WO2011000952A1 - Dispositif et procédé de production d'un mélange gazeux combustible - Google Patents

Dispositif et procédé de production d'un mélange gazeux combustible Download PDF

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WO2011000952A1
WO2011000952A1 PCT/EP2010/059492 EP2010059492W WO2011000952A1 WO 2011000952 A1 WO2011000952 A1 WO 2011000952A1 EP 2010059492 W EP2010059492 W EP 2010059492W WO 2011000952 A1 WO2011000952 A1 WO 2011000952A1
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gas mixture
aqueous phase
combustible gas
producing
temperature
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PCT/EP2010/059492
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Bernard Gude
Jean-Marc Ducournau
Jacques Brousseau
Emmanuel Parmigiani
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Prometheous
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing a combustible gas mixture for a combustion engine comprising:
  • Such a device is known from, for example, US Pat. No. 4,368,696, which describes the use of an electrolyte for producing hydrogen and oxygen from water on board a vehicle in order to supplement the supply of fossil product necessary for the operation of the engine.
  • hydrogen and oxygen are supplied to the combustion engine and allow the use of a reduced amount of fossil fuel for the operation of the vehicle and inherently reduce the pollutants emitted by the combustion engine.
  • the energy required for the electrolysis is generated by the recovery of the heat of the burned gases and the mixture of hydrogen and oxygen gases is introduced into the carburettor.
  • the hydrogen produced and the oxygen produced are stored in two separate tanks because of their instability when they are together.
  • the invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art by providing a device in which the risk of explosion is greatly reduced and is much less bulky while minimizing the risk of corrosion of the engine.
  • a device as indicated at the beginning characterized in that the energy source is a source of electrical energy connected to a control box arranged to allow or block the passage said electric current to said means for producing said combustible gas mixture and in that the device further comprises a device for controlling the temperature of said aqueous phase.
  • the power source is electric and is therefore for example the battery of the vehicle.
  • the device according to the invention does not require an auxiliary system to manufacture the energy required for electrolysis using an energy source already present and already in this way greatly reduces congestion.
  • the DC power supply of 12 or 24 volts of said means for producing said combustible gas mixture makes it possible to ensure the electrolysis of the water and thus to produce the combustible gas mixture.
  • the system being connected to a control box, arranged to allow or block the passage of said electric current to said means for producing said combustible gas mixture, makes it possible to obtain a production of combustible gas (combustible gas mixture) only when vehicle operation and only when necessary.
  • the case control device is arranged to block the passage of said electric current to said means for producing said fuel gas mixture when the engine is shut down, when the oil pressure decreases, when an anomaly is detected in the circuit or when other fixed instructions are not respected.
  • the fuel gas mixture is produced only when the combustion engine is in operation and the electric current is supplied to him and not when the engine is cut.
  • the manufacture of the combustible gas mixture is performed in line and thus being optimized, there is no need to store the fuel gas mixture produced.
  • the device also comprises a device for controlling the temperature of said aqueous phase which makes it possible to prevent overheating of the water and therefore the escape of microdroplets (of steam) of water in the combustion engine. Indeed, by optimizing the water temperature, the compromise between efficiency of electrolysis and reduction of evaporation is achieved. Water being maintained at approximately
  • the device according to the invention further comprises a reservoir of said aqueous phase, comprising an aqueous phase outlet, connected to said feed conduit in said aqueous phase.
  • said supply of combustible gas mixture connected to the combustion engine is connected to an intake manifold of the latter, preferably downstream of an air filter and upstream of the cylinders.
  • an intake manifold of the latter preferably downstream of an air filter and upstream of the cylinders.
  • said temperature control device comprises
  • a stirring pump also connected to said control box and arranged to allow the circulation of said aqueous phase through means for producing said combustible gas mixture, said means for producing said combustible gas mixture having an inlet and a connected aqueous phase outlet at the brewing pump, and
  • a heat exchanger connected to said aqueous phase inlet means for producing said combustible gas mixture and said mixing pump.
  • a stirring pump circulates the aqueous phase in a heat exchanger.
  • the operation of the stirring pump is regulated by said control box which is connected to the stirring pump, to a water temperature sensor.
  • the control box actuates the stirring pump to reduce the temperature of the water by passing through the heat exchanger.
  • the temperature of the water does not exceed 60 ° C. in the device according to the invention by virtue of the combined action of the control box and the stirring pump.
  • said aqueous phase is mainly composed of water, for example tap water and the combustible gas mixture is formed essentially of dihydrogen and oxygen, said dihydrogen forming the fuel product aforesaid.
  • City water is an aqueous phase of choice because it is readily available and very inexpensive.
  • An equivalent to city water is spring water.
  • the water thus proposed is a sufficient fuel to perform the electrolysis in the means of production of said fuel gas mixture because the gas generated equivalent amount is more energy than gasoline or another fossil fuel.
  • the electrolysis of the mineral water generates precipitates with metallic and mineral bases which make it possible to lower the freezing temperature of the aqueous phase and to activate the electrolysis; indeed, the presence of precipitates, which are in the form of "sludge", accelerates the rise in temperature and catalyzes the production of combustible gas mixture.
  • the present invention provide an exclusive system for managing these sludges.
  • the engine since the ambient air admitted into the engine is replaced by a quantity of combustible gas mixture (for example hydrogen and oxygen) which is considerably more energetic than the air / fuel mixture, the engine has a pure oxidizer which is oxygen compared to air containing only 20% of oxidizing gas and secondly, the engine has a fuel with a heating value higher than that of a fossil energy.
  • Hydrogen is indeed a high energy non-polluting, non-toxic fuel and its combustion produces only water (possibly a little nitrogen oxides if the combustion takes place with air at very high temperature which will theoretically be recovered by the catalytic converter of the vehicle). Its specific energy, delivered during its combustion with oxygen, is high (120 MJ / kg), compared to that of gasoline (45 MJ / kg or methane (50 MJ / kg).
  • hydrogen produced from water is one of the most efficient fuels for converting chemical energy into electrical energy and its use causes less damage in the engine cylinders since it reduces the consumption and therefore the presence of soot carbon compounds, calamine and the like).
  • said means for producing said combustible gas mixture comprise a positive electrode and a negative electrode, connected on the one hand to said source of electrical energy and, on the other hand, in contact with each other. with said aqueous phase.
  • the means for producing said combustible gas mixture are in the form of a container, for example cylindrical.
  • the cylinder shell is made of a negative electrode and the cylinder comprises a positive concentric electrode (stainless steel tube).
  • the cylinder is capped with a plug having the fuel gas mixture outlet and preferably having a seal to prevent gas escape. Examples of dimensions of this cylinder are a height of 30 cm and a diameter of 8 cm (capacity of about 2 liters, half of which is in the receptacle portion of the hydrolyser and the other in the circuit) .
  • the contact between the positive and negative electrodes is ensured on the one hand by the connection to the source of electrical energy and dc feed and secondly by the water that is contained between the two electrodes.
  • the device according to the invention further comprises a purge connected to said means for producing said combustible gas mixture.
  • a maximum amperage threshold is programmed in the control box, which blocks the supply of said means for producing said combustible gas mixture with electric current and controls the purging and rinsing of the aqueous phase circuit of the means for producing said combustible gas mixture. by activating the stirring pump and solenoid valves and then returns the means of production of said fuel gas mixture under tension once it comprises a sufficient level of aqueous phase.
  • This purge is for example either a purge by decantation, or a purge by filtration.
  • the settling purge assumes that the sludge will be allowed to settle for a few hours prior to emptying while the purge by filtration assumes the presence of a filter that filters the sludge during operation in the manner of the oil filter.
  • Other embodiments of the device according to the invention are indicated in the appended claims.
  • the invention also relates to a mixed-energy engine for a vehicle comprising an electric circuit which comprises at least one electrical energy source, a power unit comprising at least one intake manifold and a combustion engine, characterized in that it comprises a device for producing a fuel according to the invention.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a mixed energy engine as described above.
  • the invention also relates to a method of reducing greenhouse gas emissions during operation of a combustion engine. This process comprises the steps of:
  • said aqueous phase is stored in a tank before being fed and producing said combustible gas mixture.
  • said control of the temperature of said aqueous phase during said step of producing said combustible gas mixture is carried out by a circulation of the aqueous phase in a heat exchanger when the temperature of the latter exceeds a predetermined threshold between 45 and 55 ° C, preferably about 50 0 C or even when the latter is too low.
  • said aqueous phase is mainly composed of water, for example city water and wherein said combustible gas mixture is formed essentially of dihydrogen and oxygen, said dihydrogen forming the fuel produced aforesaid.
  • the method according to the invention further comprises a step of purging said aqueous phase and / or produced sludge.
  • Figure 1 is a schematic view of a device according to the invention.
  • Figure 2 is an exploded view of said means for producing a combustible gas mixture according to the invention.
  • Figure 3 is a schematic view of the device according to the invention integrated in a motor and therefore a mixed energy motor according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates the device according to the invention integrated in a vehicle 1, connected to the combustion engine 2 of the latter, more particularly under the hood 3. Only a control box containing a user interface 4 is in this embodiment. no in the passenger compartment 5 of the vehicle 1 to facilitate its control by the driver of the vehicle 1.
  • the device according to the invention is a device for generating, in real time and as and when a fuel gas mixture preferably comprising H 2 and O 2 from an aqueous phase composed mainly of water.
  • the production device therefore comprises a connection 6a and 6b to a power source 7 producing an electric current, for example a battery, more particularly at the terminals thereof.
  • the device according to the invention also comprises means for producing a combustible gas mixture 8 fed into the aqueous phase and connected to said energy source 7.
  • the means for producing the combustible gas mixture are illustrated in greater detail in FIG. 2.
  • the means for producing the combustible gas mixture are fed with the aqueous phase 9 and are connected to the source of electrical energy via a connection 13 to a positive electrode 10 and a connection 14 to a negative electrode 11. Therefore, the direct current coming from the battery 7 which passes through the electrodes 10 and 11 allows electrolysis of the aqueous phase 9 which is contained in the means for producing a mixture of fuel gas 8, under the effect of the contact between the two electrodes 10 and 11 made by the aqueous phase 9.
  • the invention it has been observed that it was preferable to limit the power consumption required for the electrolysis because the device must be transportable and in particular integrable on thermal installations limited in electrical generation.
  • the electrical generation represents an available capacity of approximately 100 A (produced by an alternator charging in a 12 V battery) which is planned at the origin to meet its strict initial needs (lighting, heating, air conditioning, starter, etc.).
  • the device according to the invention must not consume too much electricity compared to the limited production capacity of the alternator of a car. Without changing the alternator, mobilizing half of this capacity must be a maximum practical limit because the original components of the engine have priority to avoid overloading the alternator. This precaution leads to a further evolution in order to reduce as much as possible the electrical consumption of the device according to the invention and to regulate it as a function of the current already consumed by the original devices (a function still attributed to FADEC).
  • the means for producing the combustible gas mixture 8 comprise an outlet 12 of this mixture connected to a combustion engine of a vehicle 2 by a fuel gas mixture supply pipe 37 connected to said combustible gas mixture outlet 12.
  • the means for producing the combustible gas mixture 8 are in the form of a container, for example cylindrical.
  • the negative electrode is actually the shell of the cylinder 11 and the cylinder comprises a positive concentric electrode 10 (hollow or solid stainless steel tube).
  • the cylinder is capped with a plug 15 having the combustible gas mixture outlet 12 and a seal 16 to prevent any escape of gas.
  • the device comprises a control box 17 which is itself connected to the control box containing a user interface 4.
  • the source of electrical energy is, in this embodiment, connected to the control box 17.
  • the device further comprises a device for controlling the temperature of said aqueous phase.
  • the temperature control device of said aqueous phase comprises a temperature probe (not shown) connected to said control box 17, a stirring pump 18 and a heat exchanger 19.
  • the stirring pump 18 is also connected to said control box 17 and allows the circulation of said aqueous phase through means for producing said combustible gas mixture 8, via the inlet 20 and the aqueous phase outlet 21 connected to the stirring pump 18.
  • the heat exchanger 19 is connected said aqueous phase inlet 20 of the electrolyser 8 and said stirring pump 18.
  • the temperature control device of said aqueous phase 9 thus makes it possible, for example, to avoid overheating of the latter which is in the electrolyser 8 and thus the escape of microdroplets (of steam) of water into the combustion engine.
  • aqueous phase also called electrolyte
  • the stirring and heat removal of the electrolytic fluid (aqueous phase) by forced ventilation almost avoids the inadvertent shutdown of the electrolysis when the temperature of the electrolyte exceeds a critical threshold (relay supply of the electrodes related to the set temperature).
  • This threshold was set at a set temperature of 50 to 55 ° C. This value makes it possible to control the electrolysis, thus the fuel gas mixing rate and the evaporation of the water, so that the latter are optimal in order to catalyze the combustion while avoiding the risks of corrosion of the engine linked to the steam. wet.
  • the system according to the invention for cooling was very effective in a range of use of the device in an environment ranging from a few degrees below zero up to 30 0 C without reaching the set temperature .
  • the device regulated at the set point the supply of the electrodes is cut off when the temperature of the tank reaches 55 ° C. and half of the time of its operation - 50 % time); this still led to fuel savings of the order of 15 to 20%.
  • the regulation at 50 - 55 ° C is an asset that extends its range of use in a temperate environment and is a guarantee in case of failure or lower performance of the cooling system (in case of failure of the cooling system, the device can continue to function by leaving the temperature control alone).
  • the stirring device by controlling the stirring of the aqueous phase as a function of the temperature of the electrolyte, its temperature can be homogenized.
  • the stirring device When hot, the stirring device contributes to the cooling of the aqueous phase while in the cold, the stirring device contributes to the heating of the aqueous phase and a heating system is obtained to bring the electrolysis more rapidly into its operation. nominal value between 45 and 55 ° C.
  • the faster reheating in a cold climate and the more efficient cooling in difficult traffic -cocks- or in hot climate) thus improves the adaptability of the device according to the invention and its utilization rate in a overall cycle of use.
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a mixed-energy engine according to the invention, that is to say an engine operating with a conventional fossil fuel and with the device allowing the economy of fuel, according to the invention.
  • the device according to the invention is preferably adaptable on all types of gasoline and diesel vehicles, and more particularly on those equipped with an electronic injection.
  • Vehicles equipped with electronic fuel injection are preferred because these systems have a feedback loop that analyzes the exhaust and changes the richness of the air / fuel mixture to be optimal.
  • the device according to the invention is connected on the one hand to the electric circuit of the vehicle (battery 7 or specific plug) via the connection 7a, 7b and on the other hand to the intake manifold 24 via the pipe 37, located downstream of the air filter 22 and upstream of the cylinders 23 of the combustion engine 2.
  • This place is preferred because a priori, it is the place where the vacuum is maximum.
  • a safety device or a circuit breaker can also be used according to the invention and will be described in more detail below.
  • the device according to the invention therefore comprises means for producing a fuel gas mixture 8 (or hydrolyzer) comprising two cylindrical and concentric electrodes 10 and 11, the positive electrode 10 being in the center, the negative electrode 11 being the same.
  • the assembly is kept full of liquid (aqueous phase) thanks to a reserve of aqueous phase contained in a reservoir 25.
  • the reservoir 25 is connected to the hydrolyser 8 via a water level solenoid valve 26 which is itself electrically connected to the control box 17.
  • the water level solenoid valve 26 is also connected to the stirring pump 18 to ensure the entry of the aqueous phase 9 in the circuit and therefore in the hydrolyser.
  • the 12 or 24-volt DC power supply of the hydrolyser 8 makes it possible to electrolyze the aqueous phase, which is preferably water. of town and thus to produce the fuel gas mixture mainly consisting of mixed hydrogen and oxygen.
  • This gas mixture is introduced into the intake manifold 24 via the pipe 37 which is the combustible gas mixture outlet.
  • a pump 18 and a purge 27 make it possible to clean the hydrolyser 8 and the heat exchanger 19.
  • the consumption of electrical energy has been limited to a consumption of 25A (with a fuse).
  • the power consumption reaches 2OA and the alternator is solicited almost marginally and the power supply of the other organs of the vehicle is not disturbed
  • the control box 17 controls the entire device according to the invention. On the one hand, it controls the electrolysis and the safety of the device and includes simple measurement chains that make it possible to optimize the flow of gas or to stop it in the event of a risk situation.
  • a user interface in a control box 4 connected to the control box 17 can display certain useful quantities (water temperature, power consumption, ...)
  • control box 17 is thus electrically connected by the connection 28 to the stirring pump 18, to a solenoid valve 29 for emptying via the connection 30 and to the water level solenoid valve 26 mentioned above by the electrical connection 31.
  • control box 17 may be connected to a temperature probe 32 by the electrical connection 33 and to other probes shown diagrammatically at 34 in FIG. 3, such as the engine oil pressure and butterfly pressure sensor. gases 35.
  • connection of the temperature probe 32 to the control box 17 is independent because this probe often generates microvolts depending on the temperature to which it is subjected.
  • the control box may include green and red lights indicating the use of the device according to the invention, the lack of water, and a light for solid electrolysis sludge, or can directly interact with the on-board computer.
  • the temperature probe the water temperature is constantly checked to avoid micronisation of the water. As soon as the measured temperature exceeds a predetermined threshold of 80 ° C., the power supply of the stirring pump is blocked by the control box 17 and the device according to the invention is cut off. To improve the decrease in temperature, the device according to the invention also plans to circulate the water in front of a separate radiator which is located at the front of the vehicle and which may be for example the radiator of the motor 36 (see FIG. ). This can for example be implemented by the use of relays which are in the closed position as long as the temperature does not exceed 80 ° C. Once the temperature exceeds 80 ° C., the relay opens and the power supply of the hydrolyser 8 is interrupted.
  • the power supply of the device according to the invention is also cut by the control box 17 in order to stop the production of the gas mixture H 2 and O 2 .
  • This function is for example implemented by the use of relays which are in the closed position (and therefore of contact) and in the open position (cut contact) if the pressure falls to 0 or is too high, which is the case by example when the vehicle stalls. In the case where the engine is racing, the gas mixture produced is sent to the engine and it will be consumed by its operation.
  • the maximum threshold of acceptable intensity (about 25A) will not be reached, the supply of gaseous mixture will take place, once this maximum threshold is reached, the supply of gaseous mixture of combustion is cut, for example to using a fuse.
  • the amperage threshold can evolve faster than that of the temperature for example when the electrolyte is loaded with sludge and / or when the outside temperature is low.
  • a probe which checks the level of water in the tank 25 of the device according to the invention is also present and connected to the control box 17 in order to prevent the device from consuming water.
  • electricity in producing a combustible gas mixture If there is no more water, the power supply of the device is immediately cut off. Indeed, the production of gas being proportional to the wet surface of the electrodes, if the water level drops in the container 8, the production of gas too, until the stop if the container is empty (the air is insulation); in this case, the feed stops because of a lack of reaction with the water.
  • an electrical relay verifies the state (closed or open) of the other verification relays (oil pressure, water temperature, water level, etc. ). If all the relays are closed then the electrical relay can trigger a power relay that will supply electricity to the hydrolyser and allow the production of fuel gas.
  • the engine contact is switched on and the device according to the invention is turned on, either manually by the control unit 4, or automatically, with or without delay, if necessary.
  • the device according to the invention is supplied with electrical energy and the production of combustible gas mixture begins. This mixture produced is sucked by the intake manifold and the energy of the compression of this produced mixture can then be used.
  • the electrolysis of the mineral water generates precipitates that is to say sludge resulting from the oxidation of the metal alloy of the electrodes and the mineral ions of the water.
  • concentration of sludge increases and contribute to both the increase of the amperage of the electrolyte and the rise of its temperature.
  • the sludge has antagonistic effects for the efficiency of the electrolysis: the impact on the gas production is positive but that on the electrical consumption is negative.
  • a compromise has been established for this sludge concentration to contribute to the effectiveness of the device; this compromise requires a sludge management system.
  • the sludge management system according to the invention is based on several functions that can be done in parallel with each other:
  • the evacuation and filling is done manually first with a valve (1/4 turn); the evacuation is to the outside and the filling is done with a reserve independent to the device by direct filling of the tank.
  • This operation is done after a few hundred kilometers to prevent the amperage of the electrolyte is too high for our test vehicle.
  • the decant (natural at rest) of the electrolyte gives in a few hours a very concentrated layer quite thin. It is essential to purge this small amount of electrolyte to return to an acceptable and useful sludge concentration.
  • To achieve a sufficient life cycle of the device (5000 km or more to fit with the traditional maintenance cycles for a vehicle), it is necessary to limit the sludge so that the concentration remains within an acceptable limit.
  • a filtering device (cyclonic or sieve) which limits the increase of the concentration during use
  • a decanting device (low level of the tank) which receives the layer of concentrated sludge
  • a storage device (an enclosure located at the lowest) recovers by gravity the sludge of the first 2 devices when the system is at rest,
  • the sludge management system according to the invention is further controlled by an electromechanical system comprising valves, and connected to said global electronic management system of the device according to the invention comprising, for example, an automaton capable of planning these operations and indicating to the user the need for a maintenance operation (sludge evacuation, filling or rinsing, changing or cleaning the filter).
  • a given vehicle comprising a conventional combustion engine for a displacement over a predetermined distance of 100 km was used.
  • the same given vehicle (thus including the same internal combustion engine) was then used for the same predetermined distance and the device according to the invention was connected to the battery without connecting it to the inlet in order to determine the additional power required. to the operation of the device according to the invention (Case B).
  • the same given vehicle (thus including the same explosion engine) was again used for the same predetermined distance and the device according to the invention was connected to the battery and the combustible gas mixture produced was fed at the intake. of air to determine the gain during operation of the device according to the invention (Case C)
  • the device according to the invention connected and connected to the inlet allows a gain. It will be noted in passing that the device according to the invention is connected to the power supply of the motor and consumes a power of 240 W (12 volts x 20 A). This is about as much as a fog lamp and therefore the device according to the invention does not empty the battery as the vehicle is in operation and the alternator recharges it as and when.
  • the alternator that supplies the vehicle with electricity has a higher power (about 20 to 30% for a car) to the only needs of the vehicle (engine, air conditioning, heating, lighting, ).
  • the device according to the invention therefore uses the power remaining available from the alternator to produce the fuel gas mixture.
  • a control box makes it possible to stop the device according to the invention each time the motor stops. The battery is not likely to be discharged.
  • a device according to the invention as illustrated in FIGS. 1 and 2, was placed on a vehicle of the Renault brand, Twingo type, and an identical 100 km road circuit was made with and without the device according to the invention.
  • the complement of the fuel tank was realized in the following way.
  • the vehicle's partial counter is reset, the engine is stopped.
  • the vehicle uses premium unleaded gasoline 95 and using a PVC funnel with filter, the tank is filled to overflow.
  • the device according to the invention is at a standstill and disconnected.
  • the vehicle starts and is driven on a predetermined route.
  • the vehicle is stopped and the engine stopped.
  • the fuel tank is redone with the same PVC funnel as before and to get a tank filled with overflow again, 5.4 liters were used.
  • the vehicle is returned to the same starting point, the complement of the fuel tank was realized as follows.
  • the vehicle's partial counter is reset, the engine is stopped.
  • the vehicle uses premium unleaded gasoline 95 and using a PVC funnel with filter, the tank is filled to overflow.
  • the device according to the invention is in operation and connected.
  • the vehicle starts and is driven on a predetermined route with the same people as before.
  • the invention has been described here with reference to combustion engines, in particular vehicles, mainly self-propelled, but it goes without saying that it can be applied to any type of combustion engine, for example boats, power plants and the like.

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Abstract

Dispositif de production d'un mélange gazeux combustible comprenant un raccordement à une source d'énergie (7) produisant un courant électrique, une cellule d'électrolyse (8) d'une phase aqueuse, reliée à ladite source d'énergie (7), et agencée pour produire ledit mélange gazeux combustible et alimenter un moteur à combustion (2) d'un véhicule (1) et un boîtier de contrôle (17) agencé pour permettre ou bloquer le passage dudit courant électrique auxdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible, en ce que, et en ce que le dispositif comprend en outre un dispositif de contrôle de température de ladite phase aqueuse.

Description

" DISPOSITIF ET PROCEDE DE PRODUCTION D'UN MELANGE GAZEUX COMBUSTIBLE "
La présente invention se rapporte à un dispositif de production d'un mélange gazeux combustible pour un moteur à combustion comprenant :
- un raccordement à une source d'énergie produisant un courant électrique,
- des moyens de production d'un mélange gazeux combustible alimentés en une phase aqueuse et connecté à ladite source d'énergie, agencés pour produire ledit mélange gazeux combustible à partir de ladite phase aqueuse sous l'effet dudit courant électrique, lesdits moyens de production du mélange gazeux combustible comportant une sortie de ce mélange reliée à un moteur à combustion,
- une alimentation en mélange gazeux combustible reliée à ladite sortie de mélange gazeux combustible.
Un tel dispositif est connu par exemple du document US 4 368 696 qui décrit l'utilisation d'un électrolyte pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène à partir d'eau à bord d'un véhicule dans le but de complémenter l'alimentation en produit fossile nécessaire au fonctionnement du moteur. De cette façon, l'hydrogène et l'oxygène sont fournis au moteur à combustion et permettent l'utilisation d'une quantité réduite de combustible fossile pour le fonctionnement du véhicule et de manière inhérente, réduisent les polluants émis par le moteur à combustion. L'énergie nécessaire à l'électrolyse est générée par la récupération de la chaleur des gaz brûlés et le mélange des gaz hydrogène et oxygène est introduit dans le carburateur. Selon l'enseignement, l'hydrogène produit et l'oxygène produit sont stockés dans deux réservoirs séparés à cause de leur instabilité lorsqu'ils sont ensemble.
Malheureusement, un tel dispositif n'est pas très sûr, par exemple en cas d'accident, le risque d'explosion est très élevé et est relativement encombrant dû à la présence des deux réservoirs de stockage et des moyens pour séparer les composants gazeux. De plus, lors de l'électrolyse de l'eau, les gaz formés sont chargés en très fines gouttelettes d'eau qui atterrissent directement dans le carburateur, présentant dès lors un risque élevé de corrosion sur les éléments du moteur.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en procurant un dispositif dans lequel le risque d'explosion est réduit fortement et qui est beaucoup moins encombrant tout en minimisant les risques de corrosion du moteur.
Pour résoudre ce problème, il est prévu suivant l'invention, un dispositif tel qu'indiqué au début caractérisé en ce que la source d'énergie est une source d'énergie électrique reliée à un boîtier de contrôle agencé pour permettre ou bloquer le passage dudit courant électrique auxdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible et en ce que le dispositif comprend en outre un dispositif de contrôle de température de ladite phase aqueuse.
En effet, suivant l'invention, la source d'énergie est électrique et est donc par exemple la batterie du véhicule. Ceci signifie que le dispositif selon l'invention ne demande pas de système annexe pour fabriquer l'énergie nécessaire à l'électrolyse en utilisant une source d'énergie déjà présente et réduit déjà de cette façon largement l'encombrement. L'alimentation électrique en courant continu de 12 ou 24 volts desdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible permet d'assurer l'électrolyse de l'eau et donc de produire le mélange gazeux combustible. En outre, le système, en étant relié à un boîtier de contrôle, agencé pour permettre ou bloquer le passage dudit courant électrique auxdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible, permet d'obtenir une production de gaz combustible (mélange gazeux combustible) uniquement lors du fonctionnement du véhicule et uniquement lorsque c'est nécessaire. Par exemple, le boîtier de contrôle est agencé pour bloquer le passage dudit courant électrique auxdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible lorsque le moteur est coupé, lorsque la pression d'huile diminue, lorsqu'une anomalie est détectée dans le circuit ou encore lorsque d'autres consignes fixées ne sont pas respectées.
Dès lors, le mélange gazeux combustible n'est produit que lorsque le moteur à combustion est en fonctionnement et que le courant électrique lui est fourni et non quand le moteur est coupé. La fabrication du mélange gazeux combustible est réalisée en ligne et en étant ainsi optimisée, il n'y a pas lieu de stocker le mélange gazeux combustible produit.
Selon l'invention, le dispositif comprend également un dispositif de contrôle de température de ladite phase aqueuse qui permet d'éviter la surchauffe de l'eau et donc l'échappement de microgouttelettes (de vapeur) d'eau dans le moteur à combustion. En effet, en optimisant la température de l'eau, le compromis entre efficacité de l'électrolyse et réduction de l'évaporation est atteint. L'eau en étant maintenue à environ
500C dans les moyens de production dudit mélange gazeux combustible est à l'état condensé et ne s'échappe pas avec le mélange d'hydrogène et d'oxygène formé, ce qui réduit les risques de corrosion dans des parties coûteuses du moteur à combustion.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le dispositif selon l'invention comprend en outre un réservoir de ladite phase aqueuse, comprenant une sortie de phase aqueuse, relié audit conduit d'alimentation en ladite phase aqueuse.
La présence d'un tel réservoir de phase aqueuse permet de maintenir le niveau de phase aqueuse requis par les moyens de production dudit mélange gazeux combustible.
Avantageusement, ladite alimentation en mélange gazeux combustible reliée au moteur à combustion est reliée à un collecteur d'admission de ce dernier, de préférence en aval d'un filtre à air et en amont des cylindres. Il s'agit de l'endroit auquel l'admission dudit mélange gazeux combustible ou de gaz combustible dans le moteur à combustion est optimal puisque cette zone semble être celle à laquelle la dépression est maximale et comme on peut le constater, l'introduction du mélange gazeux combustible à cet endroit ne nécessite pas de transformation des cylindres ni de dispositif d'injection dudit mélange gazeux combustible. Avantageusement, le tube d'alimentation en mélange gazeux combustible (gaz combustible) est en matière plastique et connecté avec un raccord standard sur l'admission d'air.
Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, ledit dispositif de contrôle de température comprend
- une sonde de température reliée audit boîtier de contrôle,
- une pompe de brassage également reliée audit boîtier de contrôle et agencée pour permettre la circulation de ladite phase aqueuse au travers des moyens de production dudit mélange gazeux combustible, lesdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible présentant une entrée et une sortie de phase aqueuse reliée à la pompe de brassage, et
- un échangeur thermique relié à ladite entrée de phase aqueuse des moyens de production dudit mélange gazeux combustible et à ladite pompe de brassage.
Pour éviter la surchauffe de l'eau dans lesdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible et une surconsommation électrique, une pompe de brassage fait circuler la phase aqueuse dans un échangeur thermique. Le fonctionnement de la pompe de brassage est régulé par ledit boîtier de contrôle qui est relié à la pompe de brassage, à une sonde de température de l'eau. Dès que la température de l'eau dépasse 500C, le boîtier de contrôle actionne la pompe de brassage pour diminuer la température de l'eau par passage au travers de l'échangeur de chaleur. Ceci évite la micronisation de l'eau et donc les effets nocifs sur le moteur par propagation de microgouttelettes d'eau vers les cylindres. De préférence, la température de l'eau n'excède pas 600C dans le dispositif selon l'invention grâce à l'action conjointe du boîtier de contrôle et de la pompe de brassage.
De préférence, ladite phase aqueuse est majoritairement constituée d'eau, par exemple d'eau de ville et le mélange gazeux combustible est formé essentiellement de dihydrogène et de dioxygène, ledit dihydrogène formant le combustible produit susdit.
L'eau de ville est une phase aqueuse de choix car elle est aisément disponible et très peu coûteuse. Un équivalent à l'eau de ville est l'eau de source. L'eau ainsi proposée est un combustible suffisant pour réaliser l'électrolyse dans les moyens de production dudit mélange gazeux combustible car le gaz généré à quantité équivalente est plus énergétique que l'essence ou qu'un autre combustible fossile. De cette façon, par rapport aux dispositifs connus, l'utilisation de solutions basiques ou acides dangereuses et peu disponibles (voire interdites selon le pays) pour un utilisateur grand public sont bannies. De plus, l'électrolyse de l'eau minérale génère des précipités à bases métallique et minérale qui permettent d'abaisser la température de congélation de la phase aqueuse et d'activer l'électrolyse ; en effet, la présence de précipités, qui se présentent sous forme de "boues", accélère la montée en température et catalyse la production de mélange de gaz combustible.
Comme l'utilisation de l'eau de ville produit des boues dont la concentration augmente au cours de l'utilisation, la présente invention prévoir un système exclusif de gestion de ces boues.
En effet, puisqu'on substitue à l'air ambiant admis dans le moteur une quantité de mélange gazeux combustible (par exemple hydrogène et oxygène) nettement plus énergétique que le mélange air/carburant, le moteur dispose d'un comburant pur qui est l'oxygène par rapport à l'air qui ne contient que 20 % de gaz comburant et d'autre part, le moteur dispose d'un combustible présentant un pouvoir calorifique supérieur à celui d'une énergie fossile. L'hydrogène est en effet un combustible à pouvoir énergétique élevé non polluant, non toxique et sa combustion ne produit que de l'eau (éventuellement un peu d'oxydes d'azote si la combustion a lieu avec de l'air à très haute température qui sera théoriquement récupéré par le pot catalytique du véhicule). Son énergie massique, délivrée lors de sa combustion avec le dioxygène est élevée (120 MJ/kg), comparée à celle de l'essence (45 MJ/kg ou du méthane (50 MJ/kg).
De plus, l'hydrogène produit à partir d'eau est un des combustibles les plus efficaces pour convertir de l'énergie chimique en énergie électrique et son utilisation provoque moins de dégâts dans les cylindres de moteur puisqu'il réduit la consommation et donc la présence de composés carbonés suies, calamine et analogues).
De plus, dans une forme de réalisation préférée selon l'invention, lesdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible comprennent une électrode positive et une électrode négative, reliées d'une part à ladite source d'énergie électrique et d'autre part en contact avec ladite phase aqueuse.
De préférence, les moyens de production dudit mélange gazeux combustible sont sous la forme d'un récipient, par exemple cylindrique. Dans une forme de réalisation particulière, l'enveloppe du cylindre est faite d'une électrode négative et le cylindre comprend une électrode concentrique positive (tube en acier inoxydable). Le cylindre est coiffé d'un bouchon présentant la sortie de mélange gazeux combustible et de préférence présentant un joint d'étanchéité pour éviter tout échappement de gaz. Des dimensions à titre d'exemple de ce cylindre sont une hauteur de 30 cm et un diamètre de 8 cm (contenance d'environ 2 litres dont la moitié se trouve dans la partie réceptacle de l'hydrolyseur et l'autre dans le circuit). Dans les moyens de production dudit mélange gazeux combustible, le contact entre les électrodes positives et négatives est assuré d'une part par la connexion à la source d'énergie électrique et ralimentation en courant continu et d'autre part par l'eau qui est contenue entre les deux électrodes.
Lors du développement de l'invention, plusieurs modèles d'électrodes ont été testés tels qu'un arrangement de tubes, des électrodes concentriques en série, etc .. De ces essais, il ressort que la consommation électrique (et donc le débit de gaz) était proportionnelle à la surface des électrodes en contact avec l'eau (surface mouillée) et qu'il fallait un compromis entre la géométrie, la surface mouillée et l'encombrement, entre autres pour ne pas dépasser une consommation électrique prédéterminée pour ne pas surcharger l'alternateur.
De façon avantageuse, le dispositif selon l'invention comprend en outre une purge reliée auxdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible.
En effet, pendant l'électrolyse, la phase aqueuse se charge de salissures, faisant augmenter l'ampérage du circuit. Un seuil d'ampérage maximum est programmé dans le boîtier de contrôle, qui bloque l'alimentation desdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible en courant électrique et commande la purge et le rinçage du circuit de phase aqueuse des moyens de production dudit mélange gazeux combustible en activant la pompe de brassage et des électrovannes et remet ensuite les moyens de production dudit mélange gazeux combustible sous tension une fois que celui-ci comprend un niveau suffisant de phase aqueuse.
Egalement, il est requis d'effectuer une purge des boues produites. Cette purge est à titre d'exemple soit une purge par décantation, soit une purge par filtration. La purge par décantation suppose que les boues seront laissées à décanter pendant quelques heures avant la vidange tandis que la purge par filtration suppose la présence d'un filtre qui effectue la filtration des boues pendant le fonctionnement à la façon du filtre à huile. D'autres formes de réalisation du dispositif suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
L'invention a aussi pour objet un moteur à énergie mixte pour un véhicule comprenant un circuit électrique qui comprend au moins une source d'énergie électrique, un bloc motopropulseur comprenant au moins un collecteur d'admission et un moteur à combustion, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de production d'un combustible selon l'invention.
D'autres formes de réalisation du moteur à énergie mixte suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
L'invention se rapporte également à un véhicule comprenant un moteur à énergie mixte tel que décrit ci-dessus.
D'autres formes de réalisation du véhicule comprenant ledit moteur à énergie mixte suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées
L'invention se rapporte également à un procédé de réduction des émissions des gaz à effet de serre lors du fonctionnement d'un moteur à combustion. Ce procédé comprend les étapes de:
- production d'un mélange gazeux combustible à partir d'une phase aqueuse alimentée et d'un courant électrique, de préférence continu,
- un contrôle de la température de ladite phase aqueuse lors de ladite étape de production dudit mélange gazeux combustible, et
- une alimentation régulée en ledit mélange obtenu d'un moteur à combustion.
Avantageusement, ladite phase aqueuse est stockée dans un réservoir avant d'être alimentée et de produire ledit mélange gazeux combustible.
Dans un mode de réalisation préférentiel, ledit contrôle de la température de ladite phase aqueuse lors de ladite étape de production dudit mélange gazeux combustible est réalisé par une circulation de la phase aqueuse dans un échangeur de chaleur lorsque la température de cette dernière dépasse un seuil prédéterminé compris entre 45 et 55°C, de préférence d'environ 500C ou même lorsque cette dernière est trop faible.
Dans une alternative préférentielle au sens de l'invention, ladite phase aqueuse est majoritairement constituée d'eau, par exemple d'eau de ville et dans lequel ledit mélange gazeux combustible est formé essentiellement de dihydrogène et de dioxygène, ledit dihydrogène formant le combustible produit susdit.
De préférence, le procédé selon l'invention comprend en outre, une étape de purge de ladite phase aqueuse et/ou de boues produites.
D'autres formes de réalisation du procédé suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples annexés.
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention.
La figure 2 est une vue explosée desdits moyens de production d'un mélange gazeux combustible selon l'invention.
La figure 3 est une vue schématique du dispositif selon l'invention intégré dans un moteur et dès lors d'un moteur à énergie mixte selon l'invention.
Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
La figure 1 illustre le dispositif selon l'invention intégré dans un véhicule 1 , relié au moteur à combustion 2 de ce dernier, plus particulièrement sous le capot 3. Seul un boîtier de commande contenant une interface utilisateur 4 se trouve dans cette forme de réalisation non limitative dans l'habitacle 5 du véhicule 1 afin de faciliter sa commande par le conducteur du véhicule 1.
Le dispositif selon l'invention est un dispositif permettant la génération, en temps réel et au fur et à mesure d'un mélange gazeux combustible comprenant de préférence H2 et O2 à partir d'une phase aqueuse composée principalement d'eau.
Le dispositif de production selon l'invention comprend donc un raccordement 6a et 6b à une source d'énergie 7 produisant un courant électrique, par exemple à une batterie, plus particulièrement aux bornes de celle-ci.
Le dispositif selon l'invention comprend également des moyens de production d'un mélange gazeux combustible 8 alimentés en la phase aqueuse et connecté à ladite source d'énergie 7. Les moyens de production du mélange gazeux combustible sont illustrés plus en détails à la figure 2.
Comme on peut le voir à la figure 2, les moyens de production du mélange gazeux combustible sont alimentés en phase aqueuse 9 et sont connectés à la source d'énergie électrique par l'intermédiaire d'un raccordement 13 à une électrode positive 10 et d'un raccordement 14 à une électrode négative 11. Dès lors, le courant continu provenant de la batterie 7 qui passe par les électrodes 10 et 11 permet une électrolyse de la phase aqueuse 9 qui est contenue dans les moyens de production d'un mélange de gaz combustible 8, sous l'effet du contact entre les deux électrodes 10 et 11 réalisé par la phase aqueuse 9. Selon l'invention, il a été observé qu'il était préférable de limiter la consommation électrique nécessaire à l'électrolyse car le dispositif doit être transportable et notamment intégrable sur des installations thermiques limitées en génération électrique. Dans le cas d'une automobile aux standards moyens européens : la génération électrique représente une capacité disponible d'environ 100 A (produit par un alternateur débitant dans une batterie 12 V) qui est prévue à l'origine pour répondre à ses stricts besoins initiaux (éclairage, chauffage, climatisation, démarreur, etc.).
Dès lors, le dispositif selon l'invention ne doit pas consommer trop d'électricité par rapport à la capacité limitée de production de l'alternateur d'une voiture. Sans changer l'alternateur, mobiliser la moitié de cette capacité doit être une limite pratique maximale car les organes d'origine du moteur sont prioritaires pour ne pas mettre l'alternateur en surcharge. Cette précaution amène une évolution supplémentaire pour diminuer au maximum la consommation électrique du dispositif selon l'invention et pour la réguler en fonction du courant déjà consommé par les organes d'origine (fonction attribuée encore au FADEC).
En outre, selon l'invention, il est inutile de produire trop de mélange de gaz combustible puisqu'il s'agit de catalyse de la combustion du moteur. La règle empirique qui circule est que le débit de mélange de gaz combustible nécessaire est d'environ d'une cylindrée/min. Comme l'augmentation de débit de gaz entraine une augmentation de la température donc de l'effet joule et que le principe de la catalyse implique qu'un excès de production gaz supérieur au besoin de la catalyse est inutile, il s'agit donc d'optimiser le débit. Bien entendu, ce qui est vrai pour un moteur à combustion interne, ne le sera pas forcément sur un moteur à combustion externe comme une chaudière. En effet, le fait que la combustion se fasse à pression ambiante change les règles de la catalyse ; donc les ratios cités doivent être revu en conséquence et le débit nécessaire de mélange de gaz combustible est à augmenter significativement. Par exemple, dans ce cas, on peut prévoir un dispositif de gavage en mélange de gaz combustible en tant que dispositif d'alimentation. Enfin, dans d'autres voies de recherche, il est possible de réaliser une électrolyse pour un débit donné à moindre puissance donc à effet joule moindre donc en simplifiant le système de refroidissement. Il s'agirait de modifier le courant continu en alimentant à basse tension (2 V) ou en le hachant (signal carré composé de trains d'impulsion dont la composition varie en fonction d'une fréquence de hachage).
Les moyens de production du mélange gazeux combustible 8 comportent une sortie 12 de ce mélange reliée à un moteur à combustion d'un véhicule 2 par une tubulure d'alimentation en mélange gazeux combustible 37 reliée à ladite sortie de mélange gazeux combustible 12.
De façon plus détaillée, les moyens de production du mélange gazeux combustible 8 sont sous la forme d'un récipient, par exemple cylindrique. Dans ce cas, l'électrode négative est en réalité l'enveloppe du cylindre 11 et le cylindre comprend une électrode concentrique positive 10 (tube en acier inoxydable creux ou plein). Le cylindre est coiffé d'un bouchon 15 présentant la sortie de mélange gazeux combustible 12 et un joint d'étanchéité 16 pour éviter tout échappement de gaz.
Revenant maintenant à la figure 1 , le dispositif selon l'invention comprend un boîtier de contrôle 17 qui est lui-même relié au boîtier de commande contenant une interface utilisateur 4. La source d'énergie électrique est, dans cette forme de réalisation, reliée au boîtier de contrôle 17. Le dispositif comprend en outre un dispositif de contrôle de température de ladite phase aqueuse.
Le dispositif de contrôle de température de ladite phase aqueuse comprend une sonde de température (non illustrée) reliée audit boîtier de contrôle 17, une pompe de brassage 18 et un échangeur thermique 19. La pompe de brassage 18 est également reliée audit boîtier de contrôle 17 et permet la circulation de ladite phase aqueuse au travers des moyens de production dudit mélange gazeux combustible 8, via l'entrée 20 et la sortie 21 de phase aqueuse reliée à la pompe de brassage 18. De plus, l'échangeur thermique 19 est relié à ladite entrée 20 de phase aqueuse de l'électrolyseur 8 et à ladite pompe de brassage 18. Le dispositif de contrôle de température de ladite phase aqueuse 9 permet donc par exemple d'éviter la surchauffe de cette dernière qui se trouve dans l'électrolyseur 8 et donc l'échappement de microgouttelettes (de vapeur) d'eau dans le moteur à combustion 2 via la génération du mélange gazeux combustible sortant par la sortie 12. De cette façon, en optimisant la température de l'eau, le compromis entre efficacité de l'électrolyse et réduction de l'évaporation est atteint. L'eau en étant maintenue à environ 500C dans les moyens de production dudit mélange gazeux combustible 8 est à l'état condensé et ne s'échappe pas avec le mélange d'hydrogène et d'oxygène formé (mélange gazeux combustible formé), ce qui réduit les risque de corrosion dans des parties coûteuses du moteur à combustion 2. En effet, selon l'invention, il a été démontré que plus la phase aqueuse (également appelée électrolyte) chauffe, plus il produit de mélange de gaz combustible et plus il produit de vapeur d'eau nuisible à la fois au rendement, à l'intégrité du moteur lorsqu'elle est en quantité excessive (s'il y a trop d'humidité par rapport à l'humidité classique de l'air) et augmente le risque de corrosion des cylindres). En outre, il a été constaté, de manière très surprenante, selon l'invention que le brassage et l'arrachage calorifique du fluide électrolytique (phase aqueuse) par ventilation forcée permet quasiment d'éviter l'arrêt intempestif de l'électrolyse quand la température de l'électrolyte dépasse un seuil critique (relais d'alimentation des électrodes lié à la température de consigne). Ce seuil a été fixé à une température de consigne de 50 à 55°C. Cette valeur permet de contrôler l'électrolyse, donc le débit de mélange de gaz combustible et l'évaporation de l'eau, pour que ces derniers soient optimaux afin de catalyser la combustion tout en évitant les risques de corrosion du moteur lié à la vapeur humide.
Il a également été constaté que le système selon l'invention de refroidissement était très efficace dans une plage d'utilisation du dispositif dans une ambiance allant de quelques degrés sous zéro jusqu'à 30 0C sans que l'on atteigne la température de consigne. Toutefois, sans ce système de refroidissement, pour une température ambiante de 100C, le dispositif régulait à la consigne (l'alimentation des électrodes est coupée quand la température du réservoir atteint 55 0C et la moitié du temps de son fonctionnement - 50% du temps); cela conduisait quand même à des économies de carburant de l'ordre de 15 à 20%.
En conséquence, il semble inutile d'avoir une température de consigne trop haute (ce n'est que néfaste pour le moteur). On peut dire alors que la régulation à 50 - 55°C est un atout qui étend son domaine d'utilisation en milieu tempéré et c'est une garantie en cas de défaillance ou de moindre performance du système de refroidissement (en cas de panne du système de refroidissement, le dispositif peut continuer à fonction en laissant la régulation de température seule).
En outre, en commandant le brassage de la phase aqueuse en fonction de la température de l'électrolyte, on peut homogénéiser sa température. A chaud, le dispositif de brassage contribue au refroidissement de la phase aqueuse tandis qu'à froid, le dispositif de brassage contribue au réchauffement de la phase aqueuse et on obtient de fait un système de réchauffage pour amener l'électrolyse plus rapidement dans son fonctionnement nominal entre 45 et 55 0C. Le réchauffage plus rapide en climat froid et le refroidissement plus efficace en circulation difficile -bouchons- ou en climat chaud) améliore donc l'adaptabilité du dispositif selon l'invention et son taux d'utilisation dans un cycle d'utilisation global.
Ceci permet d'optimiser l'électrolyse et d'offrir à notre dispositif une plage climatique de mise en œuvre vers des climats aux amplitudes plus importantes.
La figure 3 est une illustration schématique d'un moteur à énergie mixte selon l'invention, c'est-à-dire d'un moteur fonctionnant à l'aide d'un carburant conventionnel fossile et avec le dispositif permettant l'économie de carburant, selon l'invention. Le dispositif selon l'invention est de préférence adaptable sur tous les types de véhicules à essence et diesel, et plus particulièrement sur ceux équipés d'une injection électronique.
Les véhicules équipés d'une injection électronique ont la préférence étant donné que ces systèmes ont une boucle de rétroaction qui analyse les gaz d'échappement et qui modifie la richesse du mélange air/carburant pour qu'il soit optimal.
Comme on l'a déjà mentionné précédemment, le dispositif selon l'invention est raccordé d'une part au circuit électrique du véhicule (batterie 7 ou prise spécifique) via le raccordement 7a, 7b et d'une autre part au collecteur d'admission 24 via la tubulure 37, situé en aval du filtre à air 22 et en amont des cylindres 23 du moteur à combustion 2. Cet endroit est préféré car à priori, il s'agit de l'endroit auquel la dépression est maximale. Un dispositif de sécurité ou un disjoncteur peut être également utilisé selon l'invention et sera décrit plus en détails ci- dessous.
Le dispositif selon l'invention comprend donc des moyens de production d'un mélange de gaz combustible 8 (ou hydrolyseur) comprenant deux électrodes cylindriques et concentriques 10 et 11 , l'électrode positive 10 étant au centre, l'électrode négative 11 étant l'enveloppe de l'hydrolyseur 8. L'ensemble est maintenu plein de liquide (phase aqueuse) grâce à une réserve de phase aqueuse contenue dans un réservoir 25. Le réservoir 25 est relié à l'hydrolyseur 8 par l'intermédiaire d'une électrovanne de niveau d'eau 26 qui est elle-même raccordée électriquement au boîtier de contrôle 17. L'électrovanne de niveau d'eau 26 est également reliée à la pompe de brassage 18 permettant d'assurer l'entrée de la phase aqueuse 9 dans le circuit et donc dans l'hydrolyseur.
Comme on l'a également déjà mentionné, l'alimentation électrique en courant continu de 12 ou 24 volts de l'hydrolyseur 8 permet d'assurer l'électrolyse de la phase aqueuse qui est de préférence de l'eau de ville et donc de produire le mélange gazeux combustible principalement constitué d'hydrogène et d'oxygène mélangés. Ce mélange gazeux est introduit dans le collecteur d'admission 24 via la tubulure 37 qui est la sortie de mélange gazeux combustible.
Afin d'éviter la surchauffe de la phase aqueuse dans l'hydrolyseur et une surconsommation électrique pour ne pas surcharger l'alternateur, une pompe 18 et une purge 27 permet de nettoyer l'hydrolyseur 8 et l'échangeur thermique 19.
A titre d'exemple, la consommation d'énergie électrique a été limitée à une consommation de 25A (avec un fusible). De cette façon, en utilisation, la consommation électrique atteint 2OA et l'alternateur est sollicité de façon quasi marginale et l'alimentation des autres organes du véhicule n'est pas perturbée
Le boîtier de contrôle 17 pilote l'ensemble du dispositif selon l'invention. Il contrôle d'une part l'électrolyse et la sécurité du dispositif et comprend des chaînes de mesure simples qui permettent d'optimiser le débit de gaz ou de la stopper en cas de situation à risque. Une interface utilisateur dans un boîtier de commande 4, reliée au boîtier de contrôle 17 peut permettre de visualiser certaines grandeurs utiles (température de l'eau, consommation électrique,...)
Le boîtier de contrôle 17 est donc raccordé électriquement par le raccordement 28 à la pompe de brassage 18, à une électrovanne 29 de vidange par le raccordement 30 et à l'électrovanne de niveau d'eau 26 susdite par le raccordement électrique 31 . De plus, le boîtier de contrôle 17 peut être raccordé à une sonde de température 32 par le raccordement électrique 33 ainsi qu'à d'autres sondes schématisées en 34 sur la figure 3 telles que la sonde de pression d'huile moteur et du papillon des gaz 35.
Dans une variante, la connexion de la sonde de température 32 au boitier de contrôle 17 est indépendante car bien souvent, cette sonde génère des microvolts en fonction de la température à laquelle est soumise.
Le boîtier de commande peut comprendre des voyants verts et rouges indiquant l'utilisation du dispositif selon l'invention, le manque d'eau, et un voyant pour les boues d'électrolyse pleines, ou peut directement interagir avec l'ordinateur de bord.
Grâce à la sonde de température, la température de l'eau est vérifiée en permanence afin d'éviter la micronisation de celle-ci. Dès que la température mesurée dépasse un seuil prédéterminé de 80 0C, l'alimentation électrique de la pompe de brassage est bloquée par le boîtier de contrôle 17 et le dispositif selon l'invention est coupé. Pour améliorer la diminution de la température, le dispositif selon l'invention envisage également de faire circuler l'eau devant un radiateur séparé qui est situé à l'avant du véhicule et qui peut être par exemple le radiateur du moteur 36 (voir figure 1 ). Ceci peut par exemple être mis en œuvre par l'utilisation de relais qui sont en position fermée tant que la température ne dépasse pas 800C. Une fois que la température dépasse 800C, le relai s'ouvre et l'alimentation électrique de l'hydrolyseur 8 est interrompue.
Lorsque la sonde de la pression d'huile dans les cylindres enregistre une valeur de 0, l'alimentation électrique du dispositif selon l'invention est également coupé par le boîtier de contrôle 17 afin d'arrêter la production du mélange gazeux H2 et O2. Cette fonction est par exemple mise en œuvre par l'utilisation de relais qui sont en position fermée (et donc de contact) et en position ouverte (contact coupé) si la pression tombe à 0 ou est trop élevée, ce qui est le cas par exemple quand le véhicule cale. Dans le cas où le moteur s'emballe, le mélange gazeux produit est envoyé au moteur et il sera consommé par son fonctionnement. Tant que le seuil maximum d'intensité acceptable (environ 25A) ne sera pas atteint, l'alimentation en mélange gazeux aura lieu, une fois que ce seuil maximum est atteint, l'alimentation en mélange gazeux de combustion est coupé, par exemple à l'aide d'un fusible. En effet, le seuil d'ampérage peut évoluer plus vite que celui de la température par exemple quand l'électrolyte est chargé de boues et/ou lorsque la température extérieure est faible.
D'une manière similaire, il est avantageux qu'une sonde qui vérifie le niveau d'eau dans le réservoir 25 du dispositif selon l'invention soit également présente et reliée au boîtier de contrôle 17 afin d'éviter que le dispositif consomme de l'électricité dans produire de mélange gazeux combustible. S'il n'y a plus d'eau, l'alimentation électrique du dispositif est immédiatement coupée. En effet, la production de gaz étant proportionnelle à la surface mouillée des électrodes, si le niveau d'eau baisse dans le récipient 8, la production de gaz aussi, jusqu'à l'arrêt si le récipient est vide (l'air est isolant) ; dans ce cas, l'alimentation s'arrête faute de réaction avec l'eau. Mais par soucis de sécurité, il faut le prévoir pour éviter un éventuel phénomène électrique transitoire tel que court circuit (par exemple, avec les boues restantes au fond du récipient qui feraient contact) et par soucis d'optimisation, simplement pour permettre à l'électrolyseur d'être toujours plein avec une surface mouillée maximale.
Selon l'invention, il est également envisagé qu'un relai électrique vérifie l'état (fermé ou ouvert) des autres relais de vérification (pression d'huile, température de l'eau, niveau d'eau, etc....). Si tous les relais sont fermés alors le relais électrique peut déclencher un relais de puissance qui va alimenter en électricité l'hydrolyseur et permettre la production de gaz combustible.
Dès lors, lorsqu'un utilisateur met son moteur en route, le contact moteur est enclenché et le dispositif selon l'invention est allumé, soit manuellement par le boîtier de commande 4, soit automatiquement, avec ou sans temporisation, le cas échéant. Dès qu'une pression d'huile prédéterminée est détectée, le dispositif selon l'invention est alimenté en énergie électrique et la production de mélange gazeux combustible commence. Ce mélange produit est aspiré par le collecteur d'admission et l'énergie de la compression de ce mélange produit peut alors être utilisée.
Selon une forme de réalisation avantageuse du dispositif selon l'invention, l'électrolyse de l'eau minérale génère des précipités c'est-à-dire des boues issues de l'oxydation de l'alliage métallique des électrodes et des ions minéraux de l'eau. Au cours de l'électrolyse, la concentration des boues augmentent et contribuent à la fois à l'augmentation de l'ampérage de l'électrolyte et à l'élévation de sa température. Ceci signifie que les boues ont des effets antagonistes pour l'efficacité de l'électrolyse : l'impact sur la production de gaz est positif mais celui sur la consommation électrique est négatif. En conséquence, selon la présente invention, un compromis a été établi pour que cette concentration de boues contribue à l'efficacité du dispositif ; ce compromis nécessite un système de gestion des boues. Le système de gestion des boues selon l'invention repose sur plusieurs fonctions qui peuvent se faire en parallèle les unes des autres :
- l'évacuation et le remplissage de l'électrolyte : elle peut être manuelle ou automatique, partielle ou totale (avec ou sans rinçage),
- le filtrage de l'électrolyte : par tamisage ou par « centrifugation » des boues,
- le stockage et le décantage des boues.
Dans une forme simplifiée de l'invention, , l'évacuation et le remplissage se font manuellement la première avec une vanne (1/4 de tour) ; l'évacuation se fait vers l'extérieur et le remplissage se fait avec une réserve indépendante au dispositif par remplissage direct du réservoir. Cette opération est faite au bout de quelques centaines de kilomètres pour éviter que l'ampérage de l'électrolyte ne soit trop élevé pour notre véhicule d'essai. Le décantage (naturel au repos) de l'électrolyte donne en quelques heures une couche très concentrée assez mince. Il est indispensable de purger cette petite quantité d'électrolyte pour revenir à une concentration de boues acceptable et utile. Pour parvenir à un cycle d'autonomie du dispositif suffisant (5000 km ou plus pour se caler avec les cycles de maintenance traditionnels pour un véhicule), il faut donc limiter les boues de manière à ce que la concentration reste dans une limite acceptable. Dans cette optique le système de gestion des boues suivant a été mis au point ; il comprend
- un dispositif de filtrage (cyclonique ou tamis) qui limite l'augmentation de la concentration pendant l'utilisation,
- un dispositif de décantage (niveau bas du réservoir) qui reçoit la couche de boues concentrées,
- un dispositif de stockage (une enceinte situé au plus bas) récupère par gravité les boues des 2 premiers dispositifs quand le système est au repos,
- un réservoir auxiliaire d'eau pour compenser la consommation d'eau et les pertes possibles dont celles dues au stockage,
Le système de gestion des boues selon l'invention est en outre commandé par un système électromécanique comprenant des vannes, et relié audit système électronique global de gestion du dispositif selon l'invention comprenant par exemple un automate capable de planifier ces opérations et d'indiquer à l'utilisateur la nécessité d'une opération de maintenance (évacuation des boues, remplissage voire rinçage, changement ou nettoyage du filtre).
EXEMPLE 1.- bilans énergétiques
On a utilisé un véhicule donné comprenant un moteur à explosion conventionnel pour un déplacement sur une distance prédéterminée de 100 km (Cas A). On a ensuite utilisé le même véhicule donné (comprenant donc le même moteur à explosion) sur la même distance prédéterminée et on a branché le dispositif selon l'invention sur la batterie, sans le relier à l'admission afin de déterminer la puissance supplémentaire nécessaire au fonctionnement du dispositif selon l'invention (Cas B). Ensuite, on a encore utilisé le même véhicule donné (comprenant donc le même moteur à explosion) sur la même distance prédéterminée et on a branché le dispositif selon l'invention sur la batterie et le mélange gazeux combustible produit a été alimenté à l'admission d'air afin de déterminer le gain lors du fonctionnement du dispositif selon l'invention (Cas C)
Tableau 1
Figure imgf000023_0001
Comme on peut le constater du tableau 1 , le rendement énergétique global du cas C est supérieur à celui du Cas C.
On sait que l'alternateur du véhicule a du produire 240 W
(20 A x 12 volts) de plus pour alimenter le dispositif selon l'invention (résultat issu des tests de laboratoires) et c'est cette surproduction d'électricité (en majorité) qui entraîne une surconsommation d'essence de 10 %. Les autres éléments comme le poids du dispositif, etc.... sont considérés comme négligeables.
Dans le cas C, il y a d'une part, une augmentation de la production d'électricité nécessaire au fonctionnement du dispositif selon l'invention et d'un autre côté une baisse de la consommation d'essence pour arriver au même résultat. Le rendement global est une augmentation de 30%. Ce qui signifie que le dispositif selon l'invention branché et relié à l'admission permet un gain. On remarquera au passage que le dispositif selon l'invention est branché sur l'alimentation électrique du moteur et consomme une puissance de 240 W (12 volts x 20 A). Ceci représente à peu près autant qu'une rampe d'antibrouillard et dès lors, le dispositif selon l'invention ne vide pas la batterie tant que le véhicule est en fonctionnement et que l'alternateur recharge cette dernière au fur et à mesure. En effet, en général, l'alternateur qui alimente le véhicule en électricité a une puissance supérieure (environ 20 à 30 % pour une auto) aux seuls besoins du véhicule (moteur, climatisation, chauffage, éclairage, ...). Le dispositif selon l'invention utilise donc la puissance restant disponible de l'alternateur pour produire le mélange de gaz combustible. De plus, selon l'invention, un boîtier de contrôle permet de stopper le dispositif selon l'invention chaque fois que le moteur s'arrête. La batterie ne risque donc pas d'être déchargée.
EXEMPLE 2.- test dynamique et contrôle de diminution de la pollution
Un dispositif selon l'invention, tel qu'illustré aux figures 1 et 2 a été placé sur un véhicule de la marque Renault, type Twingo et un circuit routier identique de 100 km a été effectué avec et sans le dispositif selon l'invention. Un passage au banc de contrôle de la pollution après chaque circuit a été effectué et la consommation réelle sur route, avant et après utilisation a été calculée.
Le complément du réservoir de carburant a été réalisé de la façon suivante. Le compteur partiel du véhicule est remis à zéro, le moteur est arrêté. Le véhicule utilise du carburant essence de type super sans plomb 95 et à l'aide d'un entonnoir en PVC avec filtre, le réservoir est rempli à débord. Le dispositif selon l'invention est à l'arrêt et débranché.
Le véhicule démarre et est conduit sur un itinéraire routier prédéterminé. Lorsque le compteur affiche 100 km, le véhicule est arrêté et le moteur stoppé. Le plein de carburant est refait avec le même entonnoir en PVC que précédemment et pour obtenir à nouveau un réservoir rempli à débord, 5,4 litres ont été utilisés.
II apparait donc que le véhicule, sans le dispositif selon l'invention, et sur le circuit routier de 100 km à consommé 5,4 litres/100 km. Le véhicule est ensuite amené dans un garage agréé dans lequel le véhicule est passé au contrôle. Sur un banc de contrôle de type SUN MGA 1200, la sonde de mesure de CO2 et d'hydrocarbure est glissée dans le pot d'échappement. Les résultats sont présentés au tableau 2.
Tableau 2.-
Figure imgf000025_0001
Ensuite, le véhicule est retourné au même point de départ, le complément du réservoir de carburant a été réalisé de la façon suivante. Le compteur partiel du véhicule est remis à zéro, le moteur est arrêté. Le véhicule utilise du carburant essence de type super sans plomb 95 et à l'aide d'un entonnoir en PVC avec filtre, le réservoir est rempli à débord. Le dispositif selon l'invention est en fonctionnement et branché.
Le véhicule démarre et est conduit sur un itinéraire routier prédéterminé avec à son bord les mêmes personnes que précédemment.
Lorsque le compteur affiche 100 km, le véhicule est arrêté et le moteur stoppé. Le plein de carburant est refait avec le même entonnoir en PVC que précédemment et pour obtenir à nouveau un réservoir rempli à débord, 3,6 litres ont été utilisés.
Il apparait donc que le véhicule, avec le dispositif selon l'invention, et sur le circuit routier de 100 km à consommé 3,6 litres/100 km. Le véhicule est ensuite amené dans le même garage agréé dans lequel le véhicule est passé au contrôle. Sur un banc de contrôle de type SUN MGA 1200, la sonde de mesure de CO2 et d'hydrocarbure est glissée dans le pot d'échappement. Les résultats sont présentés au tableau 3.
Tableau 3.-
Figure imgf000026_0001
Comme on peut le constater des tableaux 2 et 3, le consommation de carburant a diminué de 33 %, le pourcentage volumique de CO2 également tandis que les ppm volumiques d'hydrocarbure ont quant à eux diminué de 15 %. Il ressort clairement de ceci que le dispositif selon l'invention permet une économie de carburant significative et qu'il diminue d'autant la pollution.
Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.
A titre d'exemple, l'invention a été décrite ici en faisant référence à des moteurs à combustion, en particulier de véhicules, principalement automoteur, mais il va de soi qu'elle peut-être appliquée à tout type de moteur à combustion, par exemple de bateaux, centrales thermiques et analogue.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de production d'un mélange gazeux combustible comprenant :
- un raccordement (7a, b) à une source d'énergie (7) produisant un courant électrique,
- des moyens de production d'un mélange gazeux combustible (8) alimentés en une phase aqueuse et connecté à ladite source d'énergie (7), agencés pour produire ledit mélange gazeux combustible à partir de ladite phase aqueuse sous l'effet dudit courant électrique, lesdits moyens de production du mélange gazeux combustible (8) comportant une sortie (12) de ce mélange reliée à un moteur à combustion (2),
- une alimentation en mélange gazeux combustible reliée à ladite sortie de mélange gazeux combustible (12),
caractérisé en ce que la source d'énergie (7) est une source d'énergie électrique (7) reliée à un boîtier de contrôle (17) agencé pour permettre ou bloquer le passage dudit courant électrique auxdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible (8), en ce que, et en ce que le dispositif comprend en outre un dispositif de contrôle de température de ladite phase aqueuse.
2. Dispositif selon la revendication 1 , comprenant en outre, un réservoir de ladite phase aqueuse (25), comprenant une sortie de phase aqueuse, relié audit conduit d'alimentation en ladite phase aqueuse.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite alimentation en mélange gazeux combustible (37) reliée au moteur à combustion (2) est reliée à un collecteur d'admission (29) de ce dernier, de préférence en aval d'un filtre à air (22) et en amont des cylindres (23).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de contrôle de température comprend
- une sonde de température (32) reliée audit boîtier de contrôle (17), - une pompe de brassage (18) également reliée audit boîtier de contrôle (17) et agencée pour permettre la circulation de ladite phase aqueuse au travers des moyens de production dudit mélange gazeux combustible (8), lesdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible (8) présentant une entrée (20) et une sortie (21 ) de phase aqueuse reliée à la pompe de brassage (18) et
- un échangeur thermique (19) relié à ladite entrée de phase aqueuse (20) des moyens de production dudit mélange gazeux combustible (8) et à ladite pompe de brassage (18).
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit boitier de contrôle est prévu pour réguler la température de ladite phase aqueuse dans ledit réservoir à une température comprise entre 45 et 600C, de préférence à une température d'environ 55°C.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite phase aqueuse est majoritairement constituée d'eau, par exemple d'eau de ville.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange gazeux combustible est formé essentiellement de dihydrogène et de dioxygène, ledit dihydrogène formant le combustible produit susdit.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible (8) comprennent une électrode positive (10) et une électrode négative (11 ), reliées d'une part à ladite source d'énergie (7) électrique et d'autre part en contact avec ladite phase aqueuse.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une purge (27) reliée auxdits moyens de production dudit mélange gazeux combustible (8).
10. Moteur à énergie mixte pour un véhicule comprenant un circuit électrique comprenant au moins une source d'énergie électrique (7), un bloc motopropulseur comprenant au moins un collecteur d'admission (24) et un moteur à combustion (2), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de production d'un combustible selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
11. Véhicule comprenant un moteur à énergie mixte selon la revendication 10.
12. Procédé de réduction des émissions des gaz à effet de serre lors du fonctionnement d'un moteur à combustion (2), comprenant les étapes de:
- production d'un mélange gazeux combustible à partir d'une phase aqueuse alimentée et d'un courant électrique, de préférence continu,
- un contrôle de la température de ladite phase aqueuse lors de ladite étape de production dudit mélange gazeux combustible, et - une alimentation régulée en ledit mélange obtenu d'un moteur à combustion,
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel ladite phase aqueuse est stockée dans un réservoir (25) avant d'être alimentée et de produire ledit mélange gazeux combustible.
14. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel ledit contrôle de la température de ladite phase aqueuse lors de ladite étape de production dudit mélange gazeux combustible est réalisé par une circulation de la phase aqueuse dans un échangeur de chaleur (19) lorsque la température de cette dernière dépasse un seuil prédéterminé compris entre 45 et 600C, de préférence d'environ 55°C.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel ladite phase aqueuse est majoritairement constituée d'eau, par exemple d'eau de ville et dans lequel ledit mélange gazeux combustible est formé essentiellement de dihydrogène et de dioxygène, ledit dihydrogène formant le combustible produit susdit.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une purge de ladite phase aqueuse et/ou de boues produites.
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WO2013169095A1 (fr) * 2012-05-08 2013-11-14 Oversluizen Thermal Engineering B.V. Système de production d'hydrogène et d'oxygène pour la réduction de la consommation et des émissions d'un moteur à combustion interne; véhicule; et kit de montage rétroactif

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