connu depuis ces dernières années qu'un facteur important de la pollution atmosphérique est la pollution due aux éléments nocifs, notamment le C02, présents dans les gaz d'échappement des nombreux véhicules automobiles qui circulent sur les routes et engorgent les villes- Pour réduire cette pollution par le C02, il a certes déjà été proposé d'utiliser le moteur électrique pour les véhicules. Cependant, l'inconvénient majeur des véhicules électriques réside dans le poids et l'encombrement des batteries d'alimentation et dans l'autonomie limitée de ces véhicules par suite de la capacité limitée des batteries d'alimentation.
Diverses réalisations de véhicules hybrides équipés d'un moteur électrique et d'un moteur à combustion interne ont déjà été proposées mais tous ces projets sont complexes ou n'apportent qu'une solution partielle au problème d'autonomie des véhicules électriques.
L'invention vise à apporter une solution globale au problème d'autonomie des engins électriques et au problème de poids et d'encombrement des batteries qui alimentent les moteurs électriques de ces engins. Elle vise ainsi à apporter une contribution significative à la réduction de la pollution atmosphérique.
Résumé de l'invention Un aspect majeur de l'invention est de proposer un dispositif destiné à être monté à bord d'un engin automoteur généralement électrique, même un engin existant, afin de recharger en permanence les batteries alimentant le moteur électrique de ces
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engins, et permettre ainsi à ces engins de travailler sans problème d'autonomie, tout en respectant l'environnement.
Le dispositif suivant l'invention comprend un bloc générateur d'énergie, de préférence non polluant, agencé pour générer un courant électrique destiné à charger les batteries et/ou alimenter le moteur électrique de traction d'un véhicule ou d'un engin, et un dispositif de régulation électronique agencé pour contrôler la mise en marche du générateur d'énergie afin de réguler la fourniture de courant par le générateur de manière à maintenir les batteries chargées de façon optimale, indépendamment de la demande de courant du moteur électrique de traction.
Le bloc générateur d'énergie comprend une partie génératrice de courant électrique destinée à être connectée aux batteries et/ou au moteur électrique d'un véhicule ou engin automoteur et une partie moteur agencée pour entraîner la partie génératrice de courant électrique en réponse à des signaux de commande. La partie génératrice de courant électrique peut être constituée d'un dispositif quelconque connu en soi, agencé pour produire un courant alternatif ou continu. La partie moteur est constituée d'un moteur quelconque connu en soi, alimenté en gaz propre, par exemple de l'hydrogène.
Le dispositif de régulation est constitué de processeurs électroniques agencés pour produire des signaux de commande destinés à mettre en marche la partie moteur et la partie génératrice de courant électrique lorsque le moteur électrique de l'engin demande ou dépense de l'énergie ou lorsque le niveau de chargement des batteries diminue. A ce moment, la génératrice de courant électrique alimente le moteur électrique et/ou recharge les batteries. La partie moteur du générateur d'énergie et la partie génératrice de courant électrique qui lui est associée s'arrêtent automatiquement lorsque les batteries sont chargées et paf conséquent le générateur d'énergie ne fonctionne pas de manière continue, la consommation de carburant est faible et l'usure du générateur d'énergie est réduite.
De plus, le générateur d'énergie tourne en régime régulier, ce qui est qui est bénéfique au rendement car, de cette manière, les batteries servent de tampon et de réserve d'énergie pour absorber les à-coups de demande de courant du moteur électrique.
Le dispositif suivant l'invention constitue une microcentrale intelligente qui fournit du courant en fonction des besoins et garantit toujours une réserve d'énergie disponible pour le moteur électrique, permettant de la sorte à un engin électrique de rouler et de
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travailler avec une parfaite autonomie, même sur de longues distances. L'invention permet ainsi de supprimer la limite d'autonomie qui, jusqu'à présent, constituait l'inconvénient majeur des engins électriques. De plus, par suite du fait que le dispositif intelligent intervient rapidement afin de maintenir les batteries en permanence chargées, le nombre de batteries à installer sur un engin électrique peut être réduit et il en résulte une réduction appréciable du poids et de l'encombrement des batteries devant être prévues à bord.
La microcentrale intelligente suivant l'invention peut également alimenter directement le moteur électrique, permettant ainsi de pallier toute défaillance des batteries.
La microcentrale suivant l'invention est avantageusement réalisable sous la forme d'un ensemble compact qui peut être placé à n'importe quel endroit disponible sur un engin, par exemple sous le capot du moteur ou même dans le coffre de tout véhicule électrique.
Il va de soi que le dispositif suivant l'invention peut parfaitement équiper un véhicule ou un engin électrique muni également de cellules solaires et qu'il trouve également une application avantageuse dans des domaines d'activités variés autres que celui des véhicules automobiles routiers, par exemple les bateaux, aéronefs légers, engins agricoles, engins de traction de mine, compresseurs et autres.
Dans l'optique de ces applications variées, un développement de l'idée inventive vise à récupérer les pertes d'énergie dans les gaz d'échappement du moteur à hydrogène, et à augmenter ainsi le rendement du générateur d'énergie et de la microcentrale.
Brève description des dessins
FIG. 1 est un schéma général simplifié d'une microcentrale suivant l'invention ;
FIG. 2 représente schématiquement un système de récupération d'énergie suivant un aspect complémentaire de l'invention ;
FIG. 3 illustre une variante de réalisation du dispositif de la FIG. 2.
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Description d'un exemple de réalisation Le mode de réalisation illustré sur les dessins et décrit ci-après est un exemple d'exécution donné sans aucun esprit de limitation. Sur la figure 1 est représenté schématiquement en 10 le moteur électrique entranant ou actionnant un engin électrique. L'énergie d'alimentation du moteur électrique 10 est fournie par le dispositif d'alimentation désigné dans son ensemble par 100. Conformément à l'invention, le dispositif d'alimentation 100 comprend des batteries 110 et un dispositif agencé pour recharger les batteries 110 en permanence, lequel dispositif comprend un générateur d'énergie 120 constitué d'une partie génératrice de courant électrique 102 entraînée par une partie moteur 101, et un dispositif de régulation 130 agencé pour réguler la fourniture de courant par la génératrice 102 comme décrit plus loin.
La tension de la génératrice de courant 102 correspond normalement à la tension du moteur électrique 10 et à celle des batteries 110. La partie moteur 101 est constituée d'un moteur fonctionnant avec un gaz propre non polluant, par exemple un moteur alimenté en hydrogène. Les signes de référence 126 et 128 désignent respectivement le démarreur du moteur 124 et la batterie de démarrage. Le couplage entre la partie moteur 101 et la partie génératrice de courant 102 est réalisé par un moyen quelconque connu en soi : courroie de transmission, engrenages ou tout autre moyen équivalent.
Conformément à l'invention, la partie moteur 101 est mise en marche sous le contrôle du dispositif de régulation 130 constitué essentiellement de micro-processeurs connectés à des capteurs désignés dans leur ensemble par 132 et des sondes thermiques désignées dans leur ensemble par 134. Les micro-processeurs de régulation 130 sont agencés pour réguler la fourniture de courant électrique par la génératrice 102 en fonction de la diminution du niveau de chargement des batteries 110 et/ou de la demande d'énergie du moteur électrique 10. A cet effet, les microprocesseurs contrôlent en permanence la tension actuelle des batteries et produisent des signaux de commande CMD lorsque cette tension atteint un niveau de chargement minimum prédéterminé.
Les signaux de commande CMD précités servent à actionner le démarreur 126 du moteur 124 et mettre ainsi celui-ci en marche pour entraîner la génératrice de courant 102 afin de recharger les batteries 110. Dès que la tension de celles-ci atteint un niveau de rechargement prédéterminé, les micro-processeurs interrompent les signaux de commande CMD de mise en action du démarreur du moteur 101 et celui-ci s'arrête. Le dispositif de régulation contrôle de cette manière la
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mise en marche du générateur d'énergie par séquences successives au fur et à mesure de la dépense d'énergie pour l'utilisation ou de la diminution du niveau de chargement des batteries en-deçà d'un seuil prédéterminé.
Ainsi, la génératrice de courant 102 fournit-elle du courant chaque fois qu'il y a un appel de courant par les batteries ou par le moteur électrique et cette fourniture de courant se trouve suspendue dès que cesse la demande d'énergie, mais elle reprend automatiquement dès qu'il y a une nouvelle demande de courant ou une nouvelle diminution du niveau de chargement des batteries.
En bref, le générateur d'énergie 120 fonctionne suivant la demande, soit pour alimenter directement le moteur électrique 10 en passant par un variateur de courant (non représenté), soit pour recharger les batteries 110 et les maintenir ainsi chargées en permanence. Lorsqu'il doit tourner, le moteur électrique 10 se trouve donc toujours alimenté en courant et l'utilisateur ne doit plus guère se soucier de recharger à temps les batteries.
Un commutateur 133 peut être prévu sur le tableau de commande, par exemple, pour permettre à l'utilisateur de déconnecter temporairement le dispositif de régulation et de suspendre ainsi temporairement le processus de rechargement automatique décrit ci-avant. Il va de soi que les batteries peuvent également être rechargées d'une manière classique ou à partir de cellules solaires.
Le générateur d'énergie suivant l'invention peut être réalisé sous forme compacte. Des sondes thermiques sont prévues pour contrôler les températures de l'ensemble et des batteries et pour les maintenir dans les limites admises. Une sonde contrôle également les tuyères d'échappement du moteur thermique afin d'arrêter le signal de mise en marche de la partie moteur 101 du générateur d'énergie et interrompre ainsi la répétition séquentielle inutile de l'action dd démarreur.
A différents endroits de passage du mélange hydrogène-air ou le cas échéant du mélange hydrogène-air et oxygène, sont placés des analyseurs de gaz ayant pour fonction d'analyser en permanence le mélange gazeux et de couper l'admission d'hydrogène en cas de danger.
Le générateur d'énergie 120 peut être constitué d'éléments connus en soi, agencés pour générer, soit un courant continu, soit un courant alternatif. Dans le premier cas,
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un onduleur est prévu si le moteur électrique 10 est un moteur à courant alternatif.
Dans le second cas, on prévoit un redresseur si le moteur électrique est un moteur à courant continu. Lorsque la génératrice de courant est agencée pour générer un courant alternatif, l'invention permet de prévoir une prise de courant alternatif sur le tableau de commande de l'engin pour y brancher un appareil électrique courant.
Ainsi qu"il est exposé ci-avant, le dispositif suivant l'invention assure avantageusement une réserve d'énergie permanente qui permet toujours à un engin équipé de ce dispositif de travailler et de se déplacer avec une parfaite autonomie, même sur de longues distances ou de longues périodes de temps, sans souci pour l'utilisateur et en préservant l'environnement.
L'invention concerne également la récupération de l'énergie perdue dans les gaz et l'eau de refroidissement du moteur à gaz ou hydrogène 101 et elle propose un système de récupération d'énergie décrit ci-après à l'aide des figures 2 et 3.
L'hydrogène d'échappement du moteur à hydrogène 101 réagit avec l'air en produisant de la vapeur d'eau dont l'énergie thermique est récupérée dans un échangeur thermique 103 recevant également l'eau de refroidissement du moteur 101. La vapeur à haute température produite à la sortie de l'échangeur 103 est condensée dans un condenseur 105 et l'eau qui en résulte est électrolysée dans une cellule d'électrolyse 107 grâce à un apport de courant électrique provenant par exemple des batteries 110 ou de cellules solaires (non représentées sur les dessins) ou encore un courant électrique généré dans le système de récupération lui-même comme il sera exposé plus loin. La cellule d'électrolyse produit de l'hydrogène pur et de l'oxygène qui se trouvent combinés et amenés vers l'admission du moteur à hydrogène 101.
Celui-ci est donc ainsi réalimenté en hydrogène pur enrichi en oxygène, ce qui est bénéfique pour le rendement énergétique de ce moteur.
Dans une variante de mode de réalisation, le courant électrique nécessaire pour l'électrolyse de l'eau résultant de la condensation de la vapeur d'eau produite dans le système peut être généré dans le système lui-même à partir de la vapeur de la vapeur d'eau à haute température obtenue à la sortie de l'échangeur thermique 103. Cette variante est illustrée par le schéma de la FIG. 3. La vapeur d'eau à haute température HT alimente une petite turbine 104 qui, elle-même,
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entraîne une petite génératrice de courant 106 pour générer ainsi le courant électrique nécessaire à l'électrolyse de l'eau.
Dans ce cas, c'est donc l'énergie récupérée dans les gaz d'échappement du moteur à hydrogène 101 qui produit en circuit fermé l'énergie électrique nécessaire au dispositif d'électrolyse.
Il est entendu que le mode de réalisation décrit dans ce qui précède et illustré dans les dessins ci-joints est un exemple nullement limitatif servant à illustrer les concepts de l'invention et que de nombreuses variantes d'exécution peuvent être apportées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le dispositif suivant l'invention peut être complété par des cellules solaires connectées pour charger et/ou recharger également les batteries ou encore pour fournir un appoint de courant électrique pour la cellule d'électrolyse.
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CLEAN GAS MICROCENTRAL
Field of the Invention The present invention falls within the field of electric vehicles and it relates in particular to the supply of current to the motors fitted to these vehicles.
A worrying problem at present is certainly the high rate of air pollution and it has been known in recent years that an important factor in air pollution is pollution due to harmful elements, in particular C02, present in the exhaust gases. exhaust of the numerous motor vehicles which circulate on the roads and clog up the cities. To reduce this pollution by C02, it has certainly already been proposed to use the electric motor for vehicles. However, the major drawback of electric vehicles lies in the weight and size of the supply batteries and in the limited autonomy of these vehicles due to the limited capacity of the supply batteries.
Various embodiments of hybrid vehicles equipped with an electric motor and an internal combustion engine have already been proposed, but all these projects are complex or provide only a partial solution to the problem of autonomy of electric vehicles.
The invention aims to provide a global solution to the problem of autonomy of electric vehicles and to the problem of weight and size of the batteries which supply the electric motors of these vehicles. It thus aims to make a significant contribution to the reduction of air pollution.
Summary of the invention A major aspect of the invention is to propose a device intended to be mounted on board a generally electric self-propelled vehicle, even an existing vehicle, in order to permanently recharge the batteries supplying the electric motor of these
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machines, and thus allow these machines to work without autonomy problem, while respecting the environment.
The device according to the invention comprises an energy generator block, preferably non-polluting, arranged to generate an electric current intended to charge the batteries and / or supply the electric traction motor of a vehicle or of a machine, and an electronic regulating device arranged to control the start-up of the energy generator in order to regulate the supply of current by the generator so as to keep the batteries optimally charged, independently of the current demand of the electric traction motor.
The power generator block comprises an electric current generating part intended to be connected to the batteries and / or the electric motor of a motor vehicle or self-propelled vehicle and a motor part arranged to drive the electric current generating part in response to signals control. The electric current generating part can consist of any device known per se, arranged to produce alternating or direct current. The engine part consists of any engine known per se, supplied with clean gas, for example hydrogen.
The regulating device consists of electronic processors arranged to produce control signals intended to start the motor part and the electric current generating part when the electric motor of the machine requests or expends energy or when the level charging rate decreases. At this time, the electric current generator supplies the electric motor and / or recharges the batteries. The motor part of the energy generator and the electric current generating part associated with it automatically stop when the batteries are charged and therefore the energy generator does not operate continuously, the fuel consumption is low and the wear of the energy generator is reduced.
In addition, the energy generator runs at regular speed, which is beneficial to performance because, in this way, the batteries serve as a buffer and energy reserve to absorb the jolts of current demand from the motor. electric.
The device according to the invention constitutes an intelligent micro-power station which supplies current as required and always guarantees a reserve of energy available for the electric motor, thereby enabling an electric machine to run and
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work with complete autonomy, even over long distances. The invention thus makes it possible to eliminate the autonomy limit which, until now, has been the major drawback of electric vehicles. In addition, due to the fact that the intelligent device intervenes quickly in order to keep the batteries permanently charged, the number of batteries to be installed on an electric machine can be reduced and this results in a significant reduction in the weight and size of the batteries to be provided on board.
The intelligent micro-power plant according to the invention can also supply the electric motor directly, thus making it possible to remedy any failure of the batteries.
The microcentrale according to the invention can advantageously be produced in the form of a compact assembly which can be placed at any available location on a machine, for example under the engine hood or even in the boot of any electric vehicle.
It goes without saying that the device according to the invention can perfectly equip a vehicle or an electric machine also provided with solar cells and that it also finds an advantageous application in various fields of activity other than that of road motor vehicles, by for example boats, light aircraft, agricultural machinery, mine traction equipment, compressors and others.
In view of these varied applications, a development of the inventive idea aims to recover the energy losses in the exhaust gases of the hydrogen engine, and thus to increase the efficiency of the energy generator and of the micro-power plant. .
Brief description of the drawings
FIG. 1 is a simplified general diagram of a microcentral according to the invention;
FIG. 2 schematically represents an energy recovery system according to a complementary aspect of the invention;
FIG. 3 illustrates an alternative embodiment of the device of FIG. 2.
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Description of an exemplary embodiment The embodiment illustrated in the drawings and described below is an exemplary embodiment given without any spirit of limitation. In Figure 1 is shown schematically at 10 the electric motor driving or actuating an electric machine. The power supply for the electric motor 10 is supplied by the power supply device designated as a whole by 100. According to the invention, the power supply device 100 includes batteries 110 and a device arranged to recharge the batteries 110 permanently, which device comprises an energy generator 120 consisting of an electric current generating part 102 driven by a motor part 101, and a regulating device 130 arranged to regulate the supply of current by the generator 102 as described below .
The voltage of the current generator 102 normally corresponds to the voltage of the electric motor 10 and that of the batteries 110. The motor part 101 consists of a motor operating with a clean non-polluting gas, for example a motor supplied with hydrogen. The reference signs 126 and 128 respectively designate the starter of the engine 124 and the starter battery. The coupling between the motor part 101 and the current generating part 102 is carried out by any means known per se: transmission belt, gears or any other equivalent means.
According to the invention, the motor part 101 is started under the control of the regulating device 130 essentially consisting of microprocessors connected to sensors designated as a whole by 132 and thermal probes designated as a whole by 134. The regulation microprocessors 130 are arranged to regulate the supply of electric current by the generator 102 as a function of the decrease in the charge level of the batteries 110 and / or of the energy demand of the electric motor 10. For this purpose, the Microprocessors continuously monitor the current battery voltage and produce CMD control signals when this voltage reaches a predetermined minimum charge level.
The aforementioned CMD control signals are used to actuate the starter 126 of the motor 124 and thus start it to drive the current generator 102 in order to recharge the batteries 110. As soon as the voltage of these reaches a recharging level predetermined, the microprocessors interrupt the control signals CMD for actuation of the starter of the motor 101 and the latter stops. The regulator thus controls the
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starting the energy generator in successive sequences as the energy is spent for the use or the reduction of the charge level of the batteries below a predetermined threshold.
Thus, the current generator 102 supplies current whenever there is a current demand by the batteries or by the electric motor and this supply of current is suspended as soon as the demand for energy ceases, but it resumes automatically as soon as there is a new power demand or a further decrease in the battery charge level.
In short, the energy generator 120 operates according to demand, either to directly supply the electric motor 10 via a current controller (not shown), or to recharge the batteries 110 and thus keep them permanently charged. When it has to turn, the electric motor 10 is therefore always supplied with current and the user no longer has to worry about recharging the batteries in time.
A switch 133 can be provided on the control panel, for example, to allow the user to temporarily disconnect the regulating device and thus temporarily suspend the automatic recharging process described above. It goes without saying that the batteries can also be recharged in a conventional manner or from solar cells.
The energy generator according to the invention can be produced in compact form. Thermal probes are provided to monitor the temperatures of the assembly and the batteries and to keep them within the allowed limits. A probe also controls the exhaust nozzles of the heat engine in order to stop the start signal from the engine part 101 of the energy generator and thus interrupt the unnecessary sequential repetition of the action of the starter.
At various places of passage of the hydrogen-air mixture or where appropriate of the hydrogen-air and oxygen mixture, gas analyzers are placed having the function of continuously analyzing the gas mixture and cutting off the admission of hydrogen in the event of danger.
The energy generator 120 may be made up of elements known per se, arranged to generate either a direct current or an alternating current. In the first case,
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an inverter is provided if the electric motor 10 is an alternating current motor.
In the second case, a rectifier is provided if the electric motor is a direct current motor. When the current generator is arranged to generate an alternating current, the invention makes it possible to provide an alternating current outlet on the control panel of the machine in order to connect a current electrical appliance to it.
As explained above, the device according to the invention advantageously ensures a permanent energy reserve which always allows a machine equipped with this device to work and move with perfect autonomy, even over long distances. or long periods of time, without concern for the user and preserving the environment.
The invention also relates to the recovery of the energy lost in the gases and the cooling water of the gas or hydrogen engine 101 and it proposes an energy recovery system described below with the aid of FIGS. 2 and 3.
The exhaust hydrogen from the hydrogen engine 101 reacts with the air, producing water vapor, the thermal energy of which is recovered in a heat exchanger 103, which also receives the cooling water from the engine 101. high temperature produced at the outlet of the exchanger 103 is condensed in a condenser 105 and the water which results therefrom is electrolysed in an electrolysis cell 107 by means of an electric current supply coming for example from batteries 110 or solar cells (not shown in the drawings) or an electric current generated in the recovery system itself as will be explained below. The electrolysis cell produces pure hydrogen and oxygen which are combined and brought to the intake of the hydrogen engine 101.
It is thus thus replenished with pure hydrogen enriched with oxygen, which is beneficial for the energy efficiency of this engine.
In an alternative embodiment, the electrical current required for the electrolysis of water resulting from the condensation of water vapor produced in the system can be generated in the system itself from the vapor of the water. high temperature water vapor obtained at the outlet of the heat exchanger 103. This variant is illustrated by the diagram in FIG. 3. The high temperature HT water vapor feeds a small turbine 104 which itself
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drives a small current generator 106 to thereby generate the electric current necessary for the electrolysis of water.
In this case, it is therefore the energy recovered in the exhaust gases of the hydrogen engine 101 which produces in a closed circuit the electrical energy necessary for the electrolysis device.
It is understood that the embodiment described in the foregoing and illustrated in the attached drawings is a non-limiting example used to illustrate the concepts of the invention and that numerous variants can be made by man of the profession without departing from the scope of the invention. For example, the device according to the invention can be supplemented by solar cells connected to also charge and / or recharge the batteries or also to provide an additional electric current for the electrolysis cell.