Brevet FR2268428A1 — publié le 19751114

L' invention concerne un brûleur de plasma hydr o.thermique. On sait que l'on utilise de plus en plus couramment le plasma ou milieu gazeux ionisé dans lequel les consentrations électronique et ionique sont sensiblement égales - dans les techniques industrielles de pointe telles que le contrôle des réactions de fusion nucléaire, la production d'électricité par générateur magnétohydrodynamique, les moteurs à plasma,les convertisseurs thermo-ioniques d'énergie et les chalumeaux à plasma ou chalumeaux de Langmuir. On rappelle que des gaz moléculaires tels que I'hydrogène, lzazote ou l'oxygène sont dissociés,à une température suffisamment élevée, en atomes isoles' L'invention propose d'utiliser les propriétés connues du plasma pour réaliser un brûleur de plasma hydrothermique utilisable notamment comme source de chaleur pour le chauffage central . les fours de cuisson, l'incinération des déchets , les centrales thermiques,etc. - -. Ce brûleur, selon l'invention, pré sente, par rapport aux bruleurs de fuel couramment utilisés jusqu'à présent, l'avantage de n'entraîner aucune pollution atmosphérique . De plus, ce brûleur fonctionne en ne consommant que peu dténer gie. Ce bruleur est caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur de gaz surchauffé au-dessus de leurs potscritiîmenté avec de l'eau à la de température ambiante, un canon de combustion plasma alimenté en gaz par de gaz le générateur, un emetteur de micro-ondes entourant le canon de combus tion de plasma et facilitant l'ionisation du gaz dans ce canon et un dispositif de commande du générateur , du canon de combustion de plasma et de l'en et- teur de micro-ondes. Les autres caractéristiques de l'invention résulteront de la description qui suivra en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma synoptique du br ûleur selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe par un plan axial longitudinal du canon de combustion de plasma garni de l'émetteur de micro-ondes et d 'un serpentin de préchauffage appartenant au générateur de gaz surchauffés. Le brûleur suivant l'invention comprend un générateur à étage de gaz surchaufféÇutilisant de l'eau à la température ambiante,l, un émetteur de micro-ondes 2 , un canon de combustion de plasma 3 et un dispositif de commande 4. Le générateur de gaz surchauffé 1 comprend d'amont en aval un réservoir ou source d'eau 5 à pression atmosphérique et température am biante relié par un conduit 6 à un filtre 7 retenant les impuretés organiques et minérales de l'eau. Un conduit 8 branché à la sortie du filtre 7 dirige liteau vers une pompe 9 commandée par le dispositif 4. Cette pompe 9 est reliée au réservoir 5 au moyen d'un conduit de trop plein 10. Sur le conduit de refoulement 11 de la pompe est interposé un clapet anti-retour 12 taré à une pression réglable pré-déterminée. Le conduit de refoulement 1 1 débouche au enpied dans une cuve de compression 13,en zerinoe nickel,chauffée par un moyen de chauffage électrique 14 commandé par le dispositif 4.La cuve 13 est divisée en trois chambres inférieure 15, médiane 16 et supérieure 17 en communication l'une avec l'autre au moyen de parois de séparation percées de trous. Le conduit de refoulement 11 débouche dans la chambre inférieure 15. La chambre médiane 16 est garnie d'un catalyseur tel que la mousse de platine, la mousse de nickel ou autre matériau équivalent favorisant la séparation de l'hydrogène en vapeur sèche dépassant le point critique. La chambre supérieure 17 est un collecteur du mélange H2, H, 02 et O où l'hydrogène et 1' oxygène sont en voie de séparation à une température supéri eure à lrs pdrts critiques.Le mélange de gaz est évacué de la chambre supérieure 17,par sa pression dynamique, par l'intermédiaire d'un conduit 18 déboudant en tête de par la cuve de compression 13 etpnkrgéPun serpentin de préchauffage 19 en nickel ou en acier inoxydable enrobé de quartz ou autre matériau équivalen-t bon conducteur de la chaleur. Ce serpentin de lréchauEageentoure, comme on le verra ultérieurement, le canon de combustion de plasma 3 de manière à recevoir la chaleur dégagée par ce dernier lors de la combustion tout en camouflant et en protégeant la partie la plus chaude de ce canon . Le serpentin 19 se termine par un gicleur 20 fermant une des extrémités du canon 3 comme on le verra ultérieurement.Ce gicleur est réalisé en un matériau présentant de bonnestenuesmécanique et à la chaleur, par exemple en acier inoxydable ou en nickel. L'angle et la pression de diffusion sont réglables et pré-déterminés. L'émetteur de micro-ondes2 comprend deux quartz piéto - électriques 21a, 21b, placés autour du canon 3, comme on le verra ultérieurement et un générateur d'impulsions électriques 22 de fréquence supérieure à plusieurs milliers de méga hertz, commandé par le dispositif 4. Cet émetteur de micro-ondes 2 a pour effet de produire dans le canon 3, un champ électrostatique facilitant l'ionisation des gaz proportionnellement à leurs poids miécu- laire s. On décrira maintenant le canon de combustion de plasma 3 en se référant plus particulièrement à la figure 2. Ce canon comprend un tube cylindrique 23 en chromite de Lanthane recouvert, au moins partiellement, d'une couche 24 d'un matériau thermoréfractaire ayant une bonne résistance mécanique au-dessus de 2300 C. bon conducteur électrique à cette température et de grande inertie chimique vis à vis de l'oxygène. Le tube 23 est relié au moyen de fils conducteurs 25, à une source de courant alternatif 26 commandée par le dispositif 4. Le tube 23 forme une résistance chauffante comprenant un noeud de chauffage dans le tronçon médian 27 du tube. Ce tronçon médian se trouve par conséquent, à une température supérieure à celles des parties extrêmes du tube. Le serpentin de préchauffage 19 entoure le canon 3 à l'endroit du tronçon médian 27. Le gicleur 20 est monté sur une bague filetée 28 vissée sur un filetage 29 prévu à une des deux parties extrêmes du tube 23. L'autre partie extrême du tube est garnie, à l'intérieur, d'un revêtement en quartz 30 profilé en forme de Venturi. Les quartz pièzoélectriques Zla, 21b sont placés de part et d'autre du tube 23 entre l'extrémité avant du gicleur20 et le serpentin 19. Un couple thermoélectrique 31 est associé au tube 23 et permet de commander la source de courant 26 via le dispositif 4. La température dans le tronçon médian 27 du tube 23 peuttatteindre 1600 à 1800 C. Elle est comprise entre 600 et 90G Cenviron à l'endroit des quartz piézoélectriques. Elle est comprise entre 300 et 4000 C environ à l'endroit de la bague 28 et, à l'extrémité libre ouverte du tube, comprise entre 14000 et 18000 C. Les gaz provenant du gicleur 20 sont ionisés dans le champ électrostatique créé par les quartz piézoélectriques et atteignent une température comprise entre 2000 et 2400O C environ ou l'hydrogène est dissocié en atomes. Ces atomes se recombinent ensuite avec combustion du gaz, l'oxygène servant de ca3burart Ce gaz est propulsé vers l'avant du canon à une température élevée pouvant atteindre 45000C. Cette combustion est réalisée dans les meilleures conditions possibles~et sans pollution atmosphérique. Le dispositif de commande 4 règle le fonctionnement de la pompe 9, des moyens de chauffage électrique 14, du générateur 22, de la source de courant alternatif 26. Ce dispositif établit une séquence de fonctionnement cyclique et irréversible. En particulier, le fonctionnement de la pompe est commandé lorsquexla température dans la cuve de compression 13 et celle du tube 23 atteignent des seuils préfixés. Le dispositif 4 commande ensuite, avec un certain délai, le fonctionnement du gén érateur 22. En fonctionnement normal, la température du tube 23 est auto-entretenue par suite dela combustion du gaz. Toutefois, le dispositif 4 commande le fonctionnement de la source de courant 26 lorsque cette température repérée par le couple thermo électrique 31 descend au-dessous du seuil préfixé,afin de chauffer ce tube et d'élever sa température jusqu'au seuil préfixé. REVENDICATIONS 1. Brûleur de plasma hydrothermique > caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur 1 de gaz surchauffés au-dessus de poîts alimenté avec de l'eau à la température ambiante, un canon de combustion de plasma 3 alimenté en gaz par le générateur 1 > un émetteur de micro-ondes 2 dans le canon 3 favorisant l'ionisationdes gaz se trouvant dans ce canon et un dispositif de commande 4 du générateur 1, de l'émetteur de micro-on des 2 et du canon de combustion 3. 2. Brûleur suivant la revendi cation 1 caractérisé par le fait que le générateur 1 comprend un filtre 7 branché sur un réservoir ou une sour ce d'eau 5 à température ambiante, à la sortie duquel est branchée une pompe 9 commandée par le dispositif 4 , sur le conduit de refoulement 1 1 de laquelle est interposé un - clapet anti-retour 12, lequel conduit de refoule ment 1 1 débouche dans la chambre inférieure 15 d'une cuve de compression 13 comportant deux autres chambres; à savoir une chambre médiane 16, garnie d'un catalyseur et une chambre supérieure 17 où sont collectés les gaz séparés,en communication,via un conduit 18,avec un serpentin de pré chauffage 19 entourant le canon de combustion 3 et terminé par un gicleur 20 fermant l'une des extrémités de ce canon. 3. Brûleur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que l'émetteur de micro-ondes 2 comprend deux quartz pièzoélectriques 21a, 21b .placés de part et d'autre du canon de combustion 3 et un générateur dtimpul- sio ns électriques 22 commandé par le dispositif 4. 4. Brûleur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que de canon 3 comprend un tube23 de référence le canon 3 comprend en tube23 en somite de lanthane, relié électriquement à une source de courant 26 , entour é sensiblement dans son tronçon médian 27 par le serpentin 19 et fermé, à l'une de ses extrémités , par une bague filetée 28 supportant le gicleur 20 et vissée sur un filetage 29 du tube23. 5. Brûleur suivant la; revendication 4 caractérisé par le fait que les quartz pièzoélectriques 21a, 21b sont placés entre le gicleur 20 et le serpentin de préchauffage 19. 6. Brûleur suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5 caractérisé par le fait que le tube 23 est garni à l'intérieur et à sa partie extrême opposée au filetage 29 -d'un revêtement 30 profilé formant Venturi 7. Brûleur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé par le fait que le tube 23 comprend un thermo-couple 31 commandant le fonctionnement et l'arrêt de la source de courant 26 par l'intermédiaire du dispositif 4. 8. Brûleur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que le tube 23 est recouvert au moins partiellement d'une couche 24 en un matériau thermoréfractaire, de bonne résistance mécanique à température élevée et conducteur de l'électricité à cette température, possédant une grande inertie chimique vis à vis de l'oxygène.