Brevet FR2080520A1 — publié le 19711119

La présente invention concerne les dispositifs magnétohydro-dynamiques destinés à transformer de l'énergie chimique en énergie électrique. Historiquement, la production d'énergie électrique du commerce 5 à partir d'énergie chimique s'obtient par la transformation d'énergie chimique en énergie thermique qu'on utilise à son tour, en général sous forme de vapeur, à l'aide d'un dispositif mécanique qui entraîne un générateur électrique. Les mauvais rendements de ce procédé sont évidents lorsqu'on considère la suite des change-10 ments d'énergie de l'énergie chimique d'origine à l'énergie électrique finale. On perd de l'énergie lors de la transformation avec un mauvais rendement de l'énergie chimique en chaleur, par les pertes de chaleur et par les mauvais rendements de la création de l'électricité à l'aide de dispositifs électromécaniques. Il est 15 très intéressant pour la création d'énergie électrique de disposer d'un dispositif rentable destiné à convertir l'énergie chimique en énergie électrique. L'invention concerne un tel dispositif. De façon générale, la transformation directe d'énergie chimique en énergie électrique s'obtient en faisant passer un gaz ioni-20 sé dans le champ magnétique d'un générateur électricfue magnétohydro-dynamique (appelé dans ce présent mémoire générateur électrique MHD) de manière à extraire des électrons du gaz ionisé'. On obtient l'ionisation du gaz en le chauffant à une température élevée, soit à l'aide de sources de chaleur externe , soit par la combustion du 25 gaz lui-même. Etant donné les limites en température des matériaux de construction actuellement disponibles, on peut utiliser des températures relativement faibles pour les gaz lorsque ceux-ci subissent d'abord une insémination par des germes, par exemple du césium, qui favorise le courant des électrons du gaz qui passe 30 dans le champ magnétique. Pour être rentable, ce dispositif doit comprendre un ensemble permettant la récupération presque totale des germes. De plus, on a déjà proposé d'appliquer un champ électrique au gaz pour élever la température des électrons sans élever la température du gaz lui-même, de façon à lui donner une conducti-35 vité correspondant à une température supérieure. Ce dernier procédé provoque une utilisation peu rentable de l'énergie électrique et une érosion rapide des électrodes d'application du champ électrique. 71 04884 -2- 2080520 Selon l'invention, on utilise des matériaux combustibles qui sont relativement peu coûteux et facilement disponibles. Il s'agit de charbon, de coke et/ou d'huile de schiste à l'état finement divisé et porté dans un courant de combustible et de flui-5 de compressible, par exemple de méthane, d'hydrogène ou de gaz naturel. L'oxygène qui permet la combustion de ces matières provient d'un courant d'air chauffé sous pression élevée dans lequel on introduit des matières combustibles. Pour empêcher l'allumage intempestif du mélange combustible, on mélange les 10 deux ensembles au voisinage de la gorge d'une tuyère de détente. Le mélange se détend dans la tuyère et atteint une vitesse supersonique de l'ordre de 3 à 5 machs. Lorsque le mélange sort de la zone de détente de la tuyère, le courant revient à une vitesse inférieure à la vitesse du son et une zone de compression éle-15 vée ou une onde de choc séparant les deux régions. Lorsque le combustible traverse l'onde de choc ainsi créée, il subit un choc thermique suffisant pour amorcer la combustion. Ce type de combustion à température élevée provoque aussi l'ionisation du mélange gazeux, si bien qu'on peut extraire de l'énergie électrique en 20 faisant passer ce mélange dans le champ magnétique d'un générateur MHD. Le temps nécessaire à la combustion de la matière particulai-re prolonge la zone de combustion en aval du générateur MHD et aide l'extraction d'électrons supplémentaires du courant ionisé. De plus, le choc thermique imposé par l'onde de choc à la surface de la 25 matière particulaire produit des quantités importantes d'électrons A à la surface des particules, dépassant de 10 à 10 fois les densités d'électrons libres produites sur les mêmes particules à l'équilibre thermique. On met aussi en oeuvre l'extraction de ces électrons supplémentaires en faisant passer la matière parti-30 culaire dans le générateur MHD. facilement disponible à l'aide d'une combustion induite par l'onde de choc, puis par passage des produits de combustion ionisés dans 35 un générateur électrique magnétohydrodynamique. On soumet des matières particulaires qui se trouvent dans le courant gazeux d'un générateur MHD à un choc thermique hors d'équilibre L'invention concerne donc un dispositif de transformation d'énergie chimique en énergie électrique par i tible 71 04884 2080520 à la surface des particules en vue de libérer des électrons supplémentaires. L'invention concerne aussi une matière particulaire combustible qu'on peut soumettre à un choc thermique à sa surface 5 en vue de produire des électrons libres supplémentaires et d'allonger la zone de combustion sur toute la longueur du générateur électrique magnétohydrodynamique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard du 10 dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe de la tuyère de détente et de la région comportant l'onde de choc d'un générateur électrique magnétohydrodynamique, représentant les phénomènes qu'on suppose avoir lieu dans ces régions ; et 15 la figure 2 est un schéma du dispositif d'un générateur élec trique magnétohydrodynamique. Sur la figure 1, on introduit à.l'aide d'une conduite 10 une matière particulaire en suspension dans un courant de fluide compressible et combustible dans la région de la gorge d'une tuyère 20 11 où la matière provenant de la conduite 10 se mélange avec de l'air sous pression élevée et à haute température et/ou un combustible gazeux pénétrant par une conduite 12. Les flèches indiquent les directions d'écoulement. La détente du mélange de fluide compressible dans une zone 25 13 de la tuyère provoque l'accélération du mélange de la matière particulaire, du fluide gazeux et de l'air à des vitesses de l'ordre de 3 à 5 machs. Lors de la sortie de la zone 13, la vitesse du mélange redevient subsonique et provoque la formation d'une onde de choc stationnaire 14 entre les deux régions d'écoulement. Le pas-30 sage du mélange à travers l'onde de choc 14 lui fait subir un choc thermique suffisant pour amorcer la combustion des gaz et des matières combustibles dans le mélange. La combustion de la matière combustible provoque un front de combustion 15 en aval de l'onde de choc 14. Le choc thermique de l'onde 14 et la combustion de 35 matière du mélange provoquent l'ionisation de celui-ci, des électrons étant extraits de ce mélange ionisé lorsqu'on le fait passer dans un générateur électrique magnétohydrodynamique 16 classique. BAD original 71 04884 2080520 La poursuite de la combustion de la matière particulaire en aval du front 15 allonge la zone d'ionisation sur toute la longueur du générateur MHD et permet l'extraction d'électrons supplémentaires du courant ionisé. 5 La matière particulaire combustible et non combustible est soumise à un choc thermique de déséquilibre à sa surface lors du passage dans l'onde de choc 14 et le front 15 de combustion, et il se produit en conséquence des quantités importantes d'électrons libres à la surface des particules, ceux-ci étant extraits 10 par le générateur 16. La figure représente en traits interrompus une limite 17 du jet, une onde de choc réfléchie 18 et une onde de choc d'interception 19 qui indiquent des positions représentatives par rapport à l'onde de choc 14 et le front 15 pour une vitesse donnée des matières 15 au voisinage de la sortie de la tuyère du générateur MHD. Les variations de vitesse changent évidemment les positions relatives des ondes et limite. Dans le dispositif de la figure 2, on combine une matière particulaire avec un combustible compressible de manière qu'ils pénètrent 20 tous deux dans la gorge de la tuyère de détente et s'y combinent avec de l'air chauffé sous pression élevée avant le passage dans la zone de détente de la tuyère. Un compresseur 23 comprime de façon convenable l'air qui est aussi chauffé par cette compression. On chauffe lrair en plus en le faisant passer dans un échangeur de 25 chaleur 24. L'air s'apaise avant de pénétrer dans la tuyère dans une chambre sous pression 25. La référence 16 désigne de façon générale le générateur magnétohydrodynamique. Les produits de combustion quittent la zone magnétohydrodyna-30 mique où on a extrait des électrons et passe dans un générateur de vapeur 26 de manière à fournir de la vapeur utilisée par une génératrice électrique classique entraînée par la vapeur (non représentée) . On évacue les déchets solides et particulaires dans un précipitateur 27 de cendres et de scories. Avant l'évacuation 35 dans l'atmosphère, on extrait le reste de la chaleur des gaz BAP ORIGINAL 1 71 04884 2080520 évacués dans un échangeur 24 destiné à chauffer l'air d'entrée. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel, et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 04884 2080520 -6— REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction d'énergie électrique d'un courant fluide comprenant des matières gazeuses et particuiaires, caractérisé en ce qu'on mélange deux ou plusieurs courants au niveau 5 de la gorge d'une tuyère de détente, ou au voisinage de cette gorge, les courants comprenant au moins un courant à température élevée et sous pression élevée d'un fluide compressible dont la teneur en oxygène est au moins égale à celle de l'air, et au moins un autre courant sous pression élevée d'un fluide compres-10 sible comprenant une matière combustible de nature particulaire et gazeuse, on accélère les courants mélangés à une vitesse supersonique dans une zone de détente d'une tuyère, on crée une onde de choc perpendiculaire aux courants mêlés en ralentissant la vitesse de ces courants au-dessous de la vitesse du son, on enflamme les 15 matières combustibles des courants gazeux en les faisant passer dans l'onde de choc, la combustion provoquant l'ionisation du courant mélangé, on fait passer ce courant ionisé dans un champ magnétique d'un générateur électrique magnétohydrodynamique, et on extrait de l'énergie électrique du courant ionisé à l'aide d'un 20 générateur électrique magnétohydrodynamique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet des matières particuiaires du courant fluide à une impulsion thermique de déséquilibre destinée à créer des électrons supplémentaire s. 25 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière particulaire est du charbon, de l'huile de schiste, du coke et/ou une matière particulaire non combustible. 4. Procédé selon la revendication t, caractérisé en ce que le fluide combustible est du méthane, de l'hydrogène et/ou du gaz 30 naturel.