WO2014108732A1 - Système de génération d'énergie, véhicule automobile et groupe électrogène comprenant un tel système - Google Patents

Système de génération d'énergie, véhicule automobile et groupe électrogène comprenant un tel système Download PDF

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WO2014108732A1
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energy
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hydrogen
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Angi LE FLOCH
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Hynergy Ag
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a system for generating energy.
  • the present invention relates to the admission of hydrogen and oxygen to the air mixture of a fuel-powered engine.
  • Hydrogen engines are known.
  • the disadvantage of this type of hydrogen engine is the risk of explosion, leakage because the engine is under pressure.
  • these hydrogen engines are very complicated to manufacture because the pressure is important.
  • Fuel cell technology uses reservoirs that store hydrogen at high pressure such as 700 bar. Such storage on a vehicle endangers the passengers of the vehicle and the people around up to ten meters. In addition, it is necessary to have electrical energy to make such a pressure vessel so that the carbon footprint of the use of fuel cells is not profitable.
  • Another disadvantage is the weight of such technology; typically the vehicle weighs 40% more than a conventional vehicle. However, for a vehicle launched at 90km / h, its consumption is almost proportional to its weight.
  • the purpose of the present invention is to provide an energy generation system for improving the creation of hydrogen and oxygen to reduce fuel consumption a thermal engine while reducing the risks associated with the storage of hydrogen and oxygen.
  • the invention proposes a system for generating energy, remarkable in that it comprises a generator producing electrical energy, said generator comprising at least one rotor consisting of several permanent magnets, a manufacturing electrolyser, from electricity and water, oxygen and hydrogen and a thermal engine producing rotational energy and configured so that the generator is coupled to the rotation of the engine, said engine being powered by hydrogen, oxygen and fuel.
  • generator an electric generator for producing electrical energy from another form of energy.
  • the generator has permanent magnets positioned on its rotor.
  • the generator is distinguished from known generators of the state of the art by having a variable current and voltage depending on the engine speed.
  • an alternator is an electromechanical machine providing alternating frequency voltages proportional to their rotational speed.
  • the alternator has a voltage and frequency regulator.
  • the rotor of the alternators is composed of an electromagnet.
  • the stator consists of a winding.
  • alternators deliver a direct current to recharge or power an electrolyzer to generate hydrogen and oxygen to reduce energy consumption. This type of alternator causes constraints related to the storage of hydrogen and oxygen since the creation of hydrogen and oxygen is not linked to the consumption of the engine.
  • combustion engine By “heat engine”, it should be noted that the engine performs work using a combustion process, such as a combustion engine or a turbine engine.
  • fuel is a fuel that powers the engine.
  • the generator can be coupled to the motor rotation directly or indirectly.
  • the generator can be connected directly to the axis of rotation of the engine or by means of a belt, a pinion or other.
  • the electrical output of the generator is proportional to the number of revolutions of the engine. In this way, the generator produces electricity based on the engine speed, that is to say that at low speed of the engine, the generator produces little electricity and high speed of the engine, the generator produces a lot of electricity. In this way, the generator generates electricity according to the demand of the engine. This effect has the advantage of avoiding energy storage and can respond quickly according to the needs of the engine.
  • the generation of hydrogen and oxygen is therefore adapted to the demand of the heat engine.
  • the power generation system includes a generator cooling means for lowering the operating temperature.
  • the cooling means makes it possible to maintain a temperature of less than 100 ° so as to avoid the drop in the generation of the magnetic field and ensure the proper functioning of the generator without any degradation.
  • the power generation system comprises a cooling means of the electrolyzer for lowering the operating temperature.
  • the cooling means makes it possible to maintain a temperature below 100 ° so as to ensure the good performance of the electrolyzer.
  • the generator includes a magnets holding device to ensure that the position of the magnets is properly maintained.
  • the holding device keeps the magnets in position even at high speeds.
  • the locking means can encapsulate the magnets to prevent damage to the system.
  • the cooling means comprises a circuit of a fluid passing through the generator and an exchanger for cooling the fluid.
  • the fluid is water.
  • the invention comprises a means for measuring the electrode voltage and means for regulating the voltage of each electrode.
  • the means of regulating the voltage of each electrode avoids overheating of the electrolysis system, which can considerably reduce the efficiency of the electrolysis.
  • the energy generation system also comprises means for regulating the injection time of the fuel in the heat engine.
  • the energy generation system also comprises a means for filtering a gas, said gas filtration means being disposed inside an electrolytic liquid reservoir feeding the electrolyzer. .
  • the present invention also relates to an electrolyzer comprising electrodes having a thickness of about 0.1 to 3 mm and spacing means for separating each electrode by a distance of the order of 0.5 mm to 20 mm.
  • the magnets are rare earth neodymium.
  • the rotor and the stator are arranged at a distance of the order of 0.1 to 2 mm.
  • the present invention also relates to an aircraft comprising a system for generating energy.
  • the present invention also relates to a motor vehicle or a generator comprising a system for generating energy.
  • Motor vehicle means any land, sea, rail or air vehicle that propels itself with the aid of an engine.
  • Generating set means an autonomous device capable of generating electricity.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the invention
  • FIG. 2 represents a perspective view of the invention integrated in a car engine
  • FIG. 3 represents a perspective view of a generator
  • FIG. 4 represents an exploded view of the generator of FIG. 3,
  • FIG. 5 represents an exploded view of an electrolyser
  • FIG. 6 represents a perspective view of the electrolyser of FIG. 5;
  • FIG. 7 represents a perspective view of a reservoir
  • FIG. 8 represents an exploded view of the reservoir of FIG. 7.
  • the principle is to transform water into hydrogen and oxygen by an electrolyser powered by the generator.
  • the use of hydrogen and oxygen makes it possible to reduce, on the one hand, pollution by reducing, for example, C0 2 particles and, on the other hand, the consumption of the engine.
  • a mixture of hydrogen and oxygen reduces between 25 and 70% of the fuel consumption compared to its injection without mixing hydrogen and oxygen.
  • the reduction can be up to 70%.
  • FIGS 1 and 2 illustrate the operating principle of the invention.
  • the energy generation system comprises a heat engine 1, a generator 3, an electrolyzer 7 and a reservoir 9 of electrolytic liquid. It is possible to operate with water or demineralised water.
  • the energy generation system also comprises means for cooling the generator and the electrolyzer, a means for filtering the gas produced by the electrolyser 7 and a means for regulating the injection time 11.
  • the heat engine 1 produces rotational energy.
  • a generator 3 is rotated according to the engine speed.
  • the generator 3 that we will detail below creates electrical energy.
  • the generator is composed of a rotor several permanent magnets and a stator consisting of a winding of copper wire.
  • the generator 3 creates a three-phase electricity by its configuration.
  • the generator 3 is connected to a diode bridge to rectify the AC current in direct current. It is also possible for the generator to be connected to a diode bridge to rectify the pulsed current or as a simple rectification.
  • the direct current feeds the electrolyzer 7 which makes it possible to carry out chemical reactions of an electrolytic liquid using direct current.
  • the electrolyser 7 consists of several electrodes. A regulation means of the voltage 6 of each electrode prevents overheating of the electrolyzer and ensures the good performance of the electrolysis. In fact, overheating considerably reduces the efficiency of the electrolysis.
  • the regulating means of the voltage 6 of each electrode is an automaton.
  • the automaton comprises means for measuring the voltage 5 of the generator 3 or at the output of the diode bridge.
  • the measurement information is transmitted to the PLC that provides the power supply function of the electrolyser to ensure a voltage between 1.75 and 2.5V per electrode. Voltage should be limited to 2.5V to prevent overheating. To ensure proper operation, the temperature is below 60 ° C.
  • the automaton acts on static relays of 200 A so as to distribute the power supply without ever exceeding 2.5V per electrode. For example, for twenty electrodes, the overall voltage will not exceed 40V.
  • the power supply function of the controller to regulate the electrolyzer will ensure a voltage of 1.75 to 20V per electrode.
  • a gas consisting of a mixture of oxygen and hydrogen is created.
  • This gas is cleaned by gas filtration means to clean the mixture.
  • the gas is created using the electrolytic liquid potassium or other type, such as sodium. It is necessary to use the gas filtration means for two functions: as flame arrestor and as gas cleaning to extract the electrolyte liquid from the mixture of hydrogen and oxygen.
  • the gas passes through a flow sensor 10.
  • the flow sensor makes it possible to regulate the flow rate of the fuel to be conveyed to the heat engine 1.
  • the information of the flow sensor 10 is sent to the injection timing control means 1 1 fuel.
  • the flow rate of the fuel is then regulated by the means for regulating the injection time 1 1 of the fuel in order to adjust the needs of the heat engine 1 to fuel.
  • the gas passes through a check valve 13 to protect the system from possible backfires in the pipe.
  • the non-return valve 13 is close to the combustion chamber of the heat engine 1.
  • the gas is then mixed with air to be introduced into the combustion chamber of the heat engine 1.
  • the present invention has a means of regulating the injection time 1 1.
  • Said means for regulating the injection time 1 1 optimizes the admission of the gas produced with the fuel to reduce fuel consumption. For example, the fuel injection time is reduced by 40%.
  • a specific oil is replaced so that the admission of a gas consisting of a mixture of hydrogen and oxygen is optimum.
  • specific oil is used to operate with hydrogen, such as ceramic oil. If the installation of the present invention is to be carried out on an already existing heat engine, draining may be necessary in order to replace the existing oil.
  • the heat engine 1 is connected to an exhaust 12.
  • FIG. 3 illustrates the generator 3.
  • the generator has a cooling means 31, not shown in Figure 3 or 4, to lower the operating temperature.
  • the generator 3 rotates at high speed which causes a heating of the various parts.
  • the cooling means 31 of the generator is produced by the passage of a fluid inside the generator 3, such as oil. It can be provided that the cooling means is also realized by air.
  • the cooling means 31 is a radiator or exchanger.
  • Figure 3 there is shown the inlet of the coolant 32 and the outlet of the coolant 33.
  • the generator 3 creates a three-phase electricity and three-phase electrical outputs 34 are shown.
  • Generator 3 has a speed multiplier.
  • the generator has a pulley 312 that multiplies the rotational speed of the engine by four.
  • the generator 3 has a rotor consisting of magnets 309.
  • the magnets 309 are rare earth neodymium such as N42 type, or rare earth in general, or ferrites, alnico, neodymium, cobalt. These magnets 309 are nested in an interlocking part of the magnets 308 in order to maintain these magnets 309 in their position relative to each other during operation.
  • a metal disk 307 is on either side of the interlocking part of the magnets 308.
  • a magnet holding device consists of two metal disks 307 and the interlocking part of the magnets 308 and magnets 309.
  • metal discs 307 may be in another material, such as composite.
  • a fluid is used, preferably a dielectric liquid to ensure the dissipation of heat and therefore a cooling of the generator 3.
  • the various rotating parts are fixed to the rotating shaft 310 to the 1.
  • the rotating shaft is held in position by bearings 302. It can be added a seal 305 which can be lip to prevent leakage of the dielectric fluid of the generator 3.
  • All the parts are surrounded by metal parts having a passage for the coolant 313. Between each metal part, two O-rings 304 make it possible to seal between these metal parts.
  • Two flanges 306 are on either side of the generator 3 and encapsulate all the metal parts.
  • the set of metal parts is integrally fixed by studs 301.
  • stator 303 consisting of a number of windings of copper son.
  • stator 303 has two copper wires of diameter 1.2 mm which are doubled and their length depends on the number of desired phases.
  • FIG. 4 represents two rotors and two stators 303.
  • This generator 3 makes it possible to supply 15KW by a 100cv heat engine. It may be considered to increase or reduce the number of rotor and stator to meet the desired need.
  • the rotor and the stator 303 are arranged at a distance of the order of 0, 1 and 2 mm. The distance is the distance between the rotor and the stator. For example, the rotor and the stator are arranged at 0.5 mm distance. Too small a gap can cause system degradation if the rotor touches the stator. When the rotor is too far, for example beyond 2 mm, the power of the system is greatly reduced.
  • the electrolyser 7 has an inlet 71 of an electrolytic liquid. At the outlet of the electrolyser 7, a mixture of gas and liquid is created and passes through the outlet of the gas 72.
  • a pump 8 supplies the electrolyser 7 with the electrolytic liquid contained in the reservoir 9. This pump 8 makes it possible, on the one hand, to circulate the electrolytic liquid and, on the other hand, serves as a non-return for the circulation of the liquid. in the tank.
  • the electrolyser also has a cooling means 31 which makes it possible to lower the temperature of the electrolytic liquid. Indeed, at the output of the electrolyser, the electrolytic liquid has warmed up and to ensure proper operation under the same conditions, it is preferable to lower the operating temperature by the cooling means.
  • the cooling means is a plate heat exchanger.
  • a pump 8 feeds the plate heat exchanger. This pump 8 serves to circulate a cold liquid from the cooling means to the plate heat exchanger to cool the electrolyte liquid passing through the plate heat exchanger. There is no mixing between the electrolytic liquid and the cold liquid of the cooling means.
  • the electrolyser 7 consists of a plurality of electrodes. Each electrode may be anode or cathode electrode 703 or a neutral electrode 704.
  • the anode or cathode electrodes 703 or the neutral electrodes 704 are made of 316L stainless steel or polymer.
  • Each anode or cathode electrode 703 has a bore for a liquid passage 705, a bore for the passage of gas 707 and a terminal 706 connectable to a positive or negative current.
  • the passage of the gas 707 is reversed from one neutral electrode 704 to the other.
  • the electrolyser also has neutral electrodes 704.
  • These neutral electrodes 704 also have a bore of the liquid passage 705 and a gas passage bore 707.
  • the bore of the liquid passage 705 circulates the electrolytic liquid through the channels.
  • different electrodes anodes or cathodes 703. the electrolyzer 7 has sealing means between each anode electrode or cathode 703 and 704.
  • the sealing means makes it possible to ensure f'étanche 'ity between his electrodes anodes or cathodes 703 and the neutral electrodes 704 to prevent leakage of the electrolytic liquid.
  • the sealing means is a seal 702 which is positioned between each neutral electrode 704 and each anode or cathode electrode 703.
  • the seal 702 also provides electrical isolation between the anodes or cathodes 703 or 703. the neutral electrodes 704.
  • the electrolyzer 7 is closed by a cover 701 located on either side of the various elements of the electrolyser 7.
  • the cover 701 makes it possible to contain the electrolytic liquid inside the electrolyser 7.
  • a seal 702 is positioned on each side of the cover 701 to provide overall sealing of the electrolyser.
  • Each of the neutral electrodes 704, anode or cathode electrodes 703, seals 702 have bores to allow their attachment and provide sufficient space to allow the chemical reaction.
  • This space is of the order of 0.5 mm to 20 mm according to the amperage and can be achieved by the thickness of the seal 702 or by any other insulating means. In this way, this space makes it possible to be optimum for the chemical reaction of the electrolytic liquid and ensures a good yield of the electrolyser 7.
  • the space between each anode or cathode electrode 703 and each neutral electrode 704 is 3mm.
  • anode or cathode electrodes 703 and the neutral electrodes 704 rods are inserted through the different parts of the electrolyser 7.
  • Other types of maintenance of the anode or cathode electrodes 703, neutral electrodes 704 and covers 701 may be envisaged, for example lugs on anode or cathode electrodes 703 and bores crossing or not the neutral electrodes. 704.
  • a first anode or cathode electrode 703 is positioned on one side of the electrolyser 7. This first anode or cathode electrode 703 is connected to the negative terminal which will therefore be the cathode. Then, a plurality of neutral electrodes 704 is positioned and finally an anode electrode or cathode 703 is connected to the positive terminal which will be the anode.
  • the anode or cathode electrodes 703 and the neutral electrodes 704 have a thickness of the order of 0.1 to 3 mm.
  • the anode or cathode electrodes 703 and the neutral electrodes 704 have a thickness of 1 mm.
  • FIGS. 7 and 8 show the reservoir 9.
  • the reservoir 9 also has a means for filtering the gas created by the electrolyser 7.
  • the reservoir 9 comprises an access to the reservoir 91 in order to fill the reservoir.
  • the reservoir 9 also comprises a gas inlet 93 and an outlet of the gas 94.
  • the reservoir 9 comprises partitions 901 to prevent the liquid from moving. These partitions 901 are not sealed relative to each other, the electrolyte liquid is distributed throughout the tank to have the same level in the tank.
  • the minimum level of electrolytic liquid corresponds to the level of the bubbler 902.
  • the maximum level of the electrolytic liquid is limited by access to the tank 91 so that the electrolytic liquid is not conveyed with the gas into the engine inlet.
  • Hydrogen and oxygen and a part of the electrolytic liquid pass through the inlet of the gas 73 and arrive in a bubbler 902.
  • the bubbles created by the bubbler pass through a baffle network to clean the product gas, the electrolyte liquid remains in the tank 9 to then go back to the electrolyser.
  • the arrow F represents the path of the bubbles created by the bubbler 902.
  • the proportion of the gas is 1 volume of oxygen and 2 volumes of hydrogen.
  • thermal motor 706 electrode terminal coupling belt 707 bore of generator 8 pump

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Abstract

L'invention concerne un système de génération d'énergie, caractérisé en ce qu'il comprend une génératrice (3) fabriquant de l'énergie électrique, ladite génératrice (3) comprenant au moins un rotor constitué de plusieurs aimants (309) permanents, un électrolyseur (7) fabriquant, à partir d'électricité et d'eau, de l'oxygène et de l'hydrogène et un moteur thermique (1) produisant une énergie de rotation et configuré pour que la génératrice (3) soit accouplée à la rotation du moteur thermique (1), ledit moteur thermique (1) étant alimenté par de l'hydrogène, de l'oxygène et du carburant.

Description

Système de génération d'énergie, véhicule automobile
et groupe électrogène comprenant un tel système
Domaine technique et état de l'art
La présente invention se rapporte à un système de génération d'énergie.
Plus particulièrement, la présente invention concerne l'admission d'hydrogène et d'oxygène au mélange d'air d'un moteur thermique alimenté par du carburant.
Il est connu des motorisations à hydrogène. L'inconvénient de ce type de moteur à hydrogène est le risque d'explosion, de fuite, car la motorisation est sous pression. De plus, ces moteurs à hydrogène sont très compliqués à fabriquer car la pression est importante.
Il existe également des piles à combustible qui utilisent des matériaux rares et qui coûtent très cher. La technologie des piles à combustible utilise des réservoirs qui stockent de l'hydrogène à haute pression comme par exemple 700 bars. Un tel stockage sur un véhicule met en danger les passagers du véhicule et les personnes alentour jusqu'à une dizaine de mètres. De plus, il est nécessaire d'avoir une énergie électrique pour réaliser un tel réservoir sous pression de sorte que le bilan de carbone de l'utilisation des piles à combustible ne soit pas rentable.
Un autre inconvénient est le poids d'une telle technologie ; généralement le véhicule pèse 40% de plus qu'un véhicule classique. Or, pour un véhicule lancé à 90km/h, sa consommation est quasi proportionnelle à son poids.
Une solution est présentée dans le document WO2007/133174 ; ce document décrit une génération d'hydrogène et d'oxygène. Grâce à ce système, on nettoie le moteur et on réduit les polluants du fait du nettoyage du moteur. La réduction du carburant est liée au nettoyage du moteur induit par l'admission de vapeur d'hydrogène et d'oxygène dans l'admission du moteur. L'inconvénient de ce type de système est que la production dépend d'une batterie et que cette production est alors très faible. Un autre inconvénient est que l'électronique du moteur n'est pas prévue pour fonctionner avec un tel système. Cette vaporisation ne pourra donc pas correctement être prise en compte dans la réduction de l'admission du carburant.
Le but de la présente invention est de proposer un système de génération d'énergie permettant d'améliorer la création d'hydrogène et d'oxygène afin de réduire la consommation de carburant d'un moteur thermique tout en réduisant les risques liés au stockage de l'hydrogène et de l'oxygène.
Description de l'invention L'invention propose un système de génération d'énergie, remarquable en ce qu'il comprend une génératrice fabriquant de l'énergie électrique, ladite génératrice comprenant au moins un rotor constitué de plusieurs aimants permanents, un électrolyseur fabriquant, à partir d'électricité et d'eau, de l'oxygène et de l'hydrogène et un moteur thermique produisant une énergie de rotation et configuré pour que la génératrice soit accouplée à la rotation du moteur thermique, ledit moteur thermique étant alimenté par de l'hydrogène, de l'oxygène et du carburant.
La génération d'hydrogène et d'oxygène est directement injectée dans la chambre de combustion avec le carburant. Il n'y pas de réservoir, ce qui évite les risques liés au stockage de l'hydrogène et de l'oxygène. La consommation de carburant est ainsi réduite.
Par « génératrice », il convient d'entendre un générateur électrique permettant de produire de l'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie. La génératrice possède des aimants permanents positionnés sur son rotor. La génératrice se distingue des alternateurs connus de l'état de la technique par le fait d'avoir un courant et une tension variables en fonction du régime du moteur. En effet, un alternateur est une machine électromécanique fournissant des tensions alternatives de fréquence proportionnelle à leur vitesse de rotation. L'alternateur possède un régulateur de tension et de fréquence. Le rotor des alternateurs est composé d'un électroaimant. Le stator est constitué d'un enroulement. Classiquement ces alternateurs délivrent un courant continu pour recharger ou alimenter un électrolyseur pour générer de l'hydrogène et l'oxygène afin de réduire la consommation d'énergie. Ce type d'alternateur entraîne des contraintes liées au stockage de l'hydrogène et l'oxygène puisque la création de l'hydrogène et l'oxygène n'est pas liée à la consommation du moteur.
Par « moteur thermique », il convient de noter que le moteur exerce un travail à l'aide d'un processus de combustion, comme par exemple un moteur à explosion ou un moteur à turbine.
Le terme « carburant » est un combustible qui alimente le moteur thermique.
La génératrice peut être accouplée à la rotation du moteur directement ou indirectement. Par exemple, la génératrice peut être reliée directement à l'axe de rotation du moteur thermique ou par l'intermédiaire d'une courroie, d'un pignon ou autre. La production électrique de la génératrice est proportionnelle au nombre de tours du moteur thermique. De cette manière, la génératrice produit de l'électricité en fonction du régime moteur, c'est-à-dire qu'à bas régime du moteur thermique, la génératrice produit peu d'électricité et à haut régime du moteur thermique, la génératrice produit beaucoup d'électricité. De cette façon, la génératrice produit de l'électricité en fonction de la demande du moteur thermique. Cet effet a pour avantage d'éviter le stockage d'énergie et de pouvoir répondre rapidement en fonction des besoins du moteur thermique. La génération de l'hydrogène et l'oxygène est donc adaptée à la demande du moteur thermique.
De préférence, le système de génération d'énergie comprend un moyen de refroidissement de la génératrice pour abaisser la température de fonctionnement.
Le moyen de refroidissement permet de maintenir une température inférieure à 100° de sorte à éviter la baisse de la génération du champ magnétique et assurer le bon fonctionnement de la génératrice en évitant toute dégradation.
De préférence également, le système de génération d'énergie comprend un moyen de refroidissement de l'électroiyseur pour abaisser la température de fonctionnement.
Le moyen de refroidissement permet de maintenir une température inférieure à 100° de sorte à assurer le bon rendement de l'électroiyseur.
Selon un aspect, la génératrice comprend un dispositif de maintien des aimants pour assurer le bon maintien de la position des aimants. Le dispositif de maintien garde les aimants en position, même à des vitesses élevées.
Lors du fonctionnement, la vitesse de rotation est élevée, le moyen de blocage permet d'encapsuler les aimants pour éviter toute détérioration du système.
Selon un autre aspect, le moyen de refroidissement comprend un circuit d'un fluide passant par la génératrice et un échangeur pour refroidir le fluide. Par exemple, le fluide est de l'eau.
Egalement selon un autre aspect, l'invention comprend un moyen de mesure de la tension d'électrodes et un moyen de régulation de la tension de chaque électrode.
De cette façon, le moyen de réguler la tension de chaque électrode évite une surchauffe du système d'électrolyse, pouvant diminuer considérablement le rendement de l'électrolyse.
Selon une variante de la présente invention, le système de génération d'énergie comprend également un moyen de régulation du temps d'injection du carburant dans le moteur thermique. Selon une autre variante de la présente invention, le système de génération d'énergie comprend également un moyen de filtration d'un gaz, ledit moyen de filtration d'un gaz étant disposé à l'intérieur d'un réservoir de liquide électrolytique alimentant Pélectrolyseur.
Le fait d'avoir le moyen de filtration d'un gaz et le réservoir au même endroit permet d'optimiser l'encombrement du système de génération d'énergie.
La présente invention concerne aussi un électrolyseur comprenant des électrodes d'épaisseur de l'ordre de 0,1 à 3 mm et un moyen d'espacement pour séparer chaque électrode d'une distance de l'ordre de 0,5 mm à 20mm.
De préférence, les aimants sont en terre rare néodyme.
Egalement selon une autre variante, le rotor et le stator sont disposés à une distance de l'ordre de 0,1 à 2mm.
La présente invention concerne également un aéronef comprenant un système de génération d'énergie.
La présente invention concerne également un véhicule automobile ou un groupe électrogène comprenant un système de génération d'énergie.
Par « véhicule automobile », il convient d'entendre tout véhicule terrestre, maritime, ferroviaire ou aérien se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur.
Par « groupe électrogène », il convient d'entendre un dispositif autonome capable de produire de l'électricité.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique de l'invention,
- la figure 2 représente une vue en perspective de l'invention intégrée dans un moteur thermique de voiture,
- la figure 3 représente une vue en perspective d'une génératrice,
- la figure 4 représente une vue éclatée de la génératrice de la figure 3,
- la figure 5 représente une vue éclatée d'un électrolyseur, - la figure 6 représente une vue en perspective de l'électrolyseur de la figure 5,
- la figure 7 représente une vue en perspective d'un réservoir,
- la figure 8 représente une vue éclatée du réservoir de la figure 7.
Description de modes de réalisation de l'invention
Le principe est de transformer l'eau en hydrogène et en oxygène par un électrolyseur alimenté par la génératrice. L'utilisation de l'hydrogène et de l'oxygène permet de diminuer, d'une part la pollution en réduisant par exemple les particules de C02 et d'autre part, la consommation du moteur.
Un mélange d'hydrogène et d'oxygène permet de réduire entre 25 et 70% de la consommation du carburant par rapport à son injection sans mélange d'hydrogène et d'oxygène. Par exemple, pour les motorisations sans gestion électronique, on obtient un gain de 30% et pour les motorisations avec gestion électronique ou avec équipement supplémentaire comme un turbo, la réduction peut aller jusqu'à 70%.
Voici un tableau de résultats lors d'un mode de réalisation à l'aide de l'invention montée sur un véhicule automobile possédant un moteur essence 1,8L, 4 cylindres de 143 chevaux :
Figure imgf000006_0001
Les figures 1 et 2 illustrent le principe de fonctionnement de l'invention.
Le système de génération d'énergie comprend un moteur thermique 1, une génératrice 3, un électrolyseur 7 et un réservoir 9 de liquide électrolytique. Il est possible d'avoir un fonctionnement avec de l'eau ou de l'eau déminéralisée. Le système de génération d'énergie comprend également un moyen de refroidissement de la génératrice et de l'électrolyseur, un moyen de fïltration du gaz produit par l'électrolyseur 7 et un moyen de régulation du temps d'injection 1 1.
Le moteur thermique 1 produit une énergie de rotation. Par l'intermédiaire d'une courroie 2, une génératrice 3 est entraînée en rotation en fonction du régime du moteur. La génératrice 3 que nous détaillerons ci-après crée une énergie électrique. La génératrice est composée d'un rotor constitué de plusieurs aimants permanents et d'un stator constitué d'un enroulement de fil de cuivre. La génératrice 3 crée une électricité triphasée par sa configuration.
La génératrice 3 est reliée à un pont de diodes pour redresser le courant alternatif en courant continu. Il est également possible que la génératrice soit reliée à un pont de diodes pour redresser le courant puisé ou en simple redressement.
Le courant continu alimente Pélectrolyseur 7 qui permet de réaliser des réactions chimiques d'un liquide électrolytique à l'aide du courant continu. L'électrolyseur 7 est constitué de plusieurs électrodes. Un moyen de régulation de la tension 6 de chaque électrode évite une surchauffe de l'électrolyseur et assure le bon rendement de l'électrolyse. En effet, la surchauffe diminue considérablement le rendement de l'électrolyse.
Le moyen de régulation de la tension 6 de chaque électrode est un automate. L'automate comprend un moyen de mesure de la tension 5 de la génératrice 3 ou en sortie du pont de diodes. L'information de la mesure est transmise à l'automate qui assure la fonction d'alimentation de l'électrolyseur afin d'assurer une tension entre 1,75 et 2,5V par électrode. La tension doit être limitée à 2,5V pour éviter toute surchauffe. Afin d'assurer le bon fonctionnement, la température est inférieure à 60°C. L'automate agit sur des relais statiques de 200 A de façon à distribuer l'alimentation sans jamais dépasser les 2,5V par électrode. Par exemple, pour vingt électrodes, la tension globale ne dépassera pas 40V. Lorsque le réservoir 9 contient de l'eau ou de l'eau déminéralisée, la fonction d'alimentation de l'automate pour réguler l'électrolyseur permettra d'assurer une tension de 1 ,75 à 20V par électrode.
En sortie de l'électrolyseur 7, un gaz constitué d'un mélange d'oxygène et d'hydrogène est créé. Ce gaz est nettoyé par un moyen de filtration d'un gaz afin de nettoyer le mélange. Le gaz est créé à l'aide du liquide électrolytique de type potassium ou autre, comme par exemple du sodium. Il est nécessaire d'utiliser le moyen de filtration d'un gaz pour deux fonctions : comme pare-flamme et comme nettoyage du gaz pour extraire le liquide électrolytique du mélange d'hydrogène et d'oxygène.
Le gaz passe par un capteur de débit 10. Le capteur de débit permet de réguler le débit du carburant à acheminer vers le moteur thermique 1. L'information du capteur de débit 10 est envoyée au moyen de régulation du temps d'injection 1 1 du carburant. Le débit du carburant est alors régulé par le moyen de régulation du temps d'injection 1 1 du carburant afin d'ajuster les besoins du moteur thermique 1 en carburant. Le gaz passe par un clapet anti -retour 13 pour protéger le système d'éventuels retours de flamme dans le tuyau. De préférence, le clapet antiretour 13 est proche de la chambre de combustion du moteur thermique 1. Le gaz est ensuite mélangé à l'air pour être introduit dans la chambre de combustion du moteur thermique 1. Afin d'optimiser le temps d'injection du moteur thermique 1, la présente invention possède un moyen de régulation du temps d'injection 1 1. Ledit moyen de régulation du temps d'injection 1 1 permet d'optimiser l'admission du gaz produit avec le carburant afin de réduire la consommation du carburant. Par exemple, le temps d'injection du carburant est réduit de 40%.
A l'intérieur du moteur thermique 1, une huile spécifique est remplacée pour que l'admission d'un gaz constitué d'un mélange d'hydrogène et d'oxygène soit optimum. Par exemple, il est utilisé de l'huile spécifique pour fonctionner avec de l'hydrogène, tel que de l'huile céramique. Si l'installation de la présente invention doit être effectuée à un moteur thermique déjà existant, une vidange peut être nécessaire afin de remplacer l'huile existante.
Le moteur thermique 1 est relié à un échappement 12.
Les figures 3 et 4 illustrent la génératrice 3.
La génératrice possède un moyen de refroidissement 31, non représenté sur la figure 3 ou 4, pour baisser la température du fonctionnement. Lors de son fonctionnement, la génératrice 3 tourne à grande vitesse ce qui provoque un échauffement des différentes pièces. Par exemple, le moyen de refroidissement 31 de la génératrice est réalisé par le passage d'un fluide à l'intérieur de la génératrice 3, comme par exemple de l'huile. Il peut être prévu que le moyen de refroidissement soit réalisé également par air. Par exemple, le moyen de refroidissement 31 est un radiateur ou un échangeur. A la figure 3, il est représenté l'entrée du liquide de refroidissement 32 et la sortie du liquide de refroidissement 33. La génératrice 3 crée une électricité triphasée et des sorties électriques triphasées 34 sont représentées.
La génératrice 3 possède un multiplicateur de vitesse. Par exemple, la génératrice possède une poulie 312 qui multiplie la vitesse de rotation du moteur par quatre. La génératrice 3 possède un rotor constitué d'aimants 309. Par exemple, les aimants 309 sont en terre rare néodyme comme par exemple de type N42, ou terre rare en générale, ou ferrites, alnico, néodyme, cobalt. Ces aimants 309 sont emboîtés dans une pièce d'emboîtement des aimants 308 afin de maintenir ces aimants 309 dans leur position les uns par rapport aux autres lors du fonctionnement. Un disque métallique 307 est de part et d'autre de la pièce d'emboîtement des aimants 308. Un dispositif de maintien des aimants est constitué de deux disques métalliques 307 et de la pièce d'emboîtement des aimants 308 et des aimants 309. Les disques métalliques 307 peuvent être dans un autre matériau, comme par exemple en composite. A l'intérieur de la génératrice 3, il est utilisé un fluide, de préférence un liquide diélectrique pour assurer la dissipation de la chaleur et donc un refroidissement de la génératrice 3. Les différentes pièces tournantes sont fixées à l'axe tournant 310 à l'aide d'un ou plusieurs écrous 31 1. L'axe tournant est maintenu en position par des roulements 302. Il peut être rajouté un joint d'étanchéité 305 qui peut être à lèvre pour empêcher les fuites du fluide diélectrique de la génératrice 3. L'ensemble des pièces est entouré de pièces métalliques possédant un passage pour le liquide de refroidissement 313. Entre chaque pièce métallique, deux joints toriques 304 permettent d'assurer l'étanchéité entre ces pièces métalliques. Deux flasques 306 sont de part et d'autre de la génératrice 3 et encapsulent l'ensemble des pièces métalliques. L'ensemble des pièces métalliques est solidairement fixé par des goujons 301.
Autour du rotor est positionné un stator 303 constitué d'un certain nombre d'enroulements de fils de cuivre. Par exemple, le stator 303 possède deux fils de cuivre de diamètre 1,2mm qui sont doublés et leur longueur dépend du nombre de phases désirées.
La figure 4 représente deux rotors et deux stators 303. Cette génératrice 3 permet de fournir 15KW par un moteur thermique de lOOcv. Il pourra être envisagé d'augmenter ou de réduire le nombre de rotor et de stator afin de subvenir au besoin souhaité. Le rotor et le stator 303 sont disposés à une distance de l'ordre de 0, 1 et 2 mm. La distance est l'écart entre le rotor et le stator. Par exemple, le rotor et le stator sont disposés à 0,5 mm de distance. Un écart trop petit peut entraîner une dégradation du système si le rotor vient à toucher le stator. Lorsque le rotor est trop éloigné, comme par exemple au-delà de 2 mm, la puissance du système est fortement diminuée.
Sur les figures 5 et 6, l'électrolyseur 7 possède une entrée 71 d'un liquide électrolytique. En sortie de l'électrolyseur 7, un mélange de gaz et de liquide est créé et passe par la sortie du gaz 72.
Une pompe 8 alimente l'électrolyseur 7 du liquide électrolytique contenu dans le réservoir 9. Cette pompe 8 permet, d'une part, de faire circuler le liquide électrolytique et d'autre part, sert d'anti-retour de la circulation du liquide dans le réservoir.
L'électrolyseur possède également un moyen de refroidissement 31 qui permet de baisser la température du liquide électrolytique. En effet, en sortie de l'électrolyseur, le liquide électrolytique s'est réchauffé et pour assurer le bon fonctionnement dans les mêmes conditions, il est préférable d'abaisser la température de fonctionnement par le moyen de refroidissement. Par exemple, le moyen de refroidissement est un échangeur à plaque. Une pompe 8 alimente l'échangeur à plaque. Cette pompe 8 a pour rôle de faire circuler un liquide froid depuis le moyen de refroidissement vers l'échangeur à plaque afin de refroidir le liquide électrolytique passant dans l'échangeur à plaque. Il n'y a pas de mélange entre le liquide électrolytique et le liquide froid du moyen de refroidissant. L'électrolyseur 7 est constitué d'une pluralité d'électrodes. Chaque électrode peut être une électrode anode ou cathode 703 ou une électrode neutre 704. Par exemple, les électrodes anodes ou cathodes 703 ou les électrodes neutres 704 sont en inox 316L ou polymère.
Chaque électrode anode ou cathode 703 possède un alésage pour un passage de liquide 705, un alésage pour le passage du gaz 707 et une bome 706 connectable à un courant positif ou négatif. Afin d'améliorer la circulation dans les alésages de passage du gaz 707, le passage du gaz 707 est inversé d'une électrode neutre 704 à l'autre. L'électrolyseur possède également des électrodes neutres 704. Ces électrodes neutres 704 possèdent également un alésage du passage de liquide 705 et un alésage de passage du gaz 707. L'alésage du passage de liquide 705 permet de faire circuler le liquide électrolytique à travers les différentes électrodes anodes ou cathodes 703. L'électrolyseur 7 possède des moyens d'étanchéité entre chaque électrode anode ou cathode 703 et électrode neutre 704. Ces moyens d'étanchéité permettent d'assurer f'étanche'ité entre fes électrodes anodes ou cathodes 703 et les électrodes neutres 704 afin d'éviter toute fuite du liquide électrolytique. Par exemple, le moyen d'étanchéité est un joint d'étanchéité 702 qui est positionné entre chaque électrode neutre 704 et chaque électrode anode ou cathode 703. Le joint d'étanchéité 702 permet également une isolation électrique entre les électrodes anodes ou cathodes 703 ou les électrodes neutres 704. L'électrolyseur 7 est fermé par un couvercle 701 situé de part et d'autre des différents éléments de l'électrolyseur 7. Le couvercle 701 permet de contenir le liquide électrolytique à l'intérieur de l'électrolyseur 7.
Un joint d'étanchéité 702 est positionné de chaque côté du couvercle 701 afin d'assurer l'étanchéité globale de l'électrolyseur. Chacune des électrodes neutres 704, des électrodes anodes ou cathodes 703, des joints d'étanchéité 702 possède des alésages pour permettre leur fixation et assurer un espace suffisant pour permettre la réaction chimique. Cet espace est de l'ordre de 0,5 mm à 20mm suivant l'ampérage et peut être réalisé par l'épaisseur du joint d'étanchéité 702 ou par tout autre moyen isolant. De cette façon, cet espace permet d'être optimum pour la réaction chimique du liquide électrolytique et assure un bon rendement de l'électrolyseur 7. Dans le mode de réalisation présenté, l'espace entre chaque électrode anode ou cathode 703 et chaque électrode neutre 704 est de 3mm.
Afin d'assurer le maintien et le positionnement des électrodes anodes ou cathodes 703 et des électrodes neutres 704, des tiges sont insérées à travers les différentes parties des pièces de l'électrolyseur 7. D'autres types de maintien des électrodes anodes ou cathodes 703, des électrodes neutres 704 et des couvercles 701 peuvent être envisagés comme par exemple des ergots sur des électrodes anodes ou cathodes 703 et des alésages traversant ou non les électrodes neutres 704.
Une première électrode anode ou cathode 703 est positionnée d'un côté de l'électrolyseur 7. Cette première électrode anode ou cathode 703 est reliée à la borne négative qui sera donc la cathode. Ensuite, une pluralité d'électrodes neutres 704 est positionnée et enfin une électrode anode ou cathode 703 est reliée à la borne positive qui sera donc l'anode.
Les électrodes anodes ou cathodes 703 et les électrodes neutres 704 ont une épaisseur de l'ordre de 0,1 à 3mm. Par exemple, les électrodes anodes ou cathodes 703 et les électrodes neutres 704 ont une épaisseur de 1mm.
Les figures 7 et 8 représentent le réservoir 9. Dans le mode de réalisation décrit, le réservoir 9 possède également un moyen de filtration du gaz créé par l'électrolyseur 7. Le réservoir 9 comprend un accès au réservoir 91 afin de remplir le réservoir d'un liquide électrolytique et une sortie du liquide 92 afin d'acheminer le liquide électrolytique vers l'électrolyseur 7. Le réservoir 9 comprend également une entrée de gaz 93 et une sortie du gaz 94.
Le réservoir 9 comprend des cloisons 901 pour éviter que le liquide ne se déplace. Ces cloisons 901 ne sont pas étanches les unes par rapport aux autres, le liquide électrolytique est réparti dans tout le réservoir afin d'avoir le même niveau dans le réservoir. Le niveau minimum de liquide électrolytique correspond au niveau du bulleur 902. Le niveau maximum du liquide électrolytique est limité par l'accès au réservoir 91 de sorte que le liquide électrolytique ne soit pas acheminé avec le gaz dans l'admission du moteur.
L'hydrogène et l'oxygène et une partie du liquide électrolytique passent par l'entrée du gaz 73 et arrivent dans un bulleur 902. Les bulles créées par le bulleur passent par un réseau de chicane pour nettoyer le gaz produit, le liquide électrolytique reste dans le réservoir 9 pour repartir ensuite vers l'électrolyseur. La flèche F représente le chemin des bulles créées par le bulleur 902.
La proportion du gaz est de 1 volume d'oxygène et 2 volumes d'hydrogène.
Dans une autre variante, il peut être envisagé, sans sortir du cadre de l'invention, d'adapter les proportions, les formes du système de génération d'énergie, de la génératrice 3, de l'électrolyseur 7 ainsi que celles du réservoir 9 telles que celles décrites précédemment par de simples dispositions constructives qui apparaîtront directement et sans effort excessif à l'Homme du métier. Nomenclature
moteur thermique 706 borne d'électrode courroie d'accouplement 707 alésage de passage du génératrice 8 pompe
31 moyen de refroidissement 40 9 réservoir
32 entrée du liquide 91 accès au réservoir refroidissement 92 sortie du liquide
33 sortie du liquide de 93 entrée du gaz refroidissement 94 sortie du gaz
34 sortie électrique triphasée 45 901 cloison
301 goujons 902 bulleur
302 roulement
303 stator 10 capteur de débit
304 joints toriques 1 1 moyen de régulation du temps
305 joint d'étanchéité 50 d'injection
306 flasque 12 échappement
307 disque métallique 13 clapet anti retour
308 pièce d'emboîtement des
aimants
309 aimants 55
310 axe tournant
31 1 écrou
312 poulie
313 passage du liquide de
refroidissement 60
pont de diode
moyen de mesure de la tension
moyen de régulation de la tension
électrolyseur
71 entrée liquide électrolytique 65
72 sortie du gaz
701 couvercle
702 joint d'étanchéité
703 électrode anode ou cathode
704 électrode neutre 70
705 alésage du passage de liquide

Claims

Revendications
1. Système de génération d'énergie, caractérisé en ce qu'il comprend une génératrice (3) fabriquant de l'énergie électrique, ladite génératrice (3) comprenant au moins un rotor constitué de plusieurs aimants (309) permanents, un électrolyseur (7) fabriquant, à partir d'électricité et d'eau, de l'oxygène et de l'hydrogène et un moteur thermique (1) produisant une énergie de rotation et configuré pour que la génératrice (3) soit accouplée à la rotation du moteur thermique (1), ledit moteur thermique (1) étant alimenté par de l'hydrogène, de l'oxygène et du carburant.
2. Système de génération d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de refroidissement de la génératrice (3) pour abaisser la température de fonctionnement.
3. Système de génération d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de refroidissement de l'électrolyseur (7) pour abaisser la température de fonctionnement.
4. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la génératrice comprend un dispositif de maintien des aimants pour assurer le bon maintien de la position des aimants.
5. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le moyen de refroidissement (31) comprend un circuit d'un fluide passant par la génératrice (3) et un échangeur pour refroidir le fluide.
6. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de mesure de la tension (5) d'électrodes (703, 704) et un moyen de régulation de la tension (6) de chaque électrode (703, 704).
7. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend également un moyen de régulation du temps d'injection (1 1) du carburant dans le moteur thermique ( 1).
8. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend également un moyen de filtration d'un gaz, ledit moyen de filtration d'un gaz étant disposé à l'intérieur d'un réservoir (9) de liquide électrolytique alimentant l'électrolyseur (7).
9. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'électrolyseur (7) comprend des électrodes d'épaisseur de l'ordre de 0,1 à 3 mm et un moyen d'espacement pour séparer chaque électrode (703, 704) d'une distance de l'ordre de 0,5 mm à 20mm.
10. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que lesdits aimants (309) sont en terre rare néodyme.
1 1. Système de génération d'énergie selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le rotor et le stator (303) sont disposés à une distance de l'ordre de 0, 1 et 2mm.
12. Véhicule automobile comprenant un système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 1 1.
13. Aéronef comprenant un système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 1 1.
14. Groupe électrogène comprenant un système de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 1 1.
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