Brevet FR2386187A1 — publié le 19781027

La présente invention se rapporte aux procédés et aux génératrices magnétohydrodynamiques qui fournissent une force électromotrice créée par l'action mutuelle de fluides conducteurs qui se déplacent dans des champs magnétiques. "M.H.D" est l'abréviation du terme magnétohydrodynamique0 La présente invention concerne plus particulièrement des systèmes générateurs de puissance .R.1). à gaz de combustion dont le fluide de travail est constitué par des produits résultant de la combustion de combustibles bon marché, tels que le charbon, le pétrole, le gaz naturel, l'oxyde de carbone, le charbon de bois et autres combustibles analogues, avec un comburant tel que l'air.Plus la conductivité électrique des fluides de travail est élevée, meilleur est le rendement de ces sys tèmes générateurs de puissance N.H.D. À son tour, la conducti vité dépend de l'ionisation. les températures de combustion des combustibles de type classique ne sont malheureusement pas suffisamment élevées pour produire une ionisation appropriée d'un fluide de travailconstitué des produits de cette combustion.C'est pourquoi an a essayé d'augmenter l'ionisation des fluides de travail par divers moyens tels que l'utilisation d'ume énergie extérieure, des décharges d' arc électrique et un semencement du fluide de travail par un métal alcalin tel que le césium ou le potassium, De même, des ondes de choc sont capables d'améliorer l'ionisation car elles sont directionnelles et, par conséquent, elles créent des éléments de translation et de dissociation dans le sens du déplacement. Ces moyens sont décrits dans le brevet britannique n 1 296 309. On a créé également des ondes de chocs dans les chambres de combustion de génératrices M.H.D. en les alimentant en mélanges détonants que l'on fait détoner périodiquement, ce qui a permis d'obtenir des impulsions électriques haute tension de l'ordre de 10 à 20 kV. Ces génératrices M.H.D. sont traitées par Brnest H. Jager et Franz R. Thomanek dans leur article intitulé "Untersuchungen- liber sprengstoffbetriebene TRb - Gene raturent, publié dans le volume 25, 1974 du Journal of Âpplied Mathematics and Physics (ZASP) pages 47 à 54.Cependant , l'utilisation de mélanges détonants comme combustibles est relativement onéreuse. En outre, les périodes de temps d'explosion sont trop courtes pour permettre une entière combustion des lé langes détonants ; de ce fait, la transformation de l'énergie est incomplète et il en résulte des pertes d'énergie inévitables et un faible rendement. L'utilisation de génératrices M,H,D à mélanges détonants ne se justifie donc pas actuellement du point de vue économique. On considère que la présente invention constitue un perfectionnement de ces systèmes, du fait quelle utilise le principe de l'augmentation de l'ionisation par des ondes de choc, en liaison avec des combustibles de type classique et, par conséquent, bon marché. La présente invention se rapporte à un système générateur de puissance M.H.D. à gaz de combustion de type perfectionné, dans lequel des ondes de choc sont appliquées aux produits résultant de la combustion de combustibles classiques. Suivant la présente invention, le procédé de production magnétohydro- dynamique d'énergie électrique dans un système générateur de puissance M.H.D. à gaz de combustion, comprend d'abord la combustion d'un combustible de type classique pour former des produits de combustion; lorsque la combustion est sensiblement terminée, des ondes de choc sont créées ensuite dans ces produits de combustion afin de les ioniser. Finalement, les produits de combustion ionisés s'échappent sous l'effet de leur propre pression et des ondes de choc. Le principal avantage de ce nouveau système générateur de puissance H.H.D. réside dans le fait qu'il permet l'u- tilisktion de combustibles de type classique tels que le charbon, le pé.trole, le gaz naturel, l'oxyde de carbone, le charbon de bois, etc. Ces combustibles sont en effet bon marché et en abondance et ils offrent aux systèmes générateurs de puissance M.H.D. de bonnes possibilités économiques.En outre, ces combustibles peuvent entre brillés complètement avant d'alimenter une génératrice NHD. Ainsi contrairement aux génératrices M*H.D â mélanges détonants, on n'aura à déplorer aucune perte d'énergie du fait d'une combustion incomplète. Il est prouvé que ces produits de combustion peuvent entre fortement ionisés par des ondes de chocs créées en leur sein, lorsque la combustion est sensiblement terminée, et cela au moyen de quantités étonnat- ment faibles de mélanges détonants, ce qui signifie de meme un faible cotit de consommation en mélanges détonants.En outre, une combustion relativement lente permet de réaliser une synchronisation fiable de l'alimentation en combustibles, de l'allumage, de la combustion, de la création des ondes de choc, de l'échappement des gaz de combustion et des répétitions du cycle . On peint ainsi obtenir un rendement relativement élevé, prouvé par des calculs qui permettent une estimation de l'ordre de 30 à 40 % . Ces chiffres sont dus aux ondes de choc directionnelles qui sont dirigées de tanière à augmenter fortement la formation des éléments de translation et de dissocation comne on l'a mentionné ci-dessus.De plus, les ondes de choc balayeront plusieurs fois la zone de combustion ; comme des trajets parcourus plus longs signifient de plus grandes possibilités de formation d'éléments de translation et de dissociation, il en résulte une ionisation plus efficace ou améliorée. Un système générateur de puissance M.E.D. approprié Q la mise en oeuvre du procédé mentionné ci-dessus peut inclure une chambre de combustion en forme de résonateur acoustique à cavité, pour biler le combustible atec un comburant. La chape bre de combustion comprend une entrée d'alimentation en combustible à laquelle peut être raccordé un moyen d'alimentation en combustibles.Bne entrée d'alimentation de la chambre de combustion en mélanges détonants est reliée à un moyen d'alimentation en mélanges détonants.L'explosion dans la chambre de combustion est produite par un moyen d'amorçage de l'explosion raccordé à une entrée d'amorçage de l'explosion dans la chambre de combustion. les produits de la combustion sont évacués de la chambre de combustion par une sortie des produits de combustion qui peut être reliée à une génératrice M.H.D. En outre, la chambre de combustion est équipée d'un moyen de détection co- portant une sortie de signaux. le moyen de détection sert â détecter un ou plusieurs paramètres de la-combustion qui se produit dans la chambre de combustion. En fonction des valeurs dé-' tectées, le moyen de détection crée des signaux qui sont transmis à une entrée de signaux de commande d'un dispositif de commande. Ce dernier dispositif commande le fonctionnement de diverses parties du système générateur de puissance M,H,D, suivant une séquence bien définie.- Plus particulièrement, le moyen d'alimentation en combustibles, le moyen dialitentation en mélange ges-détonants et le moyen d'amorçage de l'explosion sont commandés de telle manière qu'une quantité prédéterminée de con bustzble est d'abord complètement brillée, après quoi une quantité relativement faible de mélange détonant est introduite et l'explosion est amorcée. À cet effet, la sortie de signaux du moyen de détection est reliée à l'entrée des signaux de coiman- de du dispositif de commande. I1 est préférable que les parois du résonateur à Ca- vité soient des paraboloides dont les c8tés concaves se font face et qui provoquent des propagations répétées des ondes de choc a' travers la chambre de combustion du dispositif de combustion. I1 s'ensuit une distance accrue de déplacement et, de ce fait , une formation plus vigoureuse d'éléments de translation et de dissociation avec , pour conséquence, une meilleure ionisation. En outre, ces parois en forme de paraboloties peuvent présenter des distances focales différentes. Bans ce cas, la paroi en forme de paraboloide ayant la plus courte distance focale se trouvera en face de la sortie des produits de combustion de la chambre de combustion. Cette diRposition permet de projeter l'image du point d'intersection de l'axe longitudinal de la chambre de combustion et de l'axe longitudinal de l'entrée de l'alimentation en mélange ges détonants, dans la sortie des produits de combustion de la chambre de combustion. le ce fait, les ondes de choc peuvent quitter le résonateur à cavité sans subir d'amortissements notables. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un ystème générateur simple de puissance M.H.D, représentant un exemple de réa libation de la présente invention ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale des élé- ments principaux de structure d'un exemple de rsalisation du système générateur de puissance M.E.D. représenté à la figure 1. Les mêmes références se rapportant aux détails analogues des deux figures Cnt été utilisées dans la description On se reportera à la figure 1. Les références 10 et 12 désignent respectivement un dispositif de combustion avec une chambre de combustion lOa, et une génératrice M.H.D. Le dispositif de combustion 10 comporte une entrée 14 d'alimentation en combustibles reliée par un conduit 18 à un moyen 16 d'alimentation en combustibles tel qu'une pompe à combustibles, un carburateur, etc Le dispositif de combustion 10 comprend en outre une entrée 20 d'alimentation en mélanges détonants qui est reliée par un conduit 22 à un moyen 24 d'alimentation en mélanges détonants, tel qu'une pompe par exemple, comme dans le cas du moyen 16 d'alimentation en combustibles Un troisième orifice 28 du dispositif de combustion 10 est fermé par un couvercle transparent 26 et sert d'entrée 28 pour l'amorçage de l'explosion. L'allumage du combustible peut s'effectuér par exemple au moyen d'un bradeur à plasma, d1un globe d'allumage, d'une bougie d'allumage ou d'un système analogue. I1 est préférable cependant d'utiliser un laser 30 à impulsions car il est approprié pour amorcer également une explosion du mélange détonant introduit par l'entrée 20 d'alimentation en mélanges détonants. Plus précisément, il a été prouvé que les rayons laser peuvent amorcer l'explosion de mélanges détonants liquides et solides puisque cet amorçage exige une chaleur de 0,1 à 10 calories et une puissance de 0,1 à 10 mégawatts, et ces exigences eont facilement satisfaites par les rayons laser. leur utilisation en tant que détonateur est particulièrement intéressante dans le cas présent, du fait de la haute précision quant au moment de l'a morçage. La référence 32 désigne un détecteur qui fait partie d dispositif de combustion 10. Le détecteur 32 est prévu pour détecter un paramètre de combustion au. moins et pOlW créer un signal électrique en fonction de ce paramètre. Une sortie de signaux du détecteur 32 est désignée par la référence 32a. le dispositif de combustion O est également pourvu d'une sortie 34 des produits de combustion ierrnettan l'champ pement de ces produits du dispositif de combustion 10 dans la génératrice M.H.D. 12. La référence 36 désigne un dispositif de commande comportant une entrée 36a des signaux de commande et dev sorties 36b et 36c des signaux de commande. L'entrée 36a des signaux de commande est reliée, par l'intermédiaire de la liaison 38, à la sortie 32a des signaux du moyen 32 de détection des paramètres de combustion, tandis que les sorties 36o et 36e des signaux de commande du dispositif de commande 36 sont reliées, par l'in termédiaire des liaisons respectives 40 et 42, au moyen 16 d'alimentation en combustibles et au moyen 24 d'alimentation en mélanges détonants. Une liaison fonctionnelle 44 relie le moyen 24 d'alimentation en mélanges détonants au laser 30 On verra que, dans le cas présent, d'une pat, le laser 30, l'entrée 28 pour l'amorçage de l'explosion et la partie 34 des pruduits de combustion sont alignés suivant un même axe longitudinal À-A. De même, l'entrée 20 d'alimentation en mélanges détonants est située le long d'un axe B-B qui est perpendiculaire à l'axe A-A. Cette disposition mutuelle des axes A-A et B-B a pour résultat de déterminer un point d'intersection facile â distinguer et dont la signification apparattra ci-après. En outre, également dans le cas présent, la chambre de combustion lOa est limitée par des parois 46 et 48 en forme de paraboloides faisant face. De plus, dans l'exemple de réalisation représenté, les parois 46 et 48 en forme de paraboloi- des ont des distances focales f1 et f2 différentes, matéria- lisées respectivement par les foyers Fl et F2 ; la paroi 46 , en forme de paraboloïde, ayant la distance focale f2 la plus courte se trouve en face de la sortie 34.Comme les parois 46 et 48 en forme de paraboloSdes se faisant face sont particulièrement appropriées à la focalisation des rayons qu'elles réfléchissent, le choix de distances focales différentes fl et f2 de la manière décrite permet de projeter limage du point d1inter- section des axes A-t et B-B dans la sortie 34 des produits de combustion, comme le montre la figure 2, dont on a déjà fait remarquer la signification La génératrice M.E.D. 12 est d'une construction connue en soi. Elle comprend une tuyere de raval 50 dont une partie du diffuseur est équipée d'un système a' lentilles magnétiques 52. Les électrodes 54a et 54b, isolées par rapport à la tuyère de Laval 50, sont disposées dans un circuit électrique 56 comprenant les bobines d'excitation 58 et 60 du système de lentilles magnétiques 52, et une charge 62 Les détails de construction du nouveau système générateur de puissance M.H.D. sont représentés à la figure 2 . Le dispositif de combustion 10 comprend deus demi-coquilles 64 et 66 qui enferment la chambre de combustion lOa décrite ci-des suss Le trou 68 sert à loger un détecteur 32 mentionné en rapport avec la figure 1. L'entrée 20 des mélanges détonants comporte un homologue ayant la forme d'un trou 70 dont l'existence peut se justifier, par exemple, pour des raisons de facilité plus grande de montage. Les entrées ou trous non utilisés sont fermés, par exemple, par des obturateurs non représentés. Les références 72 et 74 désignent des vis qui permettent de fixer les demi-coquilles 64 et 66 dans leurs positions mutuelles de fonctionnement. La génératrice M.H.D. 12 est fixée au dispositif de combustion 10 par un raccord fileté repéré par la référence 76. Les électrodes 54a et 54b sont électriquement isolées du corps métallique de la génératrice M.H.D par un isolateur 78. En fonctionnement, le moyen 16 d'alimentation en col- bustibles, représenté à la figure 1, alimente la chambre de combustion lOa du dispositif de combustion 10 en combustible, par exemple de l'essence, du gazole ou du charbon pulvérisé, par l'intermédiaire du conduit 18. La quantité de combustible intro- duite et le moment de cette introduction sont réglés par le dispositif de commande 36* ensemencement du fluide de travail peut être effectué par addition au combustible d'un métal alcalin, tel que le césium ou le potassium, préalablement à ou pendant l'introduction du combustible. Be l'oxygène ou des comme burants tel que l'air peuvent également être ajoutés. Le combustible introduit dans la chambre de combustion lOa est allumé par le laser 30 A impulsions d'une manière conmue en soi et il est complètement brayé. après que la combustion complète a en lieu et qu'un signal correspondant a été transmis par le détecteur 32 au dispositif de commande 36, ce dernier déclenche le moyen 24 d'alimentation en mélanges détonants qui, par entrée 20, envoie une quantité prédéterminée de mélange détonant entre les foyers Fl et F2 . Àu même moment, le laser 30 à impulsions, qui joue maintenant le rôle de détonateur, envoie un rayon laser dans le mélange détonant qui se trouve dans la chambre de combustion TOa et, de ce fait, l'explosion est amorcée. L'explosion dans la chambre de combustion lOa produit une onde de choc dans les produits de la combustion et cette onde de choc se propage à plusieurs reprises entre les parois 46 et 48 en forme de paraboloides, comme le montrent les lignes en traits interrompus de la figure 2 ; il en résulte une forte ionisation des produits de la combustion avant m'ils ne slschap- pent, par 1' intermédiaire de la sortie 34 des produits de com bastion, dans la tuyère de Laval 50. tes produits ionisés de la combustion sortent de la chambre de combustion lOa à de très grandes vitesses d'écoulement et ils traversent le champ magnétique transversal créé par le système à lentilles magnétiques 52. Soumis à l'faction de ce champ magnétique transversal, les produits ionisés de la combustion heurtent les électrodes 54a et 54b entre lesquelles ils créent une différence de potentiel. Un courant correspondant va donc parcourir le circuit électrique 56 et alimenter la charge 62. Le dispositif de commande 36 assure la répétition pé riodique du processus 44 opérations décrit ci-dessus, ce qui a pour résultat une sorte de courant ondulé dans le circuit électrique 56. Il est clair que la présente invention permet de construire des génératrices M.H.D. qui présentent une combinaison de toutes les caractéristiques avantageuses des machines et des procédés antérieurs, sans leurs inconvénients : des combustibles bon marché peuvent être utilisés et complètement brillés Une partie considérable de l'énergie calorifique utile de ces combustibles bon marché est libérée. En même temps, afin d'ioniser, d'accélérer et de focaliser les produits de la combustion, des ondes de choc peuvent être créées au moyen de faibles quantités de mélanges détonants et, donc, à un coût relativement bas. l'es processus partiels de transformation de 1 1énergie se suivent l'un l'autre dans une succession coordonnée, ce qui signifie des conditions idéales de fonctionnement et, par conséquent, l'obtention de rendements élevés de l'crdre de 30 à 40 %, comme le montrent les calculs. La présente invention nlest pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVEN1)I CAT IONS 1. Procédé de production magnétohydrodynamique d'énergie électrique dans un système générateur de puissance M.H.D. à gaz de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend les stades de création d'ondes de choc dans les produits résultant de la combustion des combustibles ; et d'introduction de ces produits de combustion dans une génératrice M.H.D. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ondes de choc sont créées par 11allumage d'un mélange détonant introduit dans les produits de combustion. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'allumage du mélange détonant est amorcé par un rayon laser. 4. Système générateur de puissance M.H.D. , caractérisé en ce qu'il comprend une génératrice M.E.D ; un dispositif de combustion en forme dd résonateur à cavité afin de briller le combustible avec un comburant et d'introduire les produits de la combustion dans la génératrice ; une entrée d'alimentation en combustible dans le dispositif de combustion ; un moyen d'alimen- tation en combustible relié à'entrée d'alimentation en combustibles ; une entrée d' alimentation en mélanges détonants dans le dispositif de combustion ; un moyen d'alimentation en mélanges détonants relié à l'entrée d'alimentation en mélanges détonants; une entrée prévue pour l'amorçage de l'explosion dans le dispositif de combustion ; un moyen d'amorçage de l'explosion relié à l'entrée prévue pour l'amorçage de cette explosion ; une sortie prévue dans le dispositif de combustion pour l'échappement des produits de la combustion vers la génératrice ; un moyen de détection avec une sortie des signaux dans le dispositif de co- bustion pour y détecter un paramètre de combustion au moins un dispositif de commande avec une entrée des signaux de commande pour commander le moyen d'alimentation en combustibles, le moyen d'alimentation en mélanges détonants et le moyen d'amorçage de l'explosion ; la sortie des signaux du moyen de détection étant reliée a' l'entrée des signaux de commande du dispositif de commande. 5. Système suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le résonateur à cavité est limité par des parois en forme de paraboloides qui se font face. 6. Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les parois en forme de paraboloides ont des distances focales différentes et en ce que la paroi en forme de parabolo- de ayant la plus petite distance focale fait face à la sortie prévue dans le dispositif de combustion pour l'échappement des produits de la combustion vers la génératrice, et est appropriée à la projection de l'image du point d'intersection de l'axe longitudinal du dispositif de combustion et de l'axe longitudinal de l'entrée d'alimentation en mélanges détonants, dans la sortie du dispositif de combustion.