FR2936506A1 - Dispositif de production d'hydrogene a partir d'un plasma a la resonance cyclotron electronique - Google Patents

Dispositif de production d'hydrogene a partir d'un plasma a la resonance cyclotron electronique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) de production d'hydrogène par plasma RCE comportant une chambre étanche (2) sous vide, des moyens (11) d'injection d'une onde haute-fréquence dans la chambre (2), une structure magnétique (3, 4, 5, 6) pour engendrer un champ magnétique dans la chambre (2) et générer une nappe de plasma suivant les lignes de champ (12), le module du champ magnétique présentant une configuration de miroir avec une zone de résonance (21) et des moyens d'injection (11) de vapeur d'eau dans la chambre, les électrons du plasma dissociant les molécules d'eau introduites en phase vapeur et ionisant les produits de la dissociation. Le dispositif (1) comporte un condenseur cryogénique (8) pour geler l'oxygène issu de la dissociation sans geler l'hydrogène issu de la dissociation et des moyens (7, 13) de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation, l'oxygène étant piégé par le condenseur (8).

Description

Dispositif de production d'hydrogène à partir d'un plasma à la réso- nance cyclotron électronique
La présente invention concerne un dispositif de production d'hydrogène à partir d'un plasma à la résonance cyclotron électronique. L'hydrogène (H2) apparaît aujourd'hui comme un vecteur énergétique très intéressant, qui est appelé à prendre de plus en plus d'importance et qui pourrait, à terme, se substituer avantageusement au pétrole et aux énergies fossiles, dont les réserves vont fortement décroître dans les décennies à venir. Dans cette perspective, il est nécessaire de développer des procédés efficaces de production d'hydrogène. Il a certes été décrit de nombreux procédés de production 1 o d'hydrogène, à partir de différentes sources, mais nombre de ces procédés s'avèrent inadaptés vis-à-vis de la limitation des gaz à effet de serre. Une première technique consiste à utiliser le reformage à la vapeur d'eau. Il s'agit d'une technique de transformation d'hydrocarbures légers tels que le méthane en gaz de synthèse par réaction avec la vapeur d'eau sur un 15 catalyseur. Les deux principales réactions chimiques de cette méthode sont la production du gaz de synthèse et la conversion de CO : CH4 + H20 -* CO + 3H2 CO+H20-*CO2+H2 le bilan global étant 20 CH4 + 2H20 -* CO2 + 4H2 Un des problèmes majeurs de cette voie de synthèse est qu'elle en-gendre, à titre de sous-produits, des quantités importantes de gaz à effet de serre de type CO2. Une seconde méthode consiste à utiliser une technique d'oxydation 25 partielle : c'est une technique exothermique et généralement sans catalyseur d'oxydation de produits tels que le gaz naturel, les résidus pétroliers lourds, le charbon. La production de gaz de synthèse est donnée par la réaction : Cn Hm + (%)02 nCO + (m/)H2 La conversion du monoxyde de carbone est donnée par la réaction : nCO + nH2O -* nCO2 + nH2 . Tout comme le reformage, cette technique produit une quantité importante de gaz carbonique.
Il peut également être fait mention d'une troisième technique utilisant la décomposition thermique directe de l'eau ; une telle technique nécessite-rait des températures extrêmement élevées de l'ordre de 3000 à 4000 K (l'utilisation d'un catalyseur permet de diminuer cette température qui reste cependant très élevée, voisine de 1400 K). Cette technique de production 1 o est envisagée en utilisant des réacteurs nucléaires à haute température refroidis par un fluide caloporteur gazeux tel que l'hélium (cas des réacteurs, dits de quatrième génération, du type HTR High Temperature Reactor ). De par son principe, c'est une technique qui est liée à la production d'uranium. L'autre inconvénient est qu'il est impensable d'utiliser cette mé- 15 thode pour des petites productions d'hydrogène. Une quatrième voie consiste à réaliser une électrolyse de l'eau : c'est une technique de dissociation de l'eau par passage d'un courant électrique selon la réaction : H2O-H2+!02 20 Cette réaction, dont l'enthalpie est AH=285 kJ.mol-' (à 298K et 1 bar) est réalisée selon le procédé suivant : une cellule d'électrolyte est constituée de deux électrodes, une anode et une cathode, reliées à un générateur de courant continu. Les électrodes sont plongées dans un électrolyte servant de milieu conducteur. Cet électrolyte est en général une solution aqueuse 25 acide ou basique, une membrane polymère échangeuse de protons (H+) ou une membrane conductrice d'ions oxygène (02-). Cette technique pose cependant certaines difficultés ; ainsi les électrodes se corrodent dans le temps. Par ailleurs, un tel procédé nécessite le réglage permanent des concentrations et l'utilisation de membranes qui sont 30 soit fragiles pour les membranes organiques, soit à faible rendement pour les membranes minérales.
Une cinquième solution consiste à réaliser une décomposition de l'eau par cycle thermochimique (CTC) : ce procédé utilise une suite de réactions chimiques. Un exemple est l'utilisation du cycle iode-soufre basé sur la décomposition de deux acides à haute température : l'acide sulfurique pro- duit de l'oxygène et du dioxyde de soufre, et l'acide iodhydrique produit de l'hydrogène et de l'iode. L'inconvénient de cette technique est la mise en oeuvre de réactions chimiques assez complexes produisant, en plus de l'hydrogène, beaucoup d'autres éléments tels que le soufre dans le cas du cycle iode-soufre ou le Fe304 et l'HBr dans le cas du cycle UT-3. Une sixième voie envisagée est la biomasse: obtenue par photosynthèse du gaz carbonique et de l'eau, elle utilise l'énergie solaire pour produire des molécules du type C6H904. Il y a ensuite un traitement thermochimique selon la réaction : C6H904 + 2H20 + 880kJ 46C0+132 H2 Une gazéification à la vapeur d'eau vers 900°C produit alors du gaz de synthèse (CO + H20). Un supplément d'hydrogène est alors obtenu par la réaction de gas shift 6CO + 6H20 -* 6CO2 + 6H2 A nouveau, l'inconvénient principal de cette technique réside dans sa production de gaz carbonique. Une septième technique consiste à réaliser la photo-électrolyse de l'eau : c'est un procédé qui utilise la dissociation de la molécule d'eau par un courant électrique produit par l'éclairement d'un photocatalyseur à semi- conducteur (TiO2, AsGa). Ce procédé ne produit pas de gaz de gaz à effet de serre mais possède un rendement de conversion relativement faible. Une autre méthode de production de gaz hydrogène par plasma microondes est proposée dans le document W02006/123883. Cette méthode utilise la dissociation de molécules gazeuses par impact électronique. La méthode divulguée consiste en l'injection d'une puissance microondes dans un tube diélectrique contenant un gaz ou une vapeur de type H2O ou CH4 sous pression réduite (50-300 torr). Cette puissance microondes provoque l'ionisation et/ou la dissociation du gaz en libérant ainsi l'hydrogène (amorçage d'un plasma microondes). A l'extrémité du tube, un séparateur dans un matériau de type palladium permet de séparer l'hydrogène par diffusion ga- zeuse. Une autre méthode de production d'hydrogène à partir des molécules d'eau est décrite dans le document WO2005/005009. La méthode divulguée consiste à placer les molécules d'eau dans un champ électromagnétique pour exciter les molécules par agitation thermique jusqu'à ce que leur énergie d'excitation dépasse l'énergie de liaison des atomes H et O composant la molécule d'eau. Une autre méthode de production d'hydrogène en injectant de la va-peur d'eau dans un plasma est décrite dans le document US2004/0265137. Ce brevet décrit un procédé d'obtention d'hydrogène à partir de la vapeur 15 dissociée dans un plasma. Le document mentionne notamment l'utilisation de la résonance cyclotron des électrons (RCE) pour produire ledit plasma. Par rapport aux méthodes de production d'hydrogène précédemment citées, l'utilisation d'une machine à plasma RCE présente de nombreux avantages : - fonctionnement continu et stable ; 20 - pas de mise en oeuvre de températures élevées ; - pas d'usure (temps d'utilisation très long dû à l'absence de filament ou d'électrodes) ; - pas de production de carbone ou de composés carbonés ; - pas d'utilisation de complexes chimiques ; 25 - faible coût, si la structure magnétique est réalisée en aimants permanents. Toutefois, malgré les avantages mentionnés ci-dessus, un problème majeur d'une telle machine à plasma qui casse, par impact électronique, les liaisons de la molécule d'eau, est la séparation des produits formés. L'insertion d'un diélectrique est une solution possible. Cette méthode 30 présente cependant l'inconvénient d'utiliser des composés rares et onéreux. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de fournir un dis-positif de production d'hydrogène à partir de l'eau avec un plasma à la résonance cyclotronique électronique ne requérant pas nécessairement des champs magnétiques importants et permettant une dissociation efficace des molécules d'eau et une séparation simple des produits formés. A cette fin, l'invention propose un dispositif de production d'hydrogène à partir d'un plasma à la résonance cyclotronique électronique comportant : - une chambre étanche sous vide destinée à contenir un plas- ma, - des moyens d'injection d'une onde haute-fréquence à l'intérieur de ladite chambre, - une structure magnétique pour engendrer un champ magné-tique dans ladite chambre et générer une nappe de plasma suivant les lignes de champ magnétique, le module dudit champ magnétique présentant une configuration de miroir magnétique avec au moins une zone de résonance cyclotron électronique, - des moyens d'injection de vapeur d'eau dans ladite chambre, les électrons du plasma dissociant au moins partiellement les molécules d'eau introduites en phase vapeur et ionisant au moins partiellement les produits de la dissociation, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : 20 - au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène issu de la dissociation sans geler l'hydrogène issu de la dissociation, - des moyens de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation, l'oxygène étant piégé par ledit condenseur cryogé-25 nique. On entend par chambre étanche sous vide une chambre dans la-quelle règne une pression de travail inférieure ou égale à 5.10-3 mbar, ladite pression de travail correspondant sensiblement à la pression partielle de vapeur d'eau injectée dans la chambre. 30 Grâce à l'invention, on obtient une production d'hydrogène à partir de la vapeur d'eau. Le dispositif selon l'invention est basé sur l'utilisation combinée d'un plasma à la résonance cyclotron des électrons et d'au moins un 10 15 condenseur cryogénique sélectif. Ce dispositif non émetteur de CO2 n'utilise ni électrodes, ni membrane, ni températures élevées. Grâce au principe de résonance cyclotron électronique, à chaque passage au voisinage de la zone de résonance, les électrons vont acquérir de l'énergie. Ils vont alors pouvoir dissocier les molécules d'eau, puis ioniser, au moins partiellement, les produits de dissociation. Grâce à l'électroneutralité du plasma, ces ions vont suivre les électrons sur les lignes de champ magnétique. Le dispositif selon l'invention permet de travailler en continu pendant 1 o plusieurs mois sans interruption ni maintenance. Le dispositif peut, en fonction de ses dimensions, avoir un volume de plasma allant de quelques cm3 à plusieurs litres, voire m3. En observant les diagrammes de phase des éléments hydrogène et oxygène pour les basses températures représentés en figure 2, la pression 15 de fonctionnement de la machine à plasma considérée étant inférieure à 5X10-3 mbar, on remarque qu'il existe une plage de température où il est possible de cryocondenser l'oxygène tout en gardant l'hydrogène sous forme gazeuse. Par exemple, à 5X10-3 mbar, cette plage de température va de 6,4K à 42K. Ainsi, en utilisant un ou plusieurs condenseurs cryogéniques 20 (par exemple une ou plusieurs plaques refroidies) à une température telle que les deux éléments, hydrogène et oxygène, composant le plasma se trouvent sous des phases différentes (hydrogène gazeux et oxygène solide), on peut piéger l'oxygène sous forme solide sans piéger l'hydrogène qui sera récupéré par d'autres moyens. La température du condenseur dépend des 25 pressions partielles d'hydrogène à partir de la densité initiale du plasma qui est elle-même fonction de la fréquence microonde injectée. L'oxygène étant piégé, on utilise alors des moyens de récupération de l'hydrogène tels qu'un système de pompage classique (pompe turbomoléculaire par exemple) pour pomper l'hydrogène. Il est également possible d'utiliser avantageusement le 30 fait que les particules ionisées suivent, par électroneutralité du plasma, les électrons qui sont guidés par les lignes de champ magnétiques. En effet, si les plaques de cryocondensation de l'oxygène sont placées dans les lignes de champ magnétiques, on peut alors avantageusement placer des plaques de cryocondensation d'hydrogène en dehors des lignes de champ magné-tique. Ainsi, hydrogène et oxygène sont fixés sur des parois froides indépendantes qu'il suffira de réchauffer indépendamment l'une de l'autre pour récupérer séparément hydrogène et oxygène soit sous forme liquide, soit sous forme gazeuse. On notera que, bien qu'utilisant un champ électromagnétique, le dis-positif selon l'invention n'utilise pas de procédé d'agitation thermique des molécules d'eau, mais casse les liaisons atomiques par collisions avec les électrons du plasma. 1 o Selon un mode particulièrement avantageux de l'invention, ladite chambre comporte des moyens de récupération de l'eau non dissociée, les lignes de champ générées par ladite structure magnétique étant courbées par rapport à l'axe d'injection de la vapeur d'eau, lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée étant sensiblement agencés suivant l'axe 15 d'injection de la vapeur d'eau. Ce mode de réalisation avantageux permet de résoudre le problème de la récupération des molécules d'eau non dissociées par les électrons du plasma. En effet, l'ionisation et la dissociation des molécules d'eau n'est jamais totale ; dès lors, une quantité non négligeable de molécules d'eau reste 20 présente. Il est évidemment intéressant de récupérer ces molécules d'eau non dissociées, par exemple pour les recycler en les renvoyant dans la chambre sous forme de vapeur. Si les lignes de champ magnétiques n'étaient pas courbées, il n'y aurait pas possibilité de recycler l'eau non dissociée. En effet, les molécules d'eau non dissociées ne sont pas guidées 25 par les lignes de champ magnétique et vont préférentiellement en ligne droite par rapport à la buse d'injection de la vapeur d'eau. En d'autres termes, dans un simple miroir axisymétrique, il faudrait récupérer au même endroit et en même temps l'eau non dissociée ainsi que l'hydrogène et l'oxygène dissocié, ce qui est difficilement réalisable. 30 Selon ce mode de réalisation avantageux, les lignes de champ magnétiques sont courbées de telle manière qu'il est alors possible d'effectuer en même temps les opérations de recyclage de l'eau non dissociée, de séparation de l'hydrogène et de l'oxygène, de récupération d'hydrogène et de récupération d'oxygène. Les lignes de champ magnétiques courbées per-mettent ainsi de récupérer la vapeur d'eau non dissociée ni ionisée, par exemple sur un condenseur placé en ligne droite par rapport à l'injection de vapeur d'eau.
Le dispositif selon l'invention peut également présenter une ou plu-sieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée comportent une seconde chambre reliée à ladite chambre à plasma ; - ladite seconde chambre est de forme tubulaire ; - lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée sont formés par un condenseur ; - lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée sont séparés de ladite chambre à plasma par un dispositif à diaphragme ; - le dispositif selon l'invention comporte au moins un système de réinjection de l'eau non dissociée en phase vapeur et issue desdits moyens de récupération de l'eau non dissociée ; - le dispositif selon l'invention comporte un grillage présentant un maillage permettant d'arrêter la propagation des ondes hautes fréquences de sorte que lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée sont agencés dans une zone sans microondes donc sensiblement sans plasma ; - ledit condenseur cryogénique pour geler l'oxygène issu de la dissociation sans geler l'hydrogène issu de la dissociation est à une tem- pérature comprise entre 6 et 41 K pour une pression moyenne com- prise entre 10-3 mbar et 5X10-3 mbar dans ladite chambre (température comprise entre 6 et 39 K pour une pression sensiblement égale à 10-3 mbar et température comprise entre 6 et 41 K pour une pression sensiblement égale à 5X10-3 mbar); - ledit condenseur cryogénique pour geler l'oxygène est un panneau cryogénique plein ou ajouré ; - ledit condenseur cryogénique pour geler l'oxygène est agencé de façon à intercepter lesdites lignes de champ formées par ladite structure magnétique ; - ledit condenseur cryogénique pour geler l'oxygène est un panneau cryogénique qui entoure lesdites lignes de champ formés par ladite structure magnétique ; - le dispositif selon l'invention comporte une enceinte apte à récupérer l'oxygène lorsque ledit condenseur cryogénique pour geler l'oxygène est régénéré par élévation de température ; 1 o - lesdits moyens de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation comportent une pompe servant à pomper l'hydrogène en phase gazeuse ; - lesdits moyens de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation comportent au moins un condenseur cryogénique pour geler 15 l'hydrogène, ledit condenseur cryogénique étant à une température inférieure à la température dudit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène, ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène étant disposé de façon à piéger l'oxygène avant que ledit au moins un condenseur cryogénique 20 pour geler l'hydrogène ne piège l'hydrogène. - le dispositif selon l'invention comporte une enceinte apte à récupérer l'hydrogène lorsque ledit condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène est régénéré par élévation de température ; - le dispositif selon l'invention comporte : - une première enceinte incluant : • un premier condenseur cryogénique pour geler l'oxygène ; • éventuellement un premier condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène ; - une deuxième enceinte incluant : • un deuxième condenseur cryogénique pour geler l'oxygène ; 25 30 • éventuellement un deuxième condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène ; chacune desdites première et deuxième enceintes étant aptes à récupérer l'oxygène et l'hydrogène indépendamment l'une de l'autre par régénération, ladite régénération se faisant par élévation progressive de la température pour que l'hydrogène passe d'abord en phase gazeuse et soit récupéré et l'oxygène passe ensuite en phase gazeuse et soit récupéré. - ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène comporte au moins un panneau cryogénique plein ou ajouré ; - le dispositif selon l'invention comporte un grillage polarisé négative-ment placé en avant, par rapport au plasma, dudit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène et/ou dudit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène, de sorte que ledit grillage repousse les électrons vers le plasma et attire les ions; - ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène et/ou ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène sont polarisés négativement pour repousser les électrons vers le plasma et attirer les ions ; - lesdits moyens de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation sont agencés pour ne pas intercepter lesdites lignes de champ magnétique ; - le dispositif selon l'invention comporte au moins une surface de catalyseur pour fixer les molécules d'eau et augmenter le rendement de dissociation de l'eau par impacts électroniques du plasma sur ladite surface ; - ladite surface de catalyseur est placée dans la zone de miroir magné-tique, de préférence entre les zones de résonance. - ladite structure magnétique comporte des aimants permanents ; - la structure magnétique comporte des aimants permanents dont les pôles qui se font face dans la zone d'injection de la vapeur d'eau sont de même nature Nord-Nord ou Sud-Sud; - la structure magnétique comporte des aimants permanents dont les pôles qui se font face, dans la zone de récupération de l'hydrogène sont de même sens, les valeurs d'aimantation de ces aimants étant soit identiques soit différentes ; - la structure magnétique comporte des aimants permanents dont les pôles qui se font face, dans la zone de récupération de l'hydrogène sont de sens opposé ; - l'aimant permanent situé dans la zone d'injection de la vapeur d'eau est de même polarité que l'aimant situé dans la zone de récupération de l'hydrogène ; - la structure magnétique comporte des aimants permanents de tailles différentes et présentant soit une même aimantation soit des aimantations différentes ; - la structure magnétique comporte des bobines à température ambiante et/ou des bobines supraconductrices à basse ou haute température critique, dites bas ou haut Tc ; - la fenêtre d'entrée desdits moyens de propagation d'une onde haute-fréquence à l'intérieur de ladite chambre est placée dans un champ magnétique dont le module est supérieur au module du champ magnétique de résonance pour que le plasma diffuse vers la chambre et éviter ainsi des impacts du plasma sur ladite fenêtre ; - le rapport miroir entre les maxima de champ magnétique dudit miroir magnétique et le minimum de champ magnétique dudit miroir magné-tique est strictement supérieur à 1 et préférentiellement supérieur à 3 qui représente une valeur optimale pour permettre un bon confine-ment du plasma.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clai- rement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nul- lement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation du diagramme de phase de l'eau; - la figure 2 est une représentation des diagrammes de phase de l'hydrogène et de l'oxygène avec les valeurs correspondantes au point triple de chaque élément ; - la figure 3 représente en vue de dessus un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; - la figure 4 représente en vue de dessus un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; - la figure 5 représente en vue de dessus un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 6 représente en vue de dessus un quatrième mode de réali- sation du dispositif selon l'invention - la figure 7 représente en vue de dessus un cinquième mode de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 8 représente en vue de dessus un sixième mode de réalisa- tion du dispositif selon l'invention ; - la figure 9 représente en vue de dessus un septième mode de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 10 représente en vue de dessus un huitième mode de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 11 représente en vue de dessus un neuvième mode de réali- sation du dispositif selon l'invention - la figure 12 représente en vue de dessus un dixième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence. Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment en référence à la présentation générale de l'invention. La figure 3 est une représentation simplifiée en vue de dessus d'un dispositif 1 de production d'hydrogène à résonance cyclotronique électro- nique selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le dispositif 1 comporte : - une chambre étanche 2 (appelée indifféremment enceinte par la suite) sous vide ; - quatre barreaux d'aimants permanents 3, 4, 5 et 6 placés en dehors de la chambre 2 (les barreaux ont typiquement une hauteur comprise entre quelques centimètres et 1 m); - un condenseur cryogénique 8 pour piéger l'oxygène ; - un condenseur 7 pour piéger l'hydrogène ; - une pompe 13 pour le pompage de l'hydrogène gazeux ; - une tubulure 9 de récupération de l'eau non dissociée faisant office de condenseur de vapeur d'eau; - une pompe 10 de recyclage de l'eau non dissociée en phase vapeur ou liquide ; - des moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 2 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence (formés par un 1 o guide d'ondes ou un câble coaxial équipé d'une fenêtre haute fréquence étanche au vide non représentés) à l'intérieur de la chambre 2, lesdits moyens d'injection et de propagation étant illustrés par la flèche 11 et étant situés à proximité de l'aimant 4. La chambre 2 est sous vide, le vide étant effectué par des moyens de 15 pompage ad hoc. Afin d'avoir le moins d'impuretés possible dans la chambre 2, un vide résiduel de 10-4 mbar minimum est nécessaire. On peut toutefois abaisser davantage ce vide (typiquement jusqu'à 10-5 mbar) pour avoir encore moins d'impuretés dans la chambre 2. Pendant le fonctionne-ment du dispositif 1 (i.e. après l'injection de la vapeur d'eau dans la 20 chambre), la pression de travail de la chambre 2 est typiquement inférieure ou égale à 5.10-3 mbar, cette pression étant liée à la pression partielle de vapeur d'eau injectée dans la chambre 2. La structure magnétique formée par les quatre barreaux 3, 4, 5 et 6 entourant la chambre 2 produit à l'intérieur de la chambre 2 un champ ma- 25 gnétique dont la configuration est une configuration à miroir magnétique présentant au moins deux maxima et un minimum de champ magnétique et au moins une zone de résonance (ici une pluralité de zones de résonance représentées par des points blancs 21 localisés sur les lignes de champ 12). C'est une structure dite à minimum B : les électrons du plasma sont confinés 30 dans un puits magnétique.
Dans un dispositif à plasma magnétisé tel que le dispositif 1, les électrons sont bien confinés, tout particulièrement ceux qui ont une grande vitesse perpendiculaire par rapport aux lignes de champ magnétique. Lorsque les microondes sont injectées dans le plasma, elles tendent à se propager à travers le plasma jusqu'à la zone de résonance. En effet, le transfert d'énergie de la puissance microonde injectée aux électrons du plasma se produit en un lieu de champ magnétique Bres tel que la condition de résonance cyclotron électronique soit établie, c'est-à-dire lorsqu'il y a égalité entre la pulsation de l'onde haute fréquence WHF et la pulsation cyclotro- 1 o nique de l'électron : WHF = Wce = qe Bres/me. Un générateur de microondes non représenté est placé à l'extérieur de la chambre 2 ; ce générateur injecte des ondes hautes fréquences (HF) dans la chambre 2 via les moyens de propagation précités. La gamme de 15 fréquence des microondes peut aller du GHz à la centaine de GHz, le générateur le plus courant étant le magnétron à 2,45 GHz communément utilisé pour les fours microondes domestiques. Pour une fréquence de 2,45 GHz, on a un champ magnétique de résonance Bres=0,0875 T. Toutefois, pour des dispositifs de production d'hydrogène miniatures (pour des systèmes em- 20 barqués par exemple), on peut également utiliser des transistors de puissance comme générateur HF. En effet, il existe maintenant des transistors à effet de champ capables de délivrer environ 60 W à 14,5 GHz. Les moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 2 sont placés préférentiellement à proximité des moyens générateurs de microondes 25 (toutefois, on peut également choisir un autre emplacement pour des rai-sons de commodité). L'eau est introduite dans la chambre à plasma 2 en phase vapeur. Un moyen simple pour obtenir cette phase vapeur est de mettre un réservoir à eau en dépression à quelques dizaines de mbar. Grâce au principe de résonance cyclotron électronique, à chaque 3o passage au voisinage de la zone de résonance, les électrons vont acquérir de l'énergie. Ils vont alors pouvoir dissocier les molécules d'eau, puis au moins partiellement ioniser les produits de dissociation. Les électrons sui- vent les lignes de champ magnétique grâce à la loi de Laplace ; grâce à l'électroneutralité du plasma, ces ions vont ensuite suivre les électrons sur les lignes 12 de champ magnétique. Le meilleur taux de dissociation de l'eau étant obtenu pour des pres- sions de travail inférieures à 5X10-3 mbar, cette valeur est considérée comme une pression de travail maximale dans l'enceinte 2, d'autant plus que les électrons ne seraient plus guidés magnétiquement si l'on accroît cette pression au-delà de 5X10-3 mbar. Dans le cas qui nous intéresse, c'est-à-dire la production d'hydrogène 1 o à partir de la vapeur d'eau, seule la population d'électrons ayant quelques dizaines d'eV est utile. A la pression de travail considérée, la distribution en énergie des électrons va de quelques eV à quelques dizaines d'eV, cette distribution étant suffisamment large pour atteindre l'objectif d'ionisation recherché. 15 Avantageusement, la fenêtre d'entrée des ondes haute fréquence (représentée par l'extrémité de la flèche 11) est placée dans une zone de fort champ magnétique. De la sorte, le plasma diffusera dans la chambre à plasma et non vers la fenêtre HF qui aura alors une durée de vie sera illimitée. Il est également possible d'utiliser des plasmas dits sur-denses 20 (overdense en anglais) où la fréquence plasma est plus grande que la fréquence microondes. L'utilisation de plasmas sur-denses permet d'augmenter avantageusement la densité électronique donc d'augmenter l'efficacité du système. La vapeur d'eau est injectée sensiblement suivant l'axe AA' vertical 25 dans le plan de la feuille par les moyens d'injection. L'orientation des aimants 3, 4, 5 et 6 est telle que, à l'endroit où sont injectées la vapeur d'eau et les microondes (entre les deux aimants 4 et 5), deux polarités identiques se font face : ainsi les deux aimants 4 et 5 ont une même polarité nord (bien entendu, l'invention s'applique également avec 30 une même polarité sud). A l'inverse, à l'endroit de récupération de l'hydrogène (entre les deux aimants 3 et 6), les polarités qui se font face sont de signes opposés : ainsi, l'aimant 3 a une polarité nord et l'aimant 6 a une polarité sud. En outre, les polarités des aimants situés, d'une part du côté de l'injection de vapeur d'eau (aimant 4 ayant une polarité nord) et d'autre part du côté de la récupération d'hydrogène (aimant 6 ayant une polarité sud), sont de signes opposés. En conséquence, les lignes de champ magnétiques 12 sont courbées, permettant ainsi de récupérer la vapeur d'eau non dissociée ni ionisée sur le condenseur d'eau 9 placé à proximité de l'aimant 5, en ligne droite par rapport à l'axe AA' d'injection de vapeur d'eau. Si les lignes de champ magnétiques 12 n'étaient pas courbées, il n'y aurait pas possibilité de recycler l'eau non dissociée. En effet, les molécules 1 o d'eau non dissociées ne sont pas guidées par les lignes de champ magné-tique et vont préférentiellement en ligne droite par rapport à l'injection de la vapeur d'eau. En d'autres termes, dans un simple miroir axisymétrique, il faudrait récupérer au même endroit et en même temps l'eau non dissociée ainsi que l'hydrogène et l'oxygène dissocié, ce qui est difficilement réali- 15 sable. Le condenseur d'eau tubulaire 9 est placé directement dans l'enceinte 2 dans laquelle règne une pression de l'ordre de 10-3 mbar. La figure 2 qui représente diagramme de phase de l'eau, montre qu'à la pression considérée, non dissociée est toujours sous forme de vapeur pour des tempéra- 20 tures supérieures à 200K, ce qui est le cas dans la chambre 2 à plasma. Ce condenseur 9 est ici une tubulure verticale dans laquelle est établi un gradient de pression (de 10-3 mbar à 102 mbar ou 1 bar). Ainsi, l'eau, qui passe de la forme vapeur à la forme liquide, coule le long de la tubulure verticale 9 par gravité et est avantageusement recyclée via la pompe de recyclage 10. 25 Toutefois, si la tubulure de recyclage 9 est courte, le gradient de pression dans la tubulure peut rester faible et l'eau peut être réinjectée dans le dispositif 1 directement en phase vapeur. Les ions créés sont guidés le long des lignes de champ 12. A ce stade, le dispositif 1 selon l'invention doit séparer les différents 3o produits formés de manière à extraire l'hydrogène. Pour ce faire, on utilise avantageusement les diagrammes de phase des éléments hydrogène et oxygène pour les basses températures tels que représentés en figure 1. La pression de fonctionnement de l'enceinte 2 considérée étant inférieure à 5X10-3 mbar, on remarque que pour une température comprise entre 6K et 40K (préférentiellement comprise entre 5K et 30K), il est possible de cryocondenser l'oxygène tout en gardant l'hydrogène sous forme gazeuse. Ainsi, selon l'invention, on insère en extrémité du dispositif 1 à plasma une ou plu-sieurs plaques refroidies à une température telle que les deux éléments composant le plasma (oxygène et hydrogène) se trouvent sous des phases différentes (hydrogène gazeux et oxygène solide). La température est dé-terminée en calculant les pressions partielles d'hydrogène à partir de la den- t o sité initiale du plasma qui est en corrélée à la fréquence microondes injectée. La température est aussi déterminée pour minimiser la consommation électrique du cryo-réfrigérateur : elle sera préférentiellement voisine de 30K. En application de ce qui précède, le condenseur 8 d'oxygène est un cryo-panneau (ou panneau cryogénique) plein ou ajouré agencé en extrémi- 15 té des lignes de champ magnétiques 12. Ainsi, le plasma qui suit ces lignes de champ grâce à son électroneutralité, arrive près de la paroi 8 dont la température avoisine par exemple les 20-30K. Toutes les particules sont ainsi piégées hormis l'hydrogène qui restera en phase gazeuse. On notera que les différents composants issus de la dissociation de l'eau sont essen- 20 tiellement ; H2, 02, OH, H, O, 0+, H+, H2+, 02+, OH-. Tous les éléments ionisés se neutralisent avant de toucher une paroi (soit une paroi d'un cryopanneau soit une autre paroi), tandis que les éléments neutres se recombinent pour donner des éléments stables : H2, 02, H2O. Un condenseur 7 à parois froides (à une température inférieure à 5K 25 et différente de la température du condenseur 8) tel qu'un cryo-panneau plein ou ajouré est placé en dehors de lignes de champ magnétique pour cryocondenser l'hydrogène. Ainsi, hydrogène et oxygène sont fixés sur des parois froides indépendantes (respectivement le condenseur 7 pour récupérer l'hydrogène et le condenseur 8 pour geler l'oxygène sans geler 30 l'hydrogène) qu'il suffira de réchauffer indépendamment l'une de l'autre pour récupérer séparément hydrogène et oxygène soit sous forme liquide, soit sous forme gazeuse.
La pompe 13 pour le pompage de l'hydrogène gazeux est localisée en dehors des lignes de champ 12 à proximité de l'extrémité des lignes de champ 12 Ainsi, au niveau des lignes de champ 12, le condenseur 8 dont la température est de l'ordre de 20-30K piège l'oxygène du plasma. A cette température, l'hydrogène n'est pas piégé, reste gazeux et peut donc être pompé via les moyens de pompage 13. On constate donc que l'on peut utiliser indifféremment deux types de moyens de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation, l'oxygène 1 o étant piégé par ledit condenseur cryogénique 8 : un condenseur cryogénique 7 et/ou des moyens de pompage 13. On notera que, selon le quadrillage représenté en figure 3, un carreau correspond sensiblement à 1 cm ; dès lors, la largeur de la fenêtre d'injection des microondes est de l'ordre de 2 cm (cette échelle est valable 15 pour l'ensemble des figures 3 à 15). Toutefois, il convient de noter qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en adoptant des dimensions différentes, notamment plus élevées. Les dimensions de chaque aimant ont été calculées de manière à obtenir, dans la chambre à plasma, des zones de résonance, où les électrons prennent suffisamment d'énergie pour dissocier les 20 molécules d'eau et au moins partiellement ioniser les produits de dissociation. Ainsi, pour la fréquence de 2,45 GHz, les aimants ont typiquement une largeur de 5,4 cm et une longueur de 6,5 cm (il s'agit d'un exemple de réalisation mais il peut bien entendu y avoir d'autres combinaisons à une fréquence donnée). La hauteur est, quant à elle, définie par l'homme du métier 25 en fonction de la place disponible et de ses besoins. Elle peut aller, en effet de quelques centimètres à plusieurs mètres. La figure 4 est une variante de la figure précédente (les moyens en commun entre les dispositifs 1 et 20 portent les mêmes numéros de référence et réalisent les mêmes fonctions). Le dispositif 20 selon ce second 30 mode de réalisation se différencie du dispositif 1 de la figure 3 en ce qu'il comporte un condenseur 16 d'eau non dissociée, ledit condenseur 16 étant refroidi, par exemple avec de l'azote liquide (à 77K) de manière à fixer l'eau sous forme de glace (pour économiser de l'énergie électrique, on peut aussi recycler de l'eau liquide à quelques °C). Le condenseur 16 est agencé à proximité de l'aimant 5, en ligne droite par rapport à l'axe AA' d'injection de vapeur d'eau.
Dans ce cas, l'homme du métier pourra procéder à un cycle de réchauffement : sans arrêter l'injection des microondes, mais en stoppant l'apport externe de vapeur d'eau, un réchauffement progressif du condenseur créera à nouveau de la vapeur d'eau qui pourra alors être renvoyée dans la chambre 2 via des moyens de recyclage 17 : cette vapeur d'eau 1 o pourra donc être dissociée et ionisée. Avantageusement, deux condenseurs d'eau pourront être installés dans l'enceinte de telle manière qu'un condenseur sera porté à basse température pour piéger l'eau, tandis que l'autre sera en phase de réchauffement pour libérer de la vapeur d'eau. Le dispositif 20 selon l'invention comporte une enceinte de séparation 15 14 permettant d'éviter d'envoyer l'eau sous forme de vapeur n'importe où dans la chambre 2 (et notamment sur les parois). Cette enceinte de séparation est particulièrement utile lorsque la vapeur d'eau n'est pas introduite dans la chambre à plasma 2 sous la forme d'un jet directionnel. La figure 5 est une représentation simplifiée d'un dispositif 100 de 20 production d'hydrogène à résonance cyclotronique électronique selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif 100 comporte : - une chambre étanche sous vide à plasma; - quatre barreaux d'aimants permanents 103, 104, 105 et 106 placés 25 en dehors de la chambre 102 (les barreaux ont typiquement une hau- teur comprise entre quelques centimètres et 1 m, par exemple 270 mm selon le mode de réalisation décrit ici); - un condenseur 108 pour piéger l'oxygène ; - une pompe 120 pour le pompage de l'hydrogène gazeux ; - un condenseur 116 d'eau non dissociée et des moyens 117 de recyclage; - des moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 102 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence à l'intérieur de la chambre 102, lesdits moyens d'injection et de propagation étant illus- trés par la flèche 111 et étant situé à proximité de l'aimant 104 ; - un grillage 118 filtrant les ondes hautes fréquences ; - des moyens 119 de protection contre le piégeage de l'eau en dehors de la chambre 102. 1 o La chambre 102 est sous vide, le vide étant effectué par des moyens de pompage ad hoc. La structure magnétique formée par les quatre barreaux 103, 104, 105 et 106 entourant la chambre 102 produit à l'intérieur de la chambre 102 un champ magnétique dont la configuration est une configuration à miroir 15 magnétique présentant au moins deux maxima et un minimum de champ magnétique et au moins une zone de résonance (ici une pluralité de zones de résonance représentées par des points blancs 21 localisés sur les lignes de champ 112). Un générateur de microondes non représenté est placé à l'extérieur 20 de la chambre 102 ; ce générateur envoie des ondes hautes fréquences dans la chambre 102 via les moyens de propagation précités. Les moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 102 sont placés préférentiellement à proximité des moyens générateurs de microondes. L'eau est introduite dans la chambre à plasma 102 en phase va- 25 peur. Grâce au principe de résonance cyclotron électronique, à chaque passage au voisinage de la zone de résonance, les électrons vont acquérir de l'énergie. Ils vont alors pouvoir dissocier les molécules d'eau, puis ioniser au moins partiellement les produits de dissociation. Grâce à 3o l'électroneutralité du plasma, ces ions vont suivre les électrons sur les lignes 112 de champ magnétique.
La vapeur d'eau est injectée sensiblement suivant l'axe AA' vertical dans le plan de la feuille par les moyens d'injection. Le dispositif 100 selon l'invention comporte une enceinte de séparation 119 permettant d'éviter d'envoyer l'eau sous forme de vapeur n'importe où dans la chambre 102 (et notamment sur les parois). Cette enceinte de séparation est particulièrement utile lorsque la vapeur d'eau n'est pas introduite dans la chambre à plasma 102 sous la forme d'un jet directionnel. Le condenseur 116 d'eau non dissociée est refroidi, par exemple avec de l'azote liquide (à 77K) de manière à fixer l'eau sous forme de glace.
Le condenseur 116 est agencé à proximité de l'aimant 105, en ligne droite par rapport à l'axe AA' d'injection de vapeur d'eau. On peut bien entendu également conserver l'eau sous forme liquide avec un condenseur à quelques °C, cette dernière solution étant plus économique. Les 4 barreaux d'aimants permanents 103 (polarité sud), 104 (polarité nord), 105 (polarité nord) et 106 (polarité sud) sont placés de telle manière que les pôles de même signe se font face. Les inductions magnétiques de tous ces aimants sont égales en valeur absolue. La distance entre les aimants 104 et 103 étant plus courte que la distance entre les aimants 104 et 106, les lignes de champ magnétiques vont de 104 à 103. Le rôle des ai- mants est d'obtenir des lignes de champ magnétique et de créer des zones de RCE. Dans un exemple de réalisation pour une fréquence microondes de 2,45GHz, la section de base d'un barreau d'aimant est voisine de 5,4 cm X 6,5 cm. La hauteur, quant à elle peut varier de quelques centimètres à plu-sieurs mètres. La vapeur d'eau est injectée au niveau de l'aimant 104 dans la direction AA' parallèle aux lignes de champ magnétique. Il en est de même pour les microondes. De la sorte, la vapeur d'eau qui n'est pas utilisée dans le plasma va directement sur le condenseur H2O 116 pour être recyclée via les moyens de recyclage 117. La courbure des lignes de champ permet de ne pas récupérer dans une même zone, l'eau non dissociée, l'hydrogène et l'oxygène. A cause des différences de température de condensation de ces éléments, il y aurait une accumulation de glace qui diminuerait fortement l'efficacité du système jusqu'à l'arrêt de la machine.
Le condenseur 108 dont la température est de l'ordre de 20-30K piège l'oxygène du plasma. Ce condenseur 108 d'oxygène est par exemple un cryo-panneau (ou panneau cryogénique) plein ou ajouré agencé en extrémité des lignes de champ magnétiques 112. A cette température, l'hydrogène n'est pas piégé, reste gazeux et peut donc être pompé via les moyens de pompage 120. Il convient alors de réaliser des cycles de régénération pour évacuer l'oxygène qui s'accumule au cours du temps sur la paroi froide du condenseur 108. On notera que le dispositif 100 selon l'invention consiste en une ver- sion de l'invention où les lignes de champ magnétiques sont fortement cour-bées de sorte que l'on obtient une partie centrale à champ quasi plat. Cette forme avantageuse permet une bonne séparation de l'eau non dissociée qui quitte rapidement le plasma. La figure 5 montre aussi que le nombre de zones de résonances augmentent, ce qui est avantageux pour les proces- sus de dissociation de molécules et d'ionisation des atomes formés. En outre cette disposition permet de placer un catalyseur sur quasi-ment toute la longueur de la machine comme cela sera illustré en figure 7. On notera en outre qu'il y a également des lignes de champ magné-tiques qui vont de l'aimant 105 à l'aimant 106 avec aussi des zones de ré- sonance. Les moyens 116 de récupération d'eau ne doivent préférentielle-ment pas se trouver dans une zone de plasma dense. Pour cela, le grillage HF 118 dont la maille sera de faible dimension par rapport à la longueur d'onde des microondes injectées, permet d'obtenir un plasma uniquement dans la zone désirée. La maille est choisie de manière à empêcher la pro- pagation des microondes tout en laissant passer les molécules d'eau. La figure 6 est une variante de la figure précédente (les moyens en commun entre les dispositifs 100 et 200 portent les mêmes numéros de référence et réalisent les mêmes fonctions). Le dispositif 200 selon ce quatrième mode de réalisation se différencie du dispositif 100 de la figure 5 en ce qu'il 3o comporte un système à condenseurs cryogéniques pour piéger l'hydrogène. Ce système est ici réalisé sous la forme de deux parois froides 207 et 213, dont la température est inférieure à 5K, qui piègent l'hydrogène. Ici aussi, le condenseur 108 à paroi froide destiné à piéger l'oxygène est situé dans les lignes de champ magnétique 112 alors que les parois froides 207 et 213 destinées à piéger l'hydrogène sont placées en dehors de lignes de champ magnétique 112.
On notera que le grillage HF n'est pas représenté sur la figure 6. La figure 7 représente en vue de dessus un cinquième mode de réalisation d'un dispositif 300 selon l'invention. Le dispositif 300 est identique au dispositif 200 de la figure 6 (les moyens en commun entre les dispositifs 200 et 300 portent les mêmes numéros de référence et réalisent les mêmes 1 o fonctions) et comporte en plus une surface de catalyseur 301 placée dans la zone de miroir magnétique, de préférence entre les zones de résonance. Cette surface de catalyseur est destinée à augmenter l'efficacité de dissociation de l'eau et l'ionisation des éléments dissociés : elle fixe les molécules d'eau pour augmenter le rendement de dissociation de l'eau par impacts 15 électroniques du plasma sur cette surface. Le catalyseur 301 est par exemple une surface à base de TiO2. Compte tenu du fait que le catalyseur 301 est placé non loin du plasma, le dispositif selon l'invention conçue pour dissocier l'eau peut avantageuse-ment servir, dans un premier temps, au traitement de surface du catalyseur 20 pour en augmenter son efficacité : dans ce cas on utilisera un plasma d'argon. Ce catalyseur est placé proche du plasma de manière à pouvoir bénéficier d'un traitement de surface dans une première phase d'utilisation de la machine. Ensuite, le caractère hydrophile de ce catalyseur permettra de réguler l'afflux de vapeur d'eau dans la machine. Ainsi le dispositif pourra 25 fonctionner soit avec un système de récupération de H2O non dissocié, soit avec un catalyseur, soit avec une combinaison des deux procédés de régulation de la quantité d'eau dans le dispositif. La figure 8 représente en vue de dessus un sixième mode de réalisation d'un dispositif 400 selon l'invention. Ce dispositif 400 se différencie du 30 dispositif 200 de la figure 6 en ce qu'il comporte : - quatre aimants permanents 403, 404, 405 et 406 tels que l'aimantation de l'aimant 403 (pôle sud) est 0,7 fois plus faible que l'aimantation de l'aimant 406 (pôle sud) qui a lui-même une même aimantation que les aimants 404 et 405 (deux pôles nord) ; - un second condenseur cryogénique 108' pour piéger l'oxygène ; - un second système à condenseurs cryogéniques pour piéger l'hydrogène réalisé sous la forme de deux parois froides 207' et 213'. Les autres moyens en commun entre le dispositif 200 selon la figure 6 et le dispositif 400 selon la figure 8 portent les mêmes numéros de référence. Grâce à la structure magnétique formée par les quatre aimants per- manents 403 à 406, les lignes de champ 212 se divisent en deux séries 412 et 412' de lignes de champ magnétiques de manière à pouvoir alternative-ment récupérer l'hydrogène et l'oxygène en deux endroits différents. Pour cela, il suffit de diminuer, en valeur absolue, la valeur de l'aimantation de l'aimant 403 par rapport à l'aimantation des aimants 404, 405 et 406.
De par les valeurs d'aimantation choisies, les lignes de champs 412 et 412' iront de l'aimant 404 au niveau duquel sont injectés la vapeur d'eau et les microondes respectivement vers les aimants 406 et 403. Le dispositif 400 comporte ainsi deux enceintes de récupération 407 et 408.
L'enceinte de récupération 408 comporte : - les deux parois froides 207 et 213, dont la température est inférieure à 5K, qui piègent l'hydrogène. - le condenseur 108 à paroi froide destiné à piéger l'oxygène situé, ledit condenseur 108 interceptant la série 412 de lignes de champ magnétique alors que les parois froides 207 et 213 destinées à piéger l'hydrogène sont placées en dehors de la série 412 de lignes de champ magnétique. L'enceinte de récupération 407 comporte : - les deux parois froides 207' et 213', dont la température est inférieure à 5K, qui piègent l'hydrogène. - le condenseur 108' à paroi froide destiné à piéger l'oxygène situé, ledit condenseur 108' interceptant la série 412' de lignes de champ magnétique alors que les parois froides 207' et 213' destinées à piéger l'hydrogène sont placées en dehors de la série 412' de lignes de champ magnétique. Ces deux enceintes 408 et 407 sont alternativement reliées à la chambre à plasma 102, par exemple par l'intermédiaire d'une vanne tiroir 414. Ainsi, pendant que les condenseurs situés au niveau de l'enceinte 407 piègent séparément les particules, l'enceinte 408 est isolée de la chambre à 1 o plasma 102 pour régénérer successivement les deux condenseurs : ce processus de régénération se fait d'abord par élévation de la température de 5K à une température inférieure à 30K pour que l'hydrogène passe en phase gazeuse et puisse être pompé, puis par élévation de la température à une température supérieure à 40K pour pomper l'oxygène devenu gazeux. 15 Le dispositif 400 selon l'invention utilise ici un exemple de plasma à 3 branches : l'injection de vapeur d'eau et des microondes se fait dans une branche, puis le plasma est divisé en deux branches où sont placés les systèmes de récupération d'hydrogène et d'oxygène. La figure 9 représente en vue de dessus un septième mode de réali- 20 sation d'un dispositif 500 selon l'invention. Le dispositif 500 comporte : - une chambre étanche 502 sous vide ; - six barreaux d'aimants permanents 503, 503', 504, 505, 506 et 506' placés en dehors de la chambre 502; les aimants 503 (pôle sud) et 25 506 (pôle sud) se font face de part et d'autre de la chambre 502 ; les aimants 504 (pôle nord) et 505 (pôle nord) se font face de part et d'autre de la chambre 502 ; les aimants 503' (pôle sud) et 504' (pôle sud) se font face de part et d'autre de la chambre 502 ; - des moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 502 et des 3o moyens de propagation d'ondes haute-fréquence à l'intérieur de la chambre 502, lesdits moyens d'injection et de propagation étant illustrés par la flèche 511 et étant situés à proximité de l'aimant 504 ; - deux enceintes de récupération non représentées ; - un condenseur 516 d'eau non dissociée.
La chambre 502 est sous vide, le vide étant effectué par des moyens de pompage ad hoc. La structure magnétique formée par les six aimants permanents 503, 503', 504, 505, 506 et 506' entourant la chambre 502 produit à l'intérieur de la chambre 502 un champ magnétique dont la configuration est une configuration à miroir magnétique présentant au moins deux maxima et un minimum de champ magnétique et au moins une zone de résonance (ici une pluralité de zones de résonance représentées par des points blancs 21 localisés sur les lignes de champ 512 et 512'). Les six aimants permanents 503, 503', 504, 505, 506 et 506' sont tels 15 que l'aimantation des aimants 503 et 503' (ayant tous les deux une polarité sud) est 0,7 fois plus faible que l'aimantation des aimants 504 et 505 (ayant tous les deux une polarité nord) et des aimants 506 et 506' (ayant tous les deux une polarité sud). Grâce à la structure magnétique formée par les six aimants perma- 20 nents 503, 503', 504, 505, 506 et 506', les lignes de champ se divisent en deux séries 512 et 512' de lignes de champ magnétiques de manière à récupérer l'hydrogène et l'oxygène en deux endroits différents grâce aux pièges cryogéniques que nous détaillerons par la suite. Pour cela, il suffit de diminuer, en valeur absolue, la valeur de l'aimantation des aimants 503 et 25 503' par rapport à l'aimantation des aimants 505, 504, 506 et 506'. Ce faisant, on guide les lignes de champ magnétiques aux endroits où l'on a placé les condenseurs. De par les valeurs d'aimantation choisies, les lignes de champs 512 et 512' iront de l'aimant 504 au niveau duquel sont injectés la vapeur d'eau et les microondes vers les aimants 506 et 506'. 30 La première enceinte de récupération comporte : - deux parois froides 507 et 513, dont la température est inférieure à 5K, qui piègent l'hydrogène ; - un condenseur 508 à paroi froide destiné à piéger l'oxygène situé, le-dit condenseur 508 interceptant la série 512 de lignes de champ ma- gnétique alors que les parois froides 507 et 513 destinées à piéger l'hydrogène sont placées en dehors de la série 512 de lignes de champ magnétique. La deuxième enceinte de récupération comporte : - deux parois froides 507' et 513', dont la température est inférieure à 5K, qui piègent l'hydrogène. - un condenseur 508' à paroi froide destiné à piéger l'oxygène situé, ledit condenseur 508' interceptant la série 512' de lignes de champ magnétique alors que les parois froides 507' et 513' destinées à piéger l'hydrogène sont placées en dehors de la série 512' de lignes de champ magnétique. Grâce au principe de résonance cyclotron électronique, à chaque passage au voisinage de la zone de résonance, les électrons vont acquérir de l'énergie. Ils vont alors pouvoir dissocier les molécules d'eau, puis ioniser au moins partiellement les produits de dissociation. Grâce à l'électroneutralité du plasma, ces ions vont suivre les électrons sur les lignes 512 et 512' de champ magnétique. Le condenseur 516 d'eau non dissociée est refroidi, par exemple avec de l'azote liquide (à 77K) de manière à fixer l'eau sous forme de glace (comme déjà expliqué précédemment, il est également possible et plus éco- nomique de récupérer sous forme liquide à quelques °C). Le condenseur 516 est agencé à proximité de l'aimant 505, en ligne droite par rapport à l'axe AA' d'injection de vapeur d'eau. La vapeur d'eau est injectée au niveau de l'aimant 504 dans la direction AA' parallèle aux lignes de champ magné-tique. Il en est de même pour les microondes. De la sorte, la vapeur d'eau qui n'est pas utilisée dans le plasma va directement sur le condenseur H20 516 pour être recyclée via des moyens de recyclage 517.
Comme dans le cas de la figure 8, les deux enceintes de récupération peuvent être alternativement reliées à la chambre à plasma 502, par exemple par l'intermédiaire d'une vanne tiroir non représentée. Ainsi, pendant que les condenseurs situés au niveau de la première enceinte piègent séparément les particules, la deuxième enceinte est isolée de la chambre à plasma 502 pour régénérer successivement les deux condenseurs. La figure 10 représente en vue de dessus un huitième mode de réalisation d'un dispositif 600 selon l'invention. Le dispositif 600 comporte : - une chambre étanche 602 sous vide ; - six barreaux d'aimants permanents 603, 603', 604, 605, 606 et 606' placés en dehors de la chambre 602; les aimants 603 (pôle sud) et 606 (pôle sud) se font face de part et d'autre de la chambre 602 ; les aimants 604 (pôle nord) et 605 (pôle nord) se font face de part et d'autre de la chambre 602 ; les aimants 603' (pôle sud) et 604' (pôle sud) se font face de part et d'autre de la chambre 602 ; - des moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 602 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence à l'intérieur de la chambre 602, lesdits moyens d'injection et de propagation étant illus- trés par la flèche 611 et étant situés à proximité de l'aimant 604 ; - deux condenseurs 608 et 608' d'oxygène réalisés sous la forme de parois froides agencées en extrémité des lignes de champ magné-tiques 612 et 612' ; - deux condenseurs 609 et 610 à parois froides pour la récupération de l'hydrogène (à une température inférieure à 5K) localisés à proximité de l'extrémité des lignes de champ 612' mais n'interceptant pas les lignes de champ 612'. - une pompe 613 pour le pompage de l'hydrogène gazeux localisée à proximité de l'extrémité des lignes de champ 612 ; une surface de catalyseur 614 placée dans la zone de miroir magné-tique, de préférence entre les zones de résonance La chambre 602 est sous vide, le vide étant effectué par des moyens de pompage ad hoc (typiquement un vide résiduel de 0,1 Pa est suffisant).
La structure magnétique formée par les six aimants permanents 603, 603', 604, 605, 606 et 606' entourant la chambre 602 produit à l'intérieur de la chambre 602 un champ magnétique dont la configuration est une configuration à miroir magnétique présentant au moins deux maxima et un minimum de champ magnétique et au moins une zone de résonance (ici une pluralité 1 o de zones de résonance représentées par des points blancs 21 localisés sur les lignes de champ 612 et 612'). Les six aimants permanents 603, 603', 604, 605, 606 et 606' sont tels qu'ils présentent une même aimantation et une même dimension. Grâce à la structure magnétique formée par les six aimants perma- 15 nents 603, 603', 604, 605, 606 et 606', les lignes de champ se divisent en deux séries 612 et 612' de lignes de champ magnétiques de manière à récupérer l'hydrogène et l'oxygène en deux endroits différents. De par les va-leurs d'aimantation choisies, les lignes de champs 612 et 612' iront de l'aimant 604 au niveau duquel sont injectés la vapeur d'eau et les mi- 20 croondes vers les aimants 603 et 603' (les lignes vont du nord vers le sud par le plus court chemin dans la mesure où tous les aimants ont la même induction). Grâce au principe de résonance cyclotron électronique, à chaque passage au voisinage de la zone de résonance, les électrons vont acquérir 25 de l'énergie. Ils vont alors pouvoir dissocier les molécules d'eau, puis ioniser les produits de dissociation. Grâce à l'électroneutralité du plasma, ces ions vont suivre les électrons sur les lignes 612 et 612' de champ magnétique. Dans le cas du dispositif 600, l'hydrogène est récupéré de deux façons différentes : 30 Ainsi, au niveau des lignes de champ 612, le condenseur 608 dont la température est de l'ordre de 20-30K piège l'oxygène du plasma. A cette température, l'hydrogène n'est pas piégé, reste gazeux et peut donc être pompé via les moyens de pompage 613. Au niveau des lignes de champ 612', le plasma qui suit ces lignes de champ grâce à son électroneutralité, arrive près de la paroi 608' dont la température avoisine par exemple les 20-30K. Toutes les particules sont ainsi piégées hormis l'hydrogène qui restera en phase gazeuse. Les deux condenseurs 609 et 610 à parois froides (à une température inférieure à 5K et différente de la température du condenseur 608') sont placées en dehors de lignes de champ magnétique pour cryocondenser l'hydrogène. 1 o Le dispositif 600 ne comporte pas de condenseur d'eau non dissociée mais comporte en plus une surface de catalyseur 614 placée dans la zone centrale de miroir magnétique, de préférence entre les zones de résonance et agencé en ligne droite par rapport à l'axe AA' d'injection de vapeur d'eau. Cette surface de catalyseur est destinée à augmenter l'efficacité de disso- 15 ciation de l'eau et l'ionisation des éléments dissociés : elle fixe les molécules d'eau pour augmenter le rendement de dissociation de l'eau par impacts électroniques du plasma sur cette surface. On peut dés lors considérer que la majorité de la vapeur d'eau va être dissociée et qu'un condenseur de récupération d'eau non dissociée n'est pas nécessaire ; la présence du con- 20 denseur de récupération d'eau améliore cependant l'efficacité du dispositif. Le dispositif 600 comporte par ailleurs des moyens 615 de protection contre le piégeage de l'eau en dehors de la chambre 102 La figure 11 représente en vue de dessus un neuvième mode de réalisation d'un dispositif 700 selon l'invention. 25 Le dispositif 700 est sensiblement identique au dispositif 500 de la figure 9 (les moyens en commun entre les dispositifs 200 et 300 portent les mêmes numéros de référence et réalisent les mêmes fonctions) ; le dispositif 700 se différencie du dispositif 500 en ce qu'il comporte deux aimants permanents identiques 704 et 705 (deux pôles nord) à la place des aimants 30 permanents 504 et 505. L'aimant 704 se trouve au niveau de l'injection de vapeur d'eau et de microondes 511. La largeur des aimants 704 et 705 a été augmentée par rapport à celles des aimants 504 et 505. Dès lors, la taille de la zone de résonance au niveau de l'injection 511 dans le dispositif 700 est plus importante que celle du dispositif 500. De par la disposition, la taille et la distance séparant les différents aimants 503, 506, 704, 705, 503' et 506', le dispositif 700 selon l'invention permet de générer un plasma à 5 branches : l'injection de vapeur d'eau et des microondes se fait dans une branche, puis le plasma est divisé en quatre branches 712, 712', 712" et 712ù où sont placés les systèmes de récupération d'hydrogène et d'oxygène. Il y a donc quatre systèmes de récupération d'hydrogène et 1 o d'oxygène comportant chacun : - deux parois froides (respectivement 507 et 513, 507' et 513', 707 et 713, 707' et 713') dont la température est inférieure à 5K, qui piègent l'hydrogène. - un condenseur (respectivement 508, 508', 708, 708') à paroi froide 15 destiné à piéger l'oxygène situé, ledit condenseur interceptant la série (respectivement 712, 712', 712", 712"') de lignes de champ magné- tique alors que les parois froides destinées à piéger l'hydrogène sont placées en dehors de la série de lignes de champ magnétique. La figure 12 représente en vue de dessus un dixième mode de réali- 20 sation d'un dispositif 800 selon l'invention. Le dispositif 800 est un système complet qui occupe toute la chambre à plasma. Les injections microondes sont multiples, tout comme les systèmes de récupération d'hydrogène. Le dispositif 800 comporte : - une chambre étanche 802 sous vide ; 25 - six barreaux d'aimants permanents 803, 803', 804, 805, 806 et 806' placés en dehors de la chambre 802 et présentant la même aimanta- tion et les mêmes dimensions; les aimants 803 (pôle sud) et 806 (pôle sud) se font face de part et d'autre de la chambre 602 à une extrémité de celle-ci; les aimants 804 (pôle nord) et 805 (pôle nord) se font face 30 de part et d'autre de la chambre 902 au centre de celle-ci; les aimants 803' (pôle sud) et 804' (pôle sud) se font face de part et d'autre de la chambre 602 à l'autre extrémité de celle-ci; - des premiers moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 802 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence à l'intérieur de la chambre 802, lesdits premiers moyens d'injection et de propagation étant illustrés par la flèche 811 et étant situés à proximité de l'aimant 806' ; - des seconds moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 802 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence à l'intérieur de la chambre 802, lesdits seconds moyens d'injection et de propagation étant illustrés par la flèche 811' et étant situés à proximité de l'aimant 803' ; - des troisièmes moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 802 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence à l'intérieur de la chambre 802, lesdits troisièmes moyens d'injection et de propagation étant illustrés par la flèche 811" et étant situés à proximité de l'aimant 803 ; - des quatrièmes moyens d'injection de vapeur d'eau dans la chambre 802 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence à l'intérieur de la chambre 802, lesdits quatrièmes moyens d'injection et de propagation étant illustrés par la flèche 811û et étant situés à proximité de l'aimant 806 ; - un premier condenseur 808 d'oxygène réalisé sous la forme de parois froides agencées en extrémité des lignes de champ magnétiques 812' et 812" ; - un deuxième condenseur 808' d'oxygène réalisé sous la forme de parois froides agencées en extrémité des lignes de champ magnétiques 812 et 812"'; - une première pompe 813 pour le pompage de l'hydrogène gazeux Io- calisée à proximité des lignes de l'extrémité des lignes de champ 812' et 812"; une deuxième pompe 813' pour le pompage de l'hydrogène gazeux localisée à proximité des lignes de l'extrémité des lignes de champ 812 et 812"'; - quatre surfaces de catalyseur 814, 814', 814" et 814ù placées dans la zone centrale du miroir magnétique. Grâce à la structure magnétique formée par les six aimants permanents 803, 803', 804, 805, 806 et 806', le dispositif 800 selon l'invention permet de générer un plasma à 6 branches : l'injection de vapeur d'eau et des microondes se fait dans les quatre branches 812, 812', 812" et 812ùau niveau, les deux branches 812' et 812" se rejoignant à l'emplacement où sont placés les systèmes de récupération d'hydrogène et d'oxygène 808 et 813 et les deux branches 812 et 812ù se rejoignant à l'emplacement où sont placés les systèmes de récupération d'hydrogène et d'oxygène 808' et 813'. On notera que le dispositif 800 ne comporte pas de condenseur d'eau non dissociée mais comporte quatre surfaces de catalyseur 814, 814', 814" et 814ù destinées à augmenter l'efficacité de dissociation de l'eau et l'ionisation des éléments dissociés. On notera en outre que le dispositif 800 comporte deux systèmes de recyclage de l'eau non dissociée (en faible quantité de par la présence des surfaces de catalyseur) utilisant chacun une pompe de recyclage 815 et 815'. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Ainsi, si on souhaite traiter une quantité d'eau plus importante, il est possible d'augmenter les dimensions de l'appareillage tout en veillant à avoir de zones de résonance dans la chambre à plasma. Il est par ailleurs possible d'utiliser des bobines (supraconductrices ou non) de champ magnétiques pour créer des champs plus intenses. Même si l'invention a été plus particulièrement décrite pour une fréquence de résonance à 2,45 GHz, on peut bien entendu utiliser des fré- quences microondes plus importantes.
Comme nous l'avons également noté, pour certaines applications et/ou plus d'efficacité du dispositif, il est tout à fait possible de multiplier le nombre de branches du plasma. De la sorte, il est possible d'avoir un dispositif selon l'invention comportant : - soit plusieurs systèmes de récupération d'hydrogène (en phase gazeuse ou non) et d'oxygène ; - soit plusieurs systèmes de récupération d'eau ; - soit plusieurs catalyseurs ; - soit plusieurs systèmes d'injection (microondes et/ou vapeur d'eau) ; 1 o ces systèmes pouvant être utilisés en combinaison les uns avec les autres.

Claims (31)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de production d'hydrogène à partir d'un plasma à la résonance cyclotronique électronique comportant : - une chambre étanche (2) sous vide destinée à contenir un plasma, - des moyens (11) d'injection d'une onde haute-fréquence à l'intérieur de ladite chambre (2), - une structure magnétique (3, 4, 5, 6) pour engendrer un champ magnétique dans ladite chambre (2) et générer une nappe de plasma suivant les lignes de champ magnétique (12), le module dudit champ magnétique présentant une configuration de miroir magnétique avec au moins une zone de résonance cyclotron électronique (21), - des moyens d'injection (11) de vapeur d'eau dans ladite chambre (2), les électrons du plasma dissociant au moins partiellement les molécules d'eau introduites en phase vapeur et ionisant au moins partiellement les produits de la dissociation, ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un condenseur cryogénique (8) pour geler l'oxygène issu de la dissociation sans geler l'hydrogène issu de la dissociation, - des moyens (7, 13) de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation, l'oxygène étant piégé par ledit condenseur cryogénique (8).
  2. 2. Dispositif (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (9) de récupération de l'eau non dissociée, les lignes de champ générées par ladite structure magnétique étant courbées par rap- 3o port à l'axe d'injection de la vapeur d'eau, lesdits moyens (9) de récupération de l'eau non dissociée étant sensiblement agencés suivant l'axe (AA') d'injection de la vapeur d'eau. 10 15 20 25
  3. 3. Dispositif (1) selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens (9) de récupération de l'eau non dissociée comportent une seconde chambre (9) reliée à ladite chambre à plasma.
  4. 4. Dispositif (20) selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée sont formés par un condenseur (16). 1 o
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée sont séparés de la-dite chambre à plasma par un dispositif à diaphragme.
  6. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce 15 qu'il comporte au moins un système (10) de réinjection de l'eau non dissociée en phase vapeur et issue desdits moyens de récupération (9) de l'eau non dissociée.
  7. 7. Dispositif (100) selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce 20 qu'il comporte un grillage (118) présentant un maillage permettant d'arrêter la propagation des ondes hautes fréquences de sorte que lesdits moyens (116) de récupération de l'eau non dissociée sont agencés dans une zone sensiblement sans plasma. 25
  8. 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit condenseur cryogénique (1) pour geler l'oxygène issu de la dissociation sans geler l'hydrogène issu de la dissociation est à une température comprise entre 6 et 41 K pour une pression moyenne comprise entre 10-3 mbar et 5X10-3 mbar dans ladite chambre. 30
  9. 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit condenseur cryogénique (8) pour geler l'oxygène est un panneau cryogénique plein ou ajouré.5
  10. 10. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit condenseur cryogénique (8) pour geler l'oxygène est agencé de façon à intercepter lesdites lignes de champ (12) formées par ladite structure magnétique (3, 4, 5, 6).
  11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 précédentes caractérisé en ce que ledit condenseur cryogénique pour geler l'oxygène est un panneau cryogénique qui entoure lesdites lignes de champ formés par ladite 1 o structure magnétique.
  12. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte apte à récupérer l'oxygène lorsque ledit condenseur cryogénique pour geler l'oxygène est régénéré par élévation de 15 température.
  13. 13. Dispositif (100) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens (120) de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation comportent une pompe servant à pomper l'hydrogène en phase 20 gazeuse.
  14. 14. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens (7, 13) de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation comportent au moins un condenseur cryogénique pour geler 25 l'hydrogène, ledit condenseur cryogénique étant à une température inférieure à la température dudit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène, ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène étant disposé de façon à piéger l'oxygène avant que ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène ne piège 30 l'hydrogène.
  15. 15. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte apte à récupérer l'hydrogène lorsque ledit conden-seur cryogénique pour geler l'hydrogène est régénéré par élévation de température.
  16. 16. Dispositif (400) selon la revendication 15 caractérisé en ce qu'il corn- porte : - une première enceinte (408) incluant : • un premier condenseur cryogénique (108) pour geler l'oxygène ; • un premier condenseur cryogénique (207, 213) pour geler l'hydrogène ; - une deuxième enceinte (407) incluant : • un deuxième condenseur cryogénique (108') pour geler l'oxygène ; • un deuxième condenseur cryogénique (207', 213') pour geler l'hydrogène ; chacune desdites première et deuxième enceintes (408, 407) étant aptes à récupérer l'oxygène et l'hydrogène indépendamment l'une de l'autre par ré-génération, ladite régénération se faisant par élévation progressive de la température pour que l'hydrogène passe d'abord en phase gazeuse et soit récupéré et l'oxygène passe ensuite en phase gazeuse et soit récupéré.
  17. 17. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 16 caractérisé en ce que ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène comporte au moins un panneau cryogénique plein ou ajouré.
  18. 18. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 17 caractérisé en ce qu'il comporte un grillage polarisé placé en avant, par rapport au plasma, dudit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène et/ou du-dit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène.
  19. 19. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 17 caractérisé en ce que ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène et/ou 30ledit au moins un condenseur cryogénique pour geler l'oxygène sont polarisés négativement pour repousser les électrons vers le plasma.
  20. 20. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens (7, 13) de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation sont agencés pour ne pas intercepter lesdites lignes de champ magnétique (12).
  21. 21. Dispositif (300) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins une surface de catalyseur (301) pour fixer les molécules d'eau et augmenter le rendement de dissociation de l'eau par impacts électroniques du plasma sur ladite surface.
  22. 22. Dispositif (300) selon la revendication précédente caractérisé en ce 15 que ladite surface de catalyseur (301) est placée dans la zone de miroir magnétique, de préférence entre les zones de résonance.
  23. 23. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite structure magnétique comporte des aimants permanents (3, 20 4, 5, 6).
  24. 24. Dispositif (1) selon la revendication 23 caractérisé en ce que la structure magnétique comporte des aimants permanents (4, 5) dont les pôles qui se font face dans la zone d'injection de la vapeur d'eau sont de même na- 25 ture.
  25. 25. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 24 caractérisé en ce que la structure magnétique comporte des aimants permanents dont les pôles qui se font face, dans la zone de récupération de l'hydrogène sont de 30 même sens, les valeurs d'aimantation de ces aimants étant soit identiques soit différentes.
  26. 26. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 24 caractérisé en ce que la structure magnétique comporte des aimants permanents dont les pôles qui se font face, dans la zone de récupération de l'hydrogène sont de sens opposé.
  27. 27. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 26 caractérisé en ce que l'aimant permanent situé dans la zone d'injection de la vapeur d'eau est de même polarité que l'aimant situé dans la zone de récupération de l'hydrogène.
  28. 28. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 27 caractérisé en ce que la structure magnétique comporte des aimants permanents de tailles différentes et présentant soit une même aimantation soit des aimantations différentes.
  29. 29. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la structure magnétique comporte des bobines à température ambiante et/ou des bobines supraconductrices à basse ou haute température critique, dites bas ou haut Tc. 20
  30. 30. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée desdits moyens de propagation d'une onde haute-fréquence à l'intérieur de ladite chambre est placée dans un champ magné-tique dont le module est supérieur au module du champ magnétique de ré- 25 sonance pour que le plasma diffuse vers la chambre et éviter ainsi des impacts du plasma sur ladite fenêtre.
  31. 31. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport miroir entre les maxima de champ magnétique dudit miroir 30 magnétique et le minimum de champ magnétique dudit miroir magnétique est strictement supérieur à 1 et préférentiellement supérieur à 3. 10 15
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108502847A (zh) * 2018-04-29 2018-09-07 杭州世路胜环保科技有限公司 一体化等离子体制氢装置
CN112209343A (zh) * 2020-11-16 2021-01-12 北京佳锐鸿科技发展有限责任公司 一种磁旋转非平衡滑移弧重整天然气制氢系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2583250A1 (fr) * 1985-06-07 1986-12-12 France Etat Procede et dispositif d'excitation d'un plasma par micro-ondes a la resonance cyclotronique electronique
EP0967628A2 (fr) * 1996-10-08 1999-12-29 H.-P. Ehret Source d' ion ECR : 2,45GHz
US20040265137A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Ronny Bar-Gadda Method for generating hydrogen from water or steam in a plasma
WO2005005009A2 (fr) * 2003-06-30 2005-01-20 Bar-Gadda, Llc. Dissociation de l'eau moleculaire en hydrogene moleculaire
DE102004030717A1 (de) * 2004-06-25 2006-01-19 Mayer, Günter, Dipl.-Ing. Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von geothermer und regenerativer Energie durch die Umwandlung in chemische Energie

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL102064A (en) * 1992-06-01 1995-03-30 Yeda Res & Dev Method and apparatus for the separate recovery of a high molecular weight gas and a low molecular weight gas from a gaseous starting mixture
US6505472B1 (en) * 2001-08-20 2003-01-14 Praxair Technology, Inc. Cryogenic condensation system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2583250A1 (fr) * 1985-06-07 1986-12-12 France Etat Procede et dispositif d'excitation d'un plasma par micro-ondes a la resonance cyclotronique electronique
EP0967628A2 (fr) * 1996-10-08 1999-12-29 H.-P. Ehret Source d' ion ECR : 2,45GHz
US20040265137A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Ronny Bar-Gadda Method for generating hydrogen from water or steam in a plasma
WO2005005009A2 (fr) * 2003-06-30 2005-01-20 Bar-Gadda, Llc. Dissociation de l'eau moleculaire en hydrogene moleculaire
DE102004030717A1 (de) * 2004-06-25 2006-01-19 Mayer, Günter, Dipl.-Ing. Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von geothermer und regenerativer Energie durch die Umwandlung in chemische Energie

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOCKRIS J O'M ET AL: "On the splitting of water", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., BARKING, GB, vol. 10, no. 3, 1 January 1985 (1985-01-01), pages 179 - 201, XP025414060, ISSN: 0360-3199, [retrieved on 19850101] *

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