Brevet FR2307127A1 — publié le 19761105

La présente invention concerne des machines utilisant la combustion dthydrogène et d'oxygène et fonctionnant en circuit fermé, et elle concerne également le procédé mis en oeuvre pour offectuer cette combustion. La disponibilité dthydrogène et d'oxygène à partir de centrales nucléaires, par exemple, permet de reuti'iser ces gaz pour produire de l'énergie. La combustion d'hydrogène dans l'air est possible avec des moyens métallurgiques courants, par contre, elle a l'inconvénient d'utiliser une grande quantité d'air et de produire des oxydes d'azote toxiques. La combustion d'hydrogène dans l'oxygène provoque des tempe ratures très élevées et jusqu'à présent, réclamait des moyens mé- tallurgique. trbs poussés. Le procédé proposé consiste à utiliser la combustion d'bydro gène dans l'oxyg@ne en ajoutant au cycle une quantité d'eau très importante pour limiter les températures du cycle et permettre ainsi de réaliser des machines fontionnant en circuit fermé avec une mAtallurgie classique et sans consommer d'air extérieur. Un procédé selon l'invention est caractérisé en ce qutil con siste à utiliser une machine qui comporte une chambre de combustion sous haute pression dans laquelle sont injectés lthydrogène et ltoxygène disponibles, tandis qu'une importante quantité d'eau est pulvérisée en nappes tout autour de la flamme de façon à faire écran et i utiliser la chaleur produite pour vaporiser cette eau et créer ainsi une chaudière interne. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'eau destinée à autre pulvérisée sert d'abord au refroidissement des parois de la chambre de combustion et récupère ainsi les calories cédées tout en assurant la conservation de cette chambre. Suivant une autre caractéristique de l'invention, 11 allumage de la chambre est réalisé par une couronne de veilleu-ses hydrogène - oxygène, elle-même allumée par un dispositif à arc électrique maintenu en fonction permanente par souci de sécurité. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la puissance de l'installation est réglée par la quantité d'hydrogène injectée, la quantité d'oxygène étant maintenue correcte par un régulateur de débit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la section des pulvérisations d'eau est asservie à la quantité d'hydrogène injectée, éventue le:lent par l'intermédiaire d'une r-égulation de la température d'entrée de l'organe de détente. suivant une autre caractéristique de l'invention, la machine utilisatrice peut être soit une turbine à vapeur, soit une machine alternative. Suivant une autre caraotéristique de l'invention, le circuit comporte un condensateur alimenté par de l'eau de réfrigération avec une pompe d'extraction. Suivant une autre caractéristique de l1invention, le circuit comporte aussi un réservoir de stockage avec la pompe d'alimenta- tion de la chambre de combustion. Suivant une autre caractéristique de L'invention, le circuit comporte une pompe d'extraction des incondensables qui sont envoyés soit à la chambre de combustion1 scit à une torchère de sé curité. Suivant une autre caractéristique de 11 invention, l'excès d'veau dans ce circuit est évacue par un dispositif de trop plein. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les gaz combustibles peuvent être amenés soit par circuit ouvert, soit à partir de bouteilles réservoirs embarquées. Le procédé ainsi réalisé permet de développer de l'énergie en circuit fermé sans aucune utilisation ou pollution d'air ambiant. Il permet de réaliser ainsi des unités sans liaison avec l'exte' rieur. Il permet de supprimer les chaudières classiques et les échangeurs de chaleur et conduit donc à des unités très denses et de prix de rev-ient bas. Enfin, supprimant les pertes a-la cheminée, il permet d'acoroître le rendement des installations. Du fait-de la création permanente d'eau pure résultant de la combustion d'hydrogène et d'oxygène, il n'y a aucun appoint d'eau à prévoir, donc pas d'installations complémentaires de traitement d'eau d'appoint. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Figure 1 est un schéma d'installation d'une centrale fixe. Figure 2 est un schéma d'installation dtun groupe mobile. La figure 1 montre une chambre de combustion 1 raccordée par une tuyauterie de vapeur haute pression 2 à une turbine 3 entra t- nant un alternateur 4. La vapeur détendue s1 échappe de la turbine par la tuyauterie basse pression 5 et gagne le condensateur 6 refroidi par un serpentin 7. L'eau ainsi condensée est renvoyée par la pompe d'extraction 8 au rservoir de stockage 9 d'où elle est reprise par la pompe d'alimentation 10 pour alimenter la chambre de combustion 1. L'hydrogène arrive dans la chambre de combustion par la canalisation centrale 11 ertourée par la canalisation d'oxygène 12 arrivant elle-même au brûleur 13 entouré par un p@lvérissteur d'eau primaire 14. es pulvérisateurs secondaires 15 sont répar- tis le long de la Chambre de cobustio, Un dispositif d'allumage 16 et une veilleuse 17 sont situés au voisinage de brûleur principal 13. Une pompe des incondensables 18 envoie ces gaz sqit au circuit d'eau en amont de la chambre 1, soit à l'extérieur par l'inter- médiaire d'une torchère de sécurité munie d'un brdleur permanent. Un régulateur de vitesse La figure 2 montre la même installation d'ensemble dans laquez le la turbine de détente est remplacée par une machine volumétrique, par exemple, alternative 24 comprenant un cylindre 25 et un piston alternatif 26 avec son embiellage 27. La machine possède des organes d'admission 28 et d'échappement 29. L'hydrogène et l'oxygène sont resFectivement fournis par des bouteilles de stockage 30 et 31 b iris vers la chambre de combustion par des vannes 33 et 32. Le reste de l'installation est identique à celle décrite par la figure 1. La description qui précède permet de comprendre aisément le fonctionnement qui est le suivant Au démarrage, une petite quantité d'hydrogène et d'oxygène est introduite dans la veilleuse 17 et est immédiatement allumée par l'arc électrique 16 qui subsiste. Une petite quantité d'eau est envoyée pour contrôler la température de combustion par le pul vérisateur primaire 14. La quantité de vapeur ainsi produite est suffisante pour réchauffer et éventuellement pour virer la turbine. Ds la mise en route du brtleur principal 13, le régulateur turbine 20 commande l'entrée d'hydrogène par le régulateur RH 21 et les régulateurs d'oxygène Ro 22 et R 23 règlent la valeur du débit d'oxygène et d'eau pulvérisée. Les régulateurs d'oxygène et d'eau qui ont une constante de tes ris faible que celle du ré- gulateur d'hydrogène suivent en permanence les indications de celui-ci. Toute veriation de la demande électrique entraîne donc une action sur 1 uantité d'hydrogène et immédiatement ensuite, sur les quantités dtoxygène et d'veau introduite. L'arret est obtenu par fermeture de l1 arrivée d'hydrogène. Dans le cas de la machine alternative, la demande de l'opérateur se fait directement sur la vanne d'arrivée d'hydrogène 33, ceperdant que l'arrivée d'oxygène est réglée par le réguleecur 33 t que le débit d'eau est réglé par l'obturation partielle des -pulvérisateurs 15. La combustion s'effectuant tou-jourssans apport d'air atmosphérique, elle ne s'effectue donc pas en présence d'azote, si bien qu'il n'y a pas de production d'oxydes d'azote toxiques susceptibles de polluer l'atmosphère REVENDICATIONS 1. Procédé de combustion d'hydrogène et d'oxygène caractrisé en ce qu'il se fait e présence d'eau pulvérisée qui, par vapori- sation et mélange atec les produits de combustion, permet de rea- liser un cycle femuné sans température excessive des pièces et sans consommation ni pollution de l'air extérieur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau destinée à eAtre pulvérisée sert d'abord au refroidissement des parois de la chambre de combustion et récupère ainsi les calories cédées tout en assurant la conservation de cette chambre. 3. Procédé suivant l'une quelconque des re--vendications 1 et 2, caractérisée en ce que la variation de puissance s'effectue par introduction plus ou moins grande d'hydrogène, la quantité nécessaire d'oxygène se règlent automatiquement pour réaliser les conditions dites stoechiométriques de la réaction de combustion. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de combustion est réglée par 11 excès d'eau défini soit par réglage en fonction de la quantité d'hydrogène, so-it par régulation de la température d'entrée à l'organe de détente. 5. Procédé suivant lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d'allumage constituéqar un arc lectrlque et une villeuse est maintenu en services en permanence, et que sa défaillance stoppe l'arrivée des gaz de combustion afin de constituer une sécurité totale contre les accumulations de gaz frais. 6.Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz incondensables résultant de l'imperfection de la combustion sont, soit réinjectés dans la chambre de combustion, soit envoyés à la tordre de sécurité. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications pré- cédantes, caractérisé en ce que l'eau pure résultant de la combustion suffit à éviter tout appoint d'eau extérieure et que le niveau maximum dteau dans le réservoir tampon est réglé par un régulateur de niveau. 8. Une turbine à vapeur mettant en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications préfiédentes est caractérisée en ce que cette turbine est alimentée en vapeur à haute pression issue de la chambre où s'effectue la combustion d'hydrogène et d'oxygène en présence d'eau pulvcrisée, tandis que la vapeur d'eau détendue s'échappant de la turbine est condensée cur alimenter à nouveau la chambre de combustion. 9. Un moteur alternatif à piston mettant en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 est caractéri sn en ce qu'il fonctionne à la manière d'une machine à vapeur avec un cycle deux-temps, la vapeur à haute pression issue de la chambre de combustion étant introduite dans la chambre de compression du piston et la vapeur s'échappant de ladite chambre de compression étant condensée pour alimenter à nouveau la chambre de combustion.