FR3097217A1 - Device for hyper concentration and transport of remote solar energy by optical fiber associated with a process for producing an h2 / o2 mixture by thermophotolysis - Google Patents

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Abstract

Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène à partir d’un concentrateur d’énergie solaire comportant un moyen de collecte de l’énergie solaire constitué par une ou plusieurs fibres optiques caractérisé en ce que l’entrée et la sortie de la ou des fibres optiques creuse est constituée par une zone non étirée de la préforme permettant le transport distant du flux solaire.Device for producing a hydrogen / oxygen pair from a solar energy concentrator comprising a means for collecting solar energy consisting of one or more optical fibers characterized in that the input and output of the or hollow optical fibers is formed by an unstretched zone of the preform allowing the remote transport of the solar flux.

Description

Dispositif d’hyper concentration et transport d’énergie solaire distant par fibre optique associé à un procédé de production d’un mélange h2/o2 par thermophotolyseDevice for hyperconcentration and transport of remote solar energy by optical fiber associated with a process for producing an h2/o2 mixture by thermophotolysis

Domaine de l’inventionField of invention

La présente invention concerne la production d’énergie solaire à très bas prix (équivalent ou inférieur au prix du pétrole brut) avec un procédé « gratuit » (source d’énergie solaire) en remplacement du pétrole/énergies fossiles et batteries conventionnelles (stockage).The present invention relates to the production of solar energy at very low cost (equivalent or lower than the price of crude oil) with a "free" process (solar energy source) replacing oil / fossil fuels and conventional batteries (storage) .

Les avantages sont d’éviter des matériels complexes ou coûteux (métaux rares, catalyseurs,..), l’absence d’usure ou maintenance comme dans les électrolyseurs ou les piles à combustibles, matériaux abondants et disponibles (carbone/graphite, eau,…) sources d’énergie gratuites (soleil, eau), de fournir de l’énergie renouvelable à 100% propre et sans impact sociétal ou environnemental, d’une durée de vie d’au moins 40 années. Elle présente la possibilité d’alimenter des piles à combustible ainsi que de procéder au stockage notamment par brûlage du mélange h2/o2 lesquels sont stockés séparément puis brûlés (réaction exothermique) dans un brûleur spécifique pour alimenter un dispositif thermodynamique ou un four, la combustion produisant de la vapeur d’eau laquelle est recyclée indéfiniment dans l’inventionThe advantages are the avoidance of complex or expensive materials (rare metals, catalysts, etc.), the absence of wear or maintenance as in electrolysers or fuel cells, abundant and available materials (carbon/graphite, water, …) free sources of energy (sun, water), to provide 100% clean renewable energy with no societal or environmental impact, with a lifespan of at least 40 years. It presents the possibility of supplying fuel cells as well as carrying out storage, in particular by burning the h2/o2 mixture, which are stored separately and then burnt (exothermic reaction) in a specific burner to supply a thermodynamic device or a furnace, the combustion producing water vapor which is recycled indefinitely in the invention

Principe de fonctionnement :Principle of operation:

L’invention est basée sur le principe de l’hyper concentration solaire (de l’ordre de 10.000 soleils) et de l’injection du flux solaire concentré dans une préforme équipée ou non de fenêtres conduisant dans une fibre (ou faisceau de fibres) optique idéalement creuse dont le cœur est vide (guide d’onde pur sans pertes optiques), dont l’entrée est une préforme de diamètre suffisant pour recevoir sans dommage le flux concentré. La préforme peut-être pleine (barreau/tube étiré) ou fermée par une fenêtre d’entrée et l’extrémité opposée est de même refermée de manière à ce que l’intérieur de la fibre soit sous vide, le vide ne s’opposant pas à la conduction de la lumière cela sur un large spectre.The invention is based on the principle of solar hyper concentration (of the order of 10,000 suns) and the injection of the concentrated solar flux into a preform, whether or not equipped with windows leading into a fiber (or fiber bundle) ideally hollow optics whose core is empty (pure waveguide without optical losses), whose inlet is a preform of sufficient diameter to receive the concentrated flux without damage. The preform may be full (bar/stretched tube) or closed by an entry window and the opposite end is similarly closed so that the interior of the fiber is under vacuum, the vacuum not opposing not to the conduction of light that over a broad spectrum.

L’ensemble guide d’onde est constitué de verres d’indice différents constituant le guide d’onde par réflexion = deux tubes de verre coaxiaux aux propriétés optiques différentes ensuite étirés pour former la fibre, le cœur étant idéalement sous vide.The waveguide assembly consists of glasses of different indexes constituting the waveguide by reflection = two coaxial glass tubes with different optical properties then stretched to form the fiber, the core being ideally under vacuum.

Un piège à gaz (en anglais « getter ») ou un dispositif approprié accédant au cœur sous vide permet d’absorber/évacuer tout contaminant/dégazage. Une fibre optique laser industrielle de 100µm permet de transporter 100kw, une fibre creuse de 1.000µ permettrait d’atteindre et dépasser 1,6MW. (voir notamment l’article « Les fibres optiques microstructurées » de Laurent Provino, Laurent Brilland, Achille Monteville, David Landais, Olivier Le Goffic, Denis Tregoat et David Mechin).A gas trap (in English “getter”) or an appropriate device accessing the core under vacuum makes it possible to absorb/evacuate any contaminants/degassing. A 100µm industrial laser optical fiber can transport 100kw, a 1,000µ hollow fiber would reach and exceed 1.6MW. (see in particular the article “Microstructured optical fibers” by Laurent Provino, Laurent Brilland, Achille Monteville, David Landais, Olivier Le Goffic, Denis Tregoat and David Mechin).

L’extrémité de la fibre à ‘intérieur du réacteur se termine par une seconde préforme plus petite pouvant être pleine ou équipée d’une fenêtre, optique de collimation, condenseur, optique focalisatrice,…) en verre ou matériaux aux propriétés optiques adaptées formant la structure optique appropriée pour permettre la focalisation en un point, tenant compte des différentes longueurs d’onde notamment par l’utilisation par exemple de doublets optiques. Les optiques reçoivent un (ou plusieurs) traitement anti reflet et éventuellement un dispositif de refroidissement ou contrôle de la température. La fibre optique est idéalement de très courte longueur pour une installation de faible puissance, le réacteur étant installé sur le concentrateur solaire. Lors de très fortes puissances, le réacteur peut être distant des sources de concentration solaire pouvant contenir un ou plusieurs concentrateurs distants, de manière à disposer d’un système optimisant parfaitement les paramètres. = transport distant par fibre optique d’énergie solaire hautement concentrée pouvant transporter 1MW optique et plus (1.000µ).The end of the fiber inside the reactor ends with a second smaller preform which can be solid or equipped with a window, collimating optics, condenser, focusing optics, etc. in glass or materials with suitable optical properties forming the appropriate optical structure to allow focusing at a point, taking into account the different wavelengths in particular by the use for example of optical doublets. The optics receive one (or more) anti-reflection treatment and possibly a cooling device or temperature control. The optical fiber is ideally of very short length for a low power installation, the reactor being installed on the solar concentrator. During very high power, the reactor can be remote from the sources of solar concentration that can contain one or more remote concentrators, so as to have a system that perfectly optimizes the parameters. = remote transport by optical fiber of highly concentrated solar energy capable of transporting 1MW optical and more (1,000µ).

L’extrémité de la fibre ou faisceaux de fibre arrive ensuite dans le « réacteur » (dissociateur serait plus juste), lequel est constitué d’une cavité sous vide idéalement en graphite ou matériaux adapté recouvert préférentiellement d’une surface dure. A une extrémité se trouve la (les) buse projetant le flux d’eau (ou vapeur), lequel est intercepté par le flux solaire et dissocié. Buse et fibre(s)peuvent être coaxiaux ou formant un angle plus ou moins important pour éviter toute détérioration ou contamination de l’extrémité optique/composants optiques ou choc thermique. Les composants optiques sont recouverts d’une protection contre les agressions chimiques issues de la molécule d’eau ou composés h2 et o2. Un ensemble important de fibres peut aussi être quasi perpendiculaire à la (aux) buse. Le réacteur s’ouvre pour permettre de changer facilement les composants abimés.The end of the fiber or fiber bundles then arrives in the "reactor" (dissociator would be fairer), which consists of a vacuum cavity ideally made of graphite or suitable materials preferably covered with a hard surface. At one end is the nozzle(s) projecting the flow of water (or steam), which is intercepted by the solar flow and dissociated. Nozzle and fibre(s) can be coaxial or at a greater or lesser angle to avoid any deterioration or contamination of the optical end/optical components or thermal shock. The optical components are covered with a protection against chemical attack from the water molecule or h2 and o2 compounds. A large set of fibers can also be nearly perpendicular to the nozzle(s). The reactor opens to allow easy replacement of damaged components.

Le réacteur étant soumis à une température importante du fait de déperditions inévitables, cette source de chaleur peut être mise à profit pour produire de la vapeur d’eau à haute température par un dispositif par exemple tubulaire entourant l’enceinte sous vide tout en assurant son refroidissement. Cette vapeur d’eau haute température et haute pression arrive dans l’enceinte sous vide et est immédiatement dissocié par le flux lumineux. L’intérêt de la vapeur étant qu’elle transporte une partie de l’énergie nécessaire à la dissociation.The reactor being subjected to a high temperature due to inevitable losses, this heat source can be used to produce steam at high temperature by a device, for example tubular, surrounding the vacuum enclosure while ensuring its cooling. This high temperature and high pressure water vapor arrives in the vacuum chamber and is immediately dissociated by the luminous flux. The advantage of steam being that it carries part of the energy necessary for dissociation.

Pour augmenter le rendement effectif global on peut envisager la présence de sources additionnelles envoyant un flux concentré sur le flux d’eau/vapeur dans des longueurs d’ondes favorables à une dissociation, tel que certains rayonnements électromagnétiques (micro ondes,…) lumière issue de leds ou diodes laser I, visibles, UV, X, etc… ainsi qu’un mélange de ces ondes.To increase the overall effective yield, the presence of additional sources can be envisaged sending a concentrated flow to the water/steam flow in wavelengths favorable to dissociation, such as certain electromagnetic radiation (microwaves, etc.) light from LEDs or laser diodes I, visible, UV, X, etc… as well as a mixture of these waves.

Les flux d’eau/lumière sont régulés pour optimiser parfaitement la dissociation et éviter toute détérioration des composants ou autres phénomènes préjudiciables. Des capteurs disposés en différents endroits sont prévus en ce sens, ils servent aussi de sécuritésThe water/light flows are regulated to perfectly optimize the dissociation and avoid any deterioration of the components or other harmful phenomena. Sensors arranged in different places are provided in this sense, they also serve as security

Le vide au sein du réacteur permet d’effectuer une trempe chimique évitant la recombinaison moléculaire ou explosion dans le réacteur, et d’ensuite aspirer les atomes o2/h2 vers le dispositif de séparation finale (purification) ainsi que recycler l’eau/vapeur n’ayant pas été dissociée et éviter une pollution préjudiciable à la pureté des gaz.The vacuum within the reactor makes it possible to carry out a chemical quenching avoiding molecular recombination or explosion in the reactor, and then to suck the o2/h2 atoms towards the final separation device (purification) as well as to recycle the water/steam not having been dissociated and to avoid pollution detrimental to the purity of the gases.

Partant du réacteur, les atomes sont entrainés dans un vortex pouvant être du type de Ranque-Hilsch facilitant la séparation du fait des masses atomiques différentes (coef 1 à 16) dont les parois formant échangeur permettent le refroidissement tout en préchauffant l’eau à dissocier. Le vortex se sépare ensuite en deux circuits distincts, l’un contenant préférentiellement l’oxygène et le second l’hydrogène.Starting from the reactor, the atoms are drawn into a vortex which can be of the Ranque-Hilsch type, facilitating separation due to the different atomic masses (coef 1 to 16) whose walls forming an exchanger allow cooling while preheating the water to be separated . The vortex then separates into two distinct circuits, one preferentially containing oxygen and the second hydrogen.

Un dispositif de pré filtration permet de renvoyer l’eau n’étant pas dissociée et de la réinjecter dans le réacteur.A pre-filtration device makes it possible to return the water that has not been dissociated and to reinject it into the reactor.

Vient ensuite un procédé de séparation supplémentaire disposant d'un champ électrostatique et électromagnétique ou couplage d’un ensemble de dispositifs et tout autre procédé adapté permettant une excellente séparation moléculaire et de renvoyer les atomes dans le bon circuit. La purification finale pouvant être réalisée par des moyens tels que des procédés de filtration chimique, tamis moléculaires ou autres, l’objectif étant la fourniture de gaz de haute pureté pouvant notamment être indéfiniment recyclés au sein d’une même installation en circuit fermé dans le cadre notamment de « batteries » solar fuel ou « PAC » ou tout autre dispositif.Then comes an additional separation process using an electrostatic and electromagnetic field or coupling of a set of devices and any other suitable process allowing excellent molecular separation and returning the atoms to the correct circuit. The final purification can be carried out by means such as chemical filtration processes, molecular sieves or others, the objective being the supply of high purity gases which can in particular be recycled indefinitely within the same installation in a closed circuit in the particularly in the context of solar fuel or heat pump “batteries” or any other device.

Les composants optiques, notamment en silice, sont idéalement recouverts d’une couche protectrice pour les protéger d’éventuelles réactions chimiques avec l’O2/H2 ou H2O pouvant dégrader leurs propriétésThe optical components, in particular in silica, are ideally covered with a protective layer to protect them from possible chemical reactions with O2/H2 or H2O which could degrade their properties.

Domaine de l’inventionField of invention

La présente invention concerne le domaine de la production d’ENR (Energie nouvelle renouvelable) d’origine solaire sous forme du couple hydrogène/oxygène étant dénommé « solar fuel » (nom commercial), à partir d’une centrale solaire associée à une fibre optique spéciale effectuant de l’hyper concentration solaire au sein d’un « réacteur » servant ici à dissocier la molécule d’eau avec un très haut rendement et sans usure ou entretien ni utilisation de produits chimiques.The present invention relates to the field of the production of ENR (New Renewable Energy) of solar origin in the form of the hydrogen/oxygen couple being called "solar fuel" (trade name), from a solar power plant associated with a fiber special optics performing solar hyper-concentration within a “reactor” used here to dissociate the water molecule with very high efficiency and without wear or maintenance or the use of chemicals.

Ce couple hydrogène/oxygène d’une densité énergétique de 33kwh/kg (batteries Li/ion = 200 wh/kg) permet par exemple d’alimenter différents types deprocessustels que le stockage d’énergie à très haute densité (solar fuel), l’alimentation de PAC (piles à combustible), les moteurs ou tous dispositifs (fours, flammes, réchauffeurs, ECS, matériel de cuisson,…) à combustion fonctionnant traditionnellement aux hydrocarbures, ou encore les moteurs fusées et tous engins spatiaux.This hydrogen/oxygen couple with an energy density of 33kwh/kg (Li/ion batteries = 200 wh/kg) makes it possible, for example, to power different types of processes such as very high density energy storage (solar fuel) , power to heat pumps (fuel cells), engines or any combustion devices (ovens, flames, heaters, DHW, cooking equipment, etc.) traditionally running on hydrocarbons, or even rocket engines and all spacecraft.

L’invention met idéalement en œuvre un concentrateur solaire permettant un taux de concentration pouvant atteindre 20.000 soleils au point focal dénommé hyper concentrateur. Il est dès lors possible d’utiliser une fibre optique, idéalement creuse, pour arriver à un taux de concentration de l’ordre de 30.000 soleils et transporter le flux solaire à distance vers une cible ou l’injecter dans un réacteur.The invention ideally implements a solar concentrator allowing a concentration rate of up to 20,000 suns at the focal point called a hyper concentrator. It is therefore possible to use an optical fiber, ideally hollow, to achieve a concentration rate of around 30,000 suns and transport the solar flux remotely to a target or inject it into a reactor.

Cette densité d’énergie est dès lors suffisante pour assurer la dissociation spontanée et complète de la molécule d’eau simplement par une interaction lumière/matière dans ce procédé que nous dénommerons thermophotolyse puisque s’agissant de l’action conjuguée de plusieurs bandes du spectre optique visible et invisible sur un flux d’eau. Le terme « Thermo » provenant de température/agitation thermique provenant des rayons infrarouges, le terme « photo » provenant des photons du spectre visible ou supérieurs (UV,X), et « lyse » pour dissociation.This energy density is therefore sufficient to ensure the spontaneous and complete dissociation of the water molecule simply by a light/matter interaction in this process which we will call thermophotolysis since it is the combined action of several bands of the spectrum visible and invisible optics on a stream of water. The term "Thermo" from temperature/thermal agitation from infrared rays, the term "photo" from photons of the visible or higher spectrum (UV,X), and "lyse" for dissociation.

Une méthode de transport de l'énergie qui a été développée et utilisée plus récemment dans l'histoire est l'utilisation de guides optiques.A method of energy transport that has been developed and used more recently in history is the use of optical guides.

Le type de guide optique le plus connu est probablement la fibre optique. Cette dernière peut être faite de silice, de verre ou de polymère. Elle est généralement faite d'un cœur d'indice de réfraction ncet d'une gaine ayant un indice de réfraction ngmoindre que celui du cœur. Le rayonnement qu'elle transporte se propage dans le cœur par réflexion totale interne.Probably the best known type of optical guide is fiber optics. The latter can be made of silica, glass or polymer. It is generally made of a core of refractive index n c and of a sheath having a refractive index n g less than that of the core. The radiation it carries propagates in the heart by total internal reflection.

Selon un autre aspect de l’invention, la fibre optique peut avantageusement être du type à cœur creux, auquel cas la puissance lumineuse transmise n’est pas assujettie à la pureté des matériaux mis en œuvre et peut dès lors transporter de très importantes puissances.According to another aspect of the invention, the optical fiber can advantageously be of the hollow-core type, in which case the transmitted light power is not subject to the purity of the materials used and can therefore transport very high powers.

Selon un autre aspect de l’invention, le convertisseur d’énergie utilise le principe de la dissociation de la molécule d’eau en hydrogène et oxygène sous l’effet d’une énergie lumineuse de forte intensité.According to another aspect of the invention, the energy converter uses the principle of the dissociation of the water molecule into hydrogen and oxygen under the effect of high intensity light energy.

Etat de la techniqueState of the art

On connaît dans l’état de la technique le brevet américain US 4201197 décrivant un concentrateur à miroir parabolique recueillant de l'énergie solaire rayonnante et le reflète dans un petit miroir placé sur la direction du grand miroir. Un câble à fibre optique présente une extrémité positionnée à l'intérieur d'une ouverture dans le sommet du grand miroir, et l'énergie lumineuse est dirigée vers les extrémités des fibres dans le câble fibre optique. Pour éviter la formation de points chauds destructeurs par la focalisation de rayons inclinés par rapport à la direction des fibres, les fibres proches de l'extrémité recevant l'énergie rayonnante sont collectées en groupes et un revêtement opaque et réfléchissant entoure chacun des groupes.We know in the state of the art the American patent US 4201197 describing a parabolic mirror concentrator collecting radiant solar energy and reflecting it in a small mirror placed on the direction of the large mirror. A fiber optic cable has one end positioned within an opening in the top of the large mirror, and light energy is directed to the fiber ends in the fiber optic cable. To avoid the formation of destructive hot spots by the focusing of rays inclined with respect to the direction of the fibers, the fibers close to the end receiving the radiant energy are collected in groups and an opaque and reflective coating surrounds each of the groups.

La demande de brevet internationale WO 2015036809 décrit une autre solution de l’art antérieur de récupération d'énergie solaire par des fibres optiques polymérisées ou des fibres de verre enlacées de manière hélicoïdale avec des bandes ou des patchs de cellules solaires organiques pour récupérer l'énergie électrique à partir de concentrateurs de lumière solaire à partir de la diffraction au niveau du périmètre du guide lumineux.International patent application WO 2015036809 describes another prior art solution for harvesting solar energy by polymerized optical fibers or glass fibers entwined in a helical manner with strips or patches of organic solar cells to recover the electrical energy from solar light concentrators from diffraction at the perimeter of the light guide.

Concernant le deuxième aspect de l’invention, on connaît dans l’état de la technique le brevet français FR2902416 décrivant un réacteur avec gradient thermique contrôlé pour la production d'hydrogène pur. Ce brevet concerne une approche holistique de la dissociation thermique de l'eau et de la séparation de l'hydrogène, où un profil de température est réalisé par le choix d'une géométrie spécifique, par le dimensionnement du dispositif, et par le positionnement de ses composants. La ou les sources de chaleur sont placées dans l'eau à l'intérieur d'une chambre de réaction, avec suffisamment de puissance pour chauffer l'eau dans leur proximité jusqu'à des températures où celle-ci se dissocie. Les parois de la chambre de réaction sont refroidies. Des membranes sélectives à l'oxygène sont placées près des sources de chaleur. Elles sont employées pour extraire l'oxygène et elles servent d'écran pour protéger les autres composants du rayonnement thermique direct venant des sources de chaleur. Des membranes sélectives à l'hydrogène sont placées dans les zones plus froides près des parois de la chambre de réaction.Concerning the second aspect of the invention, the French patent FR2902416 is known in the state of the art describing a reactor with controlled thermal gradient for the production of pure hydrogen. This patent relates to a holistic approach to the thermal dissociation of water and the separation of hydrogen, where a temperature profile is achieved by the choice of a specific geometry, by the dimensioning of the device, and by the positioning of its components. The heat source or sources are placed in water inside a reaction chamber, with sufficient power to heat the water in their vicinity to temperatures where it dissociates. The walls of the reaction chamber are cooled. Oxygen-selective membranes are placed near heat sources. They are used to extract oxygen and they serve as a screen to protect other components from direct thermal radiation coming from heat sources. Hydrogen-selective membranes are placed in cooler areas near the walls of the reaction chamber.

Le brevet européen EP1019316 décrit une autre solution de production d'hydrogène par décomposition thermique de l'eau.European patent EP1019316 describes another solution for producing hydrogen by thermal decomposition of water.

Ce procédé de l’art antérieur consiste à chauffer l'eau jusqu'à une température de dissociation de manière à obtenir un mélange réactionnel dissocié comprenant de l'hydrogène et de l'oxygène à l'état gazeux. On crée dans le mélange réactionnel un tourbillon afin de soumettre ce mélange à une force centrifuge sur l'axe longitudinal interne d'un réacteur à tube vortex de telle sorte que se produise une stratification radiale des gaz d'hydrogène et d'oxygène dans l'espace interne dudit tube. L'hydrogène et l'oxygène doivent de préférence être extraits du mélange réactionnel en des points espacés le long de l'espace interne du réacteur à tube vortex.This prior art process consists in heating water to a dissociation temperature so as to obtain a dissociated reaction mixture comprising hydrogen and oxygen in the gaseous state. A vortex is created in the reaction mixture in order to subject this mixture to a centrifugal force on the internal longitudinal axis of a vortex tube reactor so that a radial stratification of the hydrogen and oxygen gases in the internal space of said tube. Hydrogen and oxygen should preferably be extracted from the reaction mixture at points spaced along the internal space of the vortex tube reactor.

Inconvénients de l’art antérieurDisadvantages of the prior art

Les solutions de l’art antérieur concernant la production d’hydrogène et d’oxygène par électrolyse ou PAC (piles à combustible) se caractérisent par leur faible efficacité (rendements de l’ordre de 50/60%), l’utilisation de matériaux coûteux (platine, métaux lourds,…), de produits chimiques, d’une maintenance accrue nécessitant une main d’œuvre hautement spécialisée, de l’échange régulier de ses constituants du fait de l’usure/érosion, et d’une source d’énergie électrique de très faible rendement (PV 6%, centrales thermiques/nucléaires 30%) abaissant les performances de transformation globale pour ne plus atteindre que quelques % au final. De plus les sources électriques connues ont un impact sociétal et environnemental important.The solutions of the prior art concerning the production of hydrogen and oxygen by electrolysis or PAC (fuel cells) are characterized by their low efficiency (yields of the order of 50/60%), the use of materials costly (platinum, heavy metals, etc.), chemical products, increased maintenance requiring highly specialized labour, regular exchange of its constituents due to wear/erosion, and a source of electrical energy with very low efficiency (PV 6%, thermal/nuclear power stations 30%) lowering the overall transformation performance to only reach a few % in the end. In addition, known electrical sources have a significant societal and environmental impact.

Les solutions de l’art antérieur concernant la production d’hydrogène et d’oxygène par voie solaire ne sont pas satisfaisantes car elles nécessitent des équipements complexes tels que de lourds concentrateurs paraboliques avec dispositifs héliostatiques associés à des catalyseurs à haute température utilisant des matériaux coûteux et se dégradant rapidement et dont le rendement est particulièrement faible.The solutions of the prior art concerning the production of hydrogen and oxygen by solar means are not satisfactory because they require complex equipment such as heavy parabolic concentrators with heliostatic devices associated with high temperature catalysts using expensive materials. and degrading rapidly and whose yield is particularly low.

Les solutions de l’art antérieur concernant la conversion de l’énergie pour la production d’hydrogène et d’oxygène ne sont pas non plus satisfaisantes car elles nécessitent des équipements complexes et de faible rendement et dont la durée de vie n’est pas adaptée à desprocessusindustriels du fait d’une dégradation rapide de ses constituants.The solutions of the prior art concerning the conversion of energy for the production of hydrogen and oxygen are not satisfactory either because they require complex and low-yield equipment whose lifespan is not adapted to industrial processes due to rapid degradation of its constituents.

Les solutions de l’art antérieur concernant la production d’hydrogène et d’oxygène par voie solaire directe ne sont pas satisfaisantes car elles nécessitent de puissants et encombrants concentrateurs paraboliques ne permettant pas d’obtenir une densité d’énergie suffisante pour dissocier la molécule d’eau au-delà d’un rendement de 40% et nécessitant un refroidissement important de l’enceinte du réacteur ainsi que de l’utilisation de catalyseurs se dégradant rapidement.The solutions of the prior art concerning the production of hydrogen and oxygen by direct solar means are not satisfactory because they require powerful and cumbersome parabolic concentrators which do not make it possible to obtain a sufficient energy density to dissociate the molecule water beyond a yield of 40% and requiring significant cooling of the reactor enclosure as well as the use of rapidly degrading catalysts.

Les solutions de l’art antérieur concernant le transport de l’énergie solaire par des fibres optiques ne sont pas totalement satisfaisantes car elles nécessitent un traitement complexe de chacune des fibres afin de permettre un recueil optimal de l’énergie solaire sans dégradation de la fibre. De plus la quantité d’énergie est bien trop faible pour permettre une réelle efficacité du dispositif.The solutions of the prior art concerning the transport of solar energy by optical fibers are not completely satisfactory because they require a complex treatment of each of the fibers in order to allow an optimal collection of solar energy without degradation of the fiber. . In addition, the amount of energy is far too low to allow real efficiency of the device.

Solution apportée par l’inventionSolution provided by the invention

Afin de remédier à ces inconvénients, l’invention concerne en premier lien un concentrateur d’énergie solaire à haute densité dénommé hyper concentrateur, comportant un moyen de collecte de l’énergie solaire constitué par une (ou plusieurs) fibre optique caractérisé en ce que l’entrée de la fibre optique est constitué par une zone non étirée de la préforme et l’extrémité de sortie est introduite dans un module de conversion énergétique.In order to remedy these drawbacks, the invention first relates to a high-density solar energy concentrator called a hyperconcentrator, comprising a means of collecting solar energy consisting of one (or more) optical fiber characterized in that the input of the optical fiber is constituted by an unstretched zone of the preform and the output end is introduced into an energy conversion module.

Selon un mode de réalisation avantageux, ledit module de conversion énergétique est par exemple constitué par un réacteur pouvant être en graphite et dont les surfaces internes sont durcies pour éviter les phénomènes d’érosion, lequel peut s’ouvrir facilement pour permettre d’en changer les composants ou assurer l’entretien.According to an advantageous embodiment, said energy conversion module is for example constituted by a reactor which can be made of graphite and whose internal surfaces are hardened to prevent erosion phenomena, which can be opened easily to allow it to be changed components or perform maintenance.

Ledit réacteur est relié à un moyen de mise sous vide lequel comprend à l’intérieur une buse de micronisation d’eau dans une zone recevant l’énergie lumineuse transmise, le réacteur de graphite présentant une sortie débouchant sur un vortex pour séparer l’oxygène et l’hydrogène, lesquels se retrouvent en deux circuits distincts.Said reactor is connected to a vacuum means which comprises inside a water micronization nozzle in a zone receiving the transmitted light energy, the graphite reactor having an outlet leading to a vortex to separate the oxygen and hydrogen, which are found in two distinct circuits.

A l’issue du vortex Le moyen de mise sous vide est avantageusement divisé en deux sections distinctes, l’une aspirant de l’hydrogène et l’autre de l’oxygène de manière à éviter leur mélange. Ledit moyen de mise sous vide est équipé d’un dispositif permettant de recycler les gaz ou vapeur non incomplètement séparés et de les réinjecter au sein du réacteur.At the end of the vortex, the vacuum means is advantageously divided into two distinct sections, one aspirating hydrogen and the other oxygen so as to avoid their mixing. Said means of placing under vacuum is equipped with a device making it possible to recycle the gases or vapor which have not been completely separated and to reinject them into the reactor.

Selon une variante particulière, l’extrémité de sortie d’une fibre optique de collecte d’énergie solaire est engagée dans ladite cavité.According to a particular variant, the output end of a solar energy collection optical fiber is engaged in said cavity.

Avantageusement, ladite buse de micronisation est disposée en face de l’extrémité de sortie de ladite fibre optique, de manière coaxiale ou non.Advantageously, said micronization nozzle is arranged opposite the output end of said optical fiber, coaxially or not.

Selon une variante, ledit réacteur comporte un injecteur d’eau pour la brumisation d’un très fin flux ou vapeur d’eau qui sera soumis à une température résultant de l’interaction avec le faisceau d’énergie lumineuse, provoquant sa dissociation chimique spontanée en ses deux éléments, H2 et O2.According to a variant, said reactor comprises a water injector for the misting of a very fine stream or water vapor which will be subjected to a temperature resulting from the interaction with the beam of light energy, causing its spontaneous chemical dissociation into its two elements, H2 and O2.

Selon une autre variante, ledit réacteur présentant un séparateur pour dissocier l’eau brumisée ou la vapeur par thermophotolyse et produire un jet de molécules de masses différentes séparé par l’intermédiaire d’un dispositif de type vortex cyclonique générant deux flux distincts d’hydrogène et d’oxygène.According to another variant, said reactor having a separator for dissociating mist water or steam by thermophotolysis and producing a jet of molecules of different masses separated by means of a cyclonic vortex-type device generating two distinct flows of hydrogen and oxygen.

Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'inventionDetailed description of a non-limiting example of the invention

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :The present invention will be better understood on reading the detailed description of a non-limiting example of the invention which follows, with reference to the appended drawings where:

- la figure 1 représente une vue schématique d’une fibre- Figure 1 shows a schematic view of a fiber

- la figure 2 représente une vue schématique du convertisseur énergétique.- FIG. 2 represents a schematic view of the energy converter.

L’invention décrite en référence aux figures 1 et 2 concerne un dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène à partir d’un concentrateur d’énergie solaire comportant un moyen de collecte de l’énergie solaire constitué par une ou plusieurs fibres optiques, de préférence creuses. L’entrée et la sortie de la ou des fibres optiques (1) est constituée par une zone non étirée (3) de la préforme permettant le transport distant du flux solaire.The invention described with reference to Figures 1 and 2 relates to a device for producing a hydrogen/oxygen couple from a solar energy concentrator comprising a means of collecting solar energy consisting of one or more optical fibers , preferably hollow. The input and the output of the optical fiber(s) (1) is constituted by an unstretched zone (3) of the preform allowing the remote transport of the solar flux.

Les extrémités de la préforme (2) de la fibre creuse (1) comporte une fenêtre (3) ou couplage optique (collimation) plus un piège à gaz (en anglais “getter”).The ends of the preform (2) of the hollow fiber (1) comprises a window (3) or optical coupling (collimation) plus a gas trap (in English “getter”).

L’autre extrémité de la fibre (1) présente également une préforme/fenêtre de sortie (4) avec une optique de concentration (5) vers un point focal (6)The other end of the fiber (1) also has an exit preform/window (4) with focusing optics (5) towards a focal point (6)

Le module de conversion énergétique est constitué par un réacteur (11) définissant un volume (11) sous vide, avec une arrivée d’eau/vapeur (12) et une entrée d’eau/vapeur Haute pression (13) alimentant une buse.The energy conversion module consists of a reactor (11) defining a volume (11) under vacuum, with a water/steam inlet (12) and a high pressure water/steam inlet (13) supplying a nozzle.

Les fibres optiques (14) présentent différentes conformations possibles, coaxiales jusqu’à perpendiculaires. A sortie (15) h2/o2 débouche dans un vortex et échangeur thermique.The optical fibers (14) have different possible conformations, coaxial to perpendicular. At outlet (15) h2/o2 opens into a vortex and heat exchanger.

Un équipement (16) réalise une préfiltration h2o résiduelle. Un séparateur (17) assure une séparation supplémentaire électrostatique/ électromagnétique. L’eau non dissociée est réinjectée dans le circuit.Equipment (16) carries out a residual h2o prefiltration. A separator (17) provides additional electrostatic/electromagnetic separation. The non-dissociated water is reinjected into the circuit.

Le module (19) redirige des atomes vers leur circuit final. Un filtre (20) assure la filtration/purification finale et deux unités de pompage séparées (h2 et o2) (21) par des moteurs de pompe à vide.The module (19) redirects atoms to their final circuit. A filter (20) provides the final filtration/purification and two separate pumping units (h2 and o2) (21) by vacuum pump motors.

Le module de conversion énergétique est constitué par un réacteur (11) par exemple en graphite présentant une cavité (11) dont les surfaces sont durcies pour éviter l’érosion, reliée à un moyen de mise sous vide, ledit module comprenant une buse (4) de micronisation d’eau à l’intérieur de ladite cavité (11), dans une zone recevant l’énergie lumineuse transmise, le réacteur (11) de graphite présentant une sortie (18) débouchant sur un vortex pour séparer l’oxygène et l’hydrogène.The energy conversion module consists of a reactor (11) for example made of graphite having a cavity (11) whose surfaces are hardened to prevent erosion, connected to a vacuum means, said module comprising a nozzle (4 ) for micronizing water inside said cavity (11), in a zone receiving the transmitted light energy, the graphite reactor (11) having an outlet (18) leading to a vortex to separate the oxygen and hydrogen.

La buse de micronisation est disposée en face de l’extrémité de sortie de ladite fibre optique, de manière coaxiale ou quasi perpendiculaire.The micronization nozzle is arranged opposite the output end of said optical fiber, coaxially or almost perpendicularly.

Le réacteur (10) comporte un injecteur d’eau pour la brumisation d’un très fin brouillard d’eau ou de vapeur qui sera soumis à une température élevée et action de photons résultant de l’interaction avec le (les) faisceau d’énergie lumineuse, provoquant sa dissociation chimique spontanée en ses deux éléments, H2 et O.The reactor (10) comprises a water injector for the misting of a very fine mist of water or steam which will be subjected to a high temperature and action of photons resulting from the interaction with the beam(s) of light energy, causing its spontaneous chemical dissociation into its two elements, H2 and O.

Description du transport énergétique entre le collecteur d’énergie et le convertisseur énergétiqueDescription of the energy transport between the energy collector and the energy converter

Le transport de l’énergie solaire concentrée par l’héliostat entre le collecteur d’énergie et le convertisseur énergétique est réalisé par une fibre optique ou par un faisceau de fibres optiques.The transport of the solar energy concentrated by the heliostat between the energy collector and the energy converter is carried out by an optical fiber or by a bundle of optical fibers.

La fibre optique présente une ouverture numérique qui permet l'injection de tout le rayonnement solaire envoyé par le concentrateur. L’ouverture numérique est de préférence supérieure à 0,42. La fibre optique doit également transmettre le plus efficacement possible le spectre solaire, c'est-à-dire avec un minimum d'absorption. La tolérance de la fibre est d’au moins 500 °C notamment lorsque le rayonnement solaire injecté est fortement concentré et lorsque la fibre absorbe fortement une certaine bande du spectre solaire, créant un échauffement du guide dans sa première section.The optical fiber has a numerical aperture which allows the injection of all the solar radiation sent by the concentrator. The numerical aperture is preferably greater than 0.42. The optical fiber must also transmit the solar spectrum as efficiently as possible, that is to say with a minimum of absorption. The tolerance of the fiber is at least 500°C, especially when the injected solar radiation is highly concentrated and when the fiber strongly absorbs a certain band of the solar spectrum, creating heating of the guide in its first section.

De plus, la résistance à la chaleur rend plus simple son couplage avec l'accumulateur thermique. En effet, moins de mesures particulières ont à être prises afin d'éviter que le convertisseur énergétique ne transmette trop de chaleur au guide, créant sa surchauffe dans sa section près du convertisseur. La flexibilité ou maniabilité du guide est également un avantage à considérer afin de donner plus d'aisance quant à son installation sur la matrice de concentrateur. Les contraintes sont souvent au niveau du rayon de courbure minimum du guide à respecter.In addition, the resistance to heat makes it simpler to couple it with the thermal accumulator. Indeed, fewer special measures have to be taken in order to prevent the energy converter from transmitting too much heat to the guide, creating its overheating in its section close to the converter. The flexibility or maneuverability of the guide is also an advantage to be considered in order to make it easier to install on the concentrator matrix. The constraints are often at the level of the minimum radius of curvature of the guide to be respected.

De préférence, la fibre ou le faisceau de fibre est à base de silice préférentiellement creuse en raison de sa transmission du spectre solaire qui peut être excellente ainsi que de sa résistance à la chaleur. En effet, après intégration suivant le spectre solaire. L'absorption de telles fibres de silice est faible, de l’ordre de 0,014dB/m à 0,348dB/m lorsque la transmission est faite dans le cœur et les pertes sont inférieures lorsque la fibre est creuse.Preferably, the fiber or the bundle of fibers is based on preferably hollow silica because of its transmission of the solar spectrum, which can be excellent, as well as its resistance to heat. Indeed, after integration along the solar spectrum. The absorption of such silica fibers is low, of the order of 0.014dB/m to 0.348dB/m when the transmission is made in the core and the losses are lower when the fiber is hollow.

Cela revient à dire que de 92,3 % à 99,7 % du spectre solaire injecté dans une portion de fibre d’un mètre de long sera transmis, sans tenir compte des pertes par réflexion en bout de fibre, ces pertes étant inférieures lorsqu’il s’agit d’une fibre creuseThis amounts to saying that from 92.3% to 99.7% of the solar spectrum injected into a portion of fiber one meter long will be transmitted, without taking into account the losses by reflection at the end of the fiber, these losses being lower when it is a hollow fiber

Une limitation est au niveau de la focale maximale que peut avoir un concentrateur concerne le diamètre des fibres de silice sur le marché qui ne dépasse pas 1,5 mm au niveau du cœur. En effet, plus la focale est élevée, plus le point focal est grand. La grandeur théorique du point focal donné par le soleil est de 0,01 fois la focale du concentrateur.A limitation is at the level of the maximum focal length that a concentrator can have concerns the diameter of the silica fibers on the market which does not exceed 1.5 mm at the level of the heart. Indeed, the higher the focal length, the larger the focal point. The theoretical magnitude of the focal point given by the sun is 0.01 times the focal length of the concentrator.

En considérant un concentrateur parfait, si on veut injecter toute l'énergie solaire collectée par ce dernier dans une fibre de silice de 1,5mm, la focale ne peut être de plus de 150mm.Considering a perfect concentrator, if we want to inject all the solar energy collected by it into a 1.5mm silica fiber, the focal length cannot be more than 150mm.

Afin d’améliorer ce paramètre, le transport est assuré par une ou plusieurs fibres formées par étirage par exemple d’un ou plusieurs barreaux ou cylindres de verre dont on conserve l’amorceIn order to improve this parameter, the transport is provided by one or more fibers formed by drawing, for example, one or more bars or glass cylinders, the primer of which is kept.

La fibre optique est formée par étirage d’un barreau (ou cylindres ou autres formes) présentant un diamètre initial par exemple de 100 millimètres et d’une longueur pouvant être de quelques dizaines de centimètres à plusieurs mètres.The optical fiber is formed by drawing a bar (or cylinders or other shapes) having an initial diameter of, for example, 100 millimeters and a length that can be from a few tens of centimeters to several meters.

La première étape consiste en l'assemblage des tubes et/ou d'une barre de silice cylindrique montés concentriquement. On chauffe le tout pour assurer l'homogénéité du barreau de verre.The first step consists of assembling the tubes and/or a concentrically mounted cylindrical silica bar. The whole is heated to ensure the homogeneity of the glass bar.

Le barreau ainsi obtenu sera idéalement installé verticalement dans une tour et chauffé par exemple avec des rampes à gaz, électrique ou même solaire. Le verre va s'étirer et "couler" vers le bas pour être enroulé sur une bobine. On mesure l'épaisseur de la fibre pour asservir la vitesse du moteur de l'enrouleur, afin d'assurer un diamètre constant.The bar thus obtained will ideally be installed vertically in a tower and heated for example with gas, electric or even solar ramps. The glass will stretch and "flow" down to be wound onto a spool. The thickness of the fiber is measured to control the speed of the winder motor, in order to ensure a constant diameter.

Lorsque la longueur désirée est obtenue, on conserve la zone d’étirage où le barreau est prolongé par la partie effilée (1), et on coupe le barreau pour conserver un talon (2) d’une longueur de quelques millimètres, dont on polit l’extrémité selon un plan de coupe transversal (3). Un clivage peut aussi être effectué pour réaliser une coupe netteWhen the desired length is obtained, the stretching zone is kept where the bar is extended by the tapered part (1), and the bar is cut to keep a heel (2) a few millimeters long, which is polished the end according to a transverse section plane (3). A cleavage can also be performed to achieve a clean cut

Pour une surface de collecte étendue, on associe plusieurs fibres ainsi réalisées pour former un faisceau dont la zone de collecte est constituée par la juxtaposition des extrémités frontales (3).For an extended collection surface, several fibers thus produced are combined to form a bundle, the collection zone of which is constituted by the juxtaposition of the front ends (3).

La mise en forme peut aussi être réalisée avec tout autre procédé d’étirage adapté pouvant être horizontal (inspiré du dispositif d’étirage de colonnes capillaires de chromatographes en silice), ou dont le chauffage/fusion serait effectué par voie solaireShaping can also be carried out with any other suitable stretching process which may be horizontal (inspired by the device for stretching capillary columns of silica chromatographs), or whose heating/fusion would be carried out by solar means

Description du convertisseur énergétiqueDescription of the energy converter

Selon un aspect non limitatif de l’invention, la dissociation de l’eau par l’énergie solaire est assurée par un principe de thermophotolyse assurant la décomposition de l'eau, éventuellement en présence d’un catalyseur, sous l'action de la lumière solaire et éventuellement de rayonnements additionnels, avec production de H2 et de O2, ou d'autres molécules comme H2O2, dans un réacteur formé idéalement par un corps de graphite (10) dont les surfaces sont durcies et présentant une cavité (11) sous vide partiel.According to a non-limiting aspect of the invention, the dissociation of water by solar energy is ensured by a principle of thermophotolysis ensuring the decomposition of water, optionally in the presence of a catalyst, under the action of sunlight and possibly additional radiation, with production of H2 and O2, or other molecules such as H2O2, in a reactor ideally formed by a body of graphite (10) whose surfaces are hardened and presenting a cavity (11) under partial void.

Ce réacteur est destiné à permettre une dissociation chimique de l’eau par l’action conjuguée de la chaleur et des photons, c'est-à-dire une rupture des molécules approchant 100% d’efficacité à 2.500°C au point d’impact, ou à des températures moindres en présence d’un catalyseur ou de rayonnements adaptés. Il s’agit donc d’une réaction chimique endothermique, donnant 2 H2O → 2 H2 + O2, et ΔH° = 286 kJ/mole. La séparation moléculaire pourrait s’effectuer soit par vortex cyclonique, les molécules étant éjectés à vitesse supersonique, soit par filtration membranaire, soit thermochimique ou tout autre procédé adapté, le poids moléculaire des atomes étant considérablement différent.This reactor is intended to allow a chemical dissociation of water by the combined action of heat and photons, that is to say a rupture of molecules approaching 100% efficiency at 2,500°C at the point of impact, or at lower temperatures in the presence of a suitable catalyst or radiation. It is therefore an endothermic chemical reaction, giving 2 H2O → 2 H2 + O2, and ΔH° = 286 kJ/mole. The molecular separation could be carried out either by cyclonic vortex, the molecules being ejected at supersonic speed, or by membrane filtration, or thermochemical or any other suitable process, the molecular weight of the atoms being considerably different.

En préparant du dihydrogène/oxygène par photodissociation de l'eau par irradiation, en particulier par irradiation à partir de rayonnement solaire, il est possible de transformer de l'énergie lumineuse, en particulier de l'énergie solaire, en énergie chimique sous la forme de dihydrogène et di oxygène pouvant alors être séparés puis stockés. Cette énergie chimique sous la forme de dihydrogène/dioxygène stocké peut alors être transportée ou être utilisée ultérieurement.By preparing dihydrogen/oxygen by photodissociation of water by irradiation, in particular by irradiation from solar radiation, it is possible to transform light energy, in particular solar energy, into chemical energy in the form dihydrogen and dioxygen can then be separated and then stored. This chemical energy in the form of stored dihydrogen/dioxygen can then be transported or used later.

Le réacteur (11) est par exemple réalisé en graphite ou en carbone/ graphite lequel est idéalement recouvert d’une couche mince telle qu’un carbure pour éviter les phénomènes d’érosion liés aux flux supersoniquesThe reactor (11) is for example made of graphite or carbon/graphite which is ideally covered with a thin layer such as a carbide to avoid erosion phenomena linked to supersonic flows.

L’énergie solaire venant du concentrateur est transmise par l’intermédiaire d’une fibre (13), selon une direction axialeThe solar energy coming from the concentrator is transmitted via a fiber (13), in an axial direction

Le réacteur présente par ailleurs différents raccordements :The reactor also has various connections:

1°) Un injecteur d’eau (17) pour la brumisation d’un très fin brouillard d’eau qui sera soumis à une température de 2.500°C résultant de l’interaction avec le faisceau d’énergie lumineuse, provoquant sa dissociation chimique spontanée en ses deux éléments, H2 et O.1°) A water injector (17) for the misting of a very fine mist of water which will be subjected to a temperature of 2,500°C resulting from the interaction with the beam of light energy, causing its chemical dissociation spontaneous into its two elements, H2 and O.

2°) Une ou plusieurs fibres optiques amenant le flux solaire concentré2°) One or more optical fibers bringing the concentrated solar flux

3°) Un séparateur (17) : L’eau dissociée par thermophotlyse produit un jet de molécules de masses différentes séparé par l’intermédiaire d’un dispositif de type vortex cyclonique générant deux flux distincts d’hydrogène et d’oxygène.3°) A separator (17): The water dissociated by thermophotolysis produces a jet of molecules of different masses separated via a cyclonic vortex-type device generating two distinct flows of hydrogen and oxygen.

4°) Un retour des molécules d’eau non dissociées en provenance des dispositifs séparateurs pour être réinjectées et dissociées.4°) A return of undissociated water molecules from the separator devices to be reinjected and dissociated.

Les ions hydrogène peuvent être séparés des ions oxygène à l'aide d'un vortex de Ranque-Hilsch et d'un champ électrostatique et/ou électromagnétique.Hydrogen ions can be separated from oxygen ions using a Ranque-Hilsch vortex and an electrostatic and/or electromagnetic field.

Claims (10)

Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène à partir d’un concentrateur d’énergie solaire comportant un moyen de collecte de l’énergie solaire constitué par une ou plusieurs fibres optiques (1) caractérisé en ce que l’entrée et la sortie de la ou des fibres optiques creuse est constituée par une zone non étirée (3) de la préforme (2) permettant le transport du flux solaire.Device for producing a hydrogen/oxygen couple from a solar energy concentrator comprising a means of collecting solar energy consisting of one or more optical fibers (1), characterized in that the input and the output of the hollow optical fiber(s) is constituted by an unstretched zone (3) of the preform (2) allowing the transport of the solar flux. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte un module de conversion énergétique est constitué par un réacteur (11) par exemple en graphite présentant une cavité (11) dont les surfaces sont durcies pour éviter l’érosion, reliée à un moyen de mise sous vide, ledit module comprenant une buse (4) de micronisation d’eau à l’intérieur de ladite cavité (11), dans une zone recevant l’énergie lumineuse transmise, le réacteur (11) de graphite présentant une sortie (8) débouchant sur un vortex pour séparer l’oxygène et l’hydrogène.Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 1, characterized in that it comprises an energy conversion module consisting of a reactor (11), for example made of graphite, having a cavity (11) whose surfaces are hardened to to prevent erosion, connected to a vacuum means, said module comprising a nozzle (4) for micronizing water inside said cavity (11), in a zone receiving the light energy transmitted, the reactor (11) of graphite having an outlet (8) leading to a vortex to separate the oxygen and the hydrogen. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite buse (4) de micronisation est disposée en face de l’extrémité de sortie de ladite fibre optique (1), de manière coaxiale ou quasi perpendiculaire.Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 2, characterized in that the said micronization nozzle (4) is arranged opposite the outlet end of the said optical fiber (1), coaxially or almost perpendicularly. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il est constitué de préformes (2) formées aux extrémités donnant sur une fibre creuse (1) comportant une fenêtre ou couplage optique (collimation) plus un piège à gaz.Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 1, characterized in that it consists of preforms (2) formed at the ends facing a hollow fiber (1) comprising a window or optical coupling (collimation) plus a trap gas. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit réacteur (11) comporte un injecteur d’eau (17) pour la brumisation d’un très fin brouillard d’eau ou de vapeur qui sera soumis à une température élevée et action de photons résultant de l’interaction avec le (les) faisceau d’énergie lumineuse, provoquant sa dissociation chimique spontanée en ses deux éléments, H2 et O.Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 3, characterized in that the said reactor (11) comprises a water injector (17) for misting a very fine mist of water or steam which will be subjected at elevated temperature and photon action resulting from interaction with the beam(s) of light energy, causing its spontaneous chemical dissociation into its two elements, H2 and O. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène solaire selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit réacteur (11) présentant un séparateur pour dissocier l’eau brumisée par thermophotolyse et produire un jet de molécules de masses différentes séparé par l’intermédiaire d’un dispositif de type vortex cyclonique générant deux flux distincts d’hydrogène et d’oxygène.Device for producing a solar hydrogen/oxygen couple according to claim 3, characterized in that the said reactor (11) has a separator for dissociating the mist water by thermophotolysis and producing a jet of molecules of different masses separated by means of a cyclonic vortex type device generating two distinct flows of hydrogen and oxygen. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce que’il est constitué d’une pré-filtration et réinjection dans un réacteur recyclant l’eau résiduelle et d’un dispositif de séparation du type électrostatique et électromagnétique permettant une séparation et filtration accrue des composés h2/o2 ainsi que leur redirection.Device for producing a hydrogen/oxygen couple according to Claim 1, characterized in that it consists of a pre-filtration and reinjection into a reactor recycling the residual water and of a separation device of the electrostatic and electromagnetic type. allowing increased separation and filtration of h2/o2 compounds as well as their redirection. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce que’il est constitué d’un réacteur recevant une ou plusieurs fibres optiques destinées à provoquer une réaction de thermophotolyse dont le rendement est amélioré par l’adjonction de moyens additionnels de séparation produisant des rayonnements électromagnétiques améliorant le rendement final. (diodes leds/laser/x).Device for producing a hydrogen/oxygen pair according to Claim 1, characterized in that it consists of a reactor receiving one or more optical fibers intended to cause a thermophotolysis reaction, the yield of which is improved by the addition of means additional separation elements producing electromagnetic radiation improving the final yield. (LED/laser/x diodes). Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il dispose d’un moyen de mise sous vide produisant une aspiration ainsi qu’une trempe moléculaire (refroidissement soudain) évitant la recombinaison ou explosion d’un mélange gazeux du type h2/o2.Device for producing a hydrogen/oxygen pair according to claim 1, characterized in that it has a vacuum means producing suction as well as molecular quenching (sudden cooling) avoiding the recombination or explosion of a gas mixture of the h2/o2 type. Dispositif de production d’un couple hydrogène/oxygène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte des préformes, fibres et composants optiques sont recouverts d’une couche protectrice contre les agressions chimiques des composés de l’eau et h2/o2.Device for producing a hydrogen/oxygen pair according to claim 1, characterized in that it comprises preforms, fibers and optical components are covered with a protective layer against chemical attack by water and h2/o2 compounds.
FR1906296A 2019-06-13 2019-06-13 Device for hyper concentration and transport of remote solar energy by optical fiber associated with a process for producing an h2 / o2 mixture by thermophotolysis Active FR3097217B1 (en)

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CA3142845A CA3142845A1 (en) 2019-06-13 2020-05-26 Device for hyper-concentration and long-distance fibre optic transport of solar energy, and associated method for producing an h2/o2 mixture by thermophotolysis
KR1020227001257A KR20220020935A (en) 2019-06-13 2020-05-26 A method for producing a H2/O2 mixture by pyrolysis and a device for delivering high-intensity and long-distance optical fibers of solar energy.
CN202080050807.XA CN114127486A (en) 2019-06-13 2020-05-26 Device for the super-concentration and long-distance optical fiber transmission of solar energy and associated method for producing a H2/O2 mixture by thermo-photolysis
AU2020290035A AU2020290035A1 (en) 2019-06-13 2020-05-26 Device for hyper-concentration and long-distance fibre optic transport of solar energy, and associated method for producing an H2/O2 mixture by thermophotolysis
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3780722A (en) * 1972-04-26 1973-12-25 Us Navy Fiber optical solar collector
FR2310308A1 (en) * 1975-05-09 1976-12-03 Comp Generale Electricite Generation of hydrogen by solar energy - using concave parabolic mirrors and wave guides to concentrate and conduct energy
US4201197A (en) 1978-03-20 1980-05-06 Dismer Raymond H Solar energy collector having a fiber-optic cable
EP0670915A1 (en) * 1992-11-25 1995-09-13 LASICH, John Beavis The production of hydrogen from solar radiation at high efficiency
EP1019316A2 (en) 1998-05-05 2000-07-19 Shec Labs - Solar Hydrogen Energy Corporation Process for the production of hydrogen by thermal decomposition of water
US20060010867A1 (en) * 2004-07-19 2006-01-19 Shaw Peter A Individual cogeneration plant
FR2902416A1 (en) 2006-06-15 2007-12-21 Creative Services Sarl A REACTOR WITH CONTROLLED THERMAL GRADIENT FOR THE PRODUCTION OF PURE HYDROGEN
US20130008430A1 (en) * 2010-03-16 2013-01-10 Sang Chun Lee Solar collection apparatus and steam generator using the same
WO2015036809A1 (en) 2013-09-13 2015-03-19 Holger Behrendt Solar energy recovering leads

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA762747B (en) 1975-05-09 1977-04-27 Broken Hill Pty Co Ltd Improved process for the production of gaseous mixtures

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3780722A (en) * 1972-04-26 1973-12-25 Us Navy Fiber optical solar collector
FR2310308A1 (en) * 1975-05-09 1976-12-03 Comp Generale Electricite Generation of hydrogen by solar energy - using concave parabolic mirrors and wave guides to concentrate and conduct energy
US4201197A (en) 1978-03-20 1980-05-06 Dismer Raymond H Solar energy collector having a fiber-optic cable
EP0670915A1 (en) * 1992-11-25 1995-09-13 LASICH, John Beavis The production of hydrogen from solar radiation at high efficiency
EP1019316A2 (en) 1998-05-05 2000-07-19 Shec Labs - Solar Hydrogen Energy Corporation Process for the production of hydrogen by thermal decomposition of water
US20060010867A1 (en) * 2004-07-19 2006-01-19 Shaw Peter A Individual cogeneration plant
FR2902416A1 (en) 2006-06-15 2007-12-21 Creative Services Sarl A REACTOR WITH CONTROLLED THERMAL GRADIENT FOR THE PRODUCTION OF PURE HYDROGEN
US20130008430A1 (en) * 2010-03-16 2013-01-10 Sang Chun Lee Solar collection apparatus and steam generator using the same
WO2015036809A1 (en) 2013-09-13 2015-03-19 Holger Behrendt Solar energy recovering leads

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