Brevet FR2526754A1 — publié le 19831118

La présente invention concerne un système de propulsion pour navires et installations flottantes. On connait différents types de moteurs hydrauliques à réaction qui fonctionnent suivant le principe de l'expul- sion d'eau ou de colonnes d'eau par expansion directe des gaz. Le développement de ces moteurs s est heurté à plusieurs difficultés dont celle de la séparation des gaz brûlés et de la vapeur d'eau crée dans la tuyère d'expansion. Dans le système décrit ci-après, cet obstacle est levé du fait que l'on utilise comme carburant et comburant l'hydrogène et l'oxygène obtenu à partir d'un électrolyseur sous pression avantageusement alimenté en courant continu par un générateur vertical à piston libre, selon le brevet n" 81.06.759 Le système comprend un ou plusieurs ensembles constitués,selon la figure I annexée,par une chambre de combustion I reliée par un tube de liaison 2 à une chambre d'expansion 3 ouverte elle-même sur une tuyère horizontale 4 débouchant à l'arrière et/ou à l'avant du navire sous la ligne de flottaison minimale. A la liaison entre la chambre d'expansion verticale et la tuyère horizontale est placé une vanne-carotte 5 à deux voies qui, actionnée par un vérin,oriente au moment opportun le flux d'eau soit vers l'arrière ou l'avant du navire, soit favorise le remplissage de la chambre à partir du flux d'eau provenant de l'avant ou de l'arriere,selon le sens du déplacement décidé. Un second schéma possible selon la figure 2 ne fait pas intervenir de vanne et la chambre d'expansion est reliée à une tuyère simple orientée soit vers l'avant, soit vers l'arrière. Dans ce cas un même ensemble moteur se trouve spécialisé dans la marche avant ou dans la marche arrière. Le remplissage de la chambre d'expansion est alors plus lent puisqu'il n'est pas favorisé par le déplacement du navire. Le fonctionnement de cette machine thermique est basé sur la combustion de 1 'hydrogène injecté sous pression (30 bars) et à 900C dans la chambre d'explosion en même temps que de l'oxygène dans l'exacte proportion H2 ~ 1/2 02 sous la même pression à la même température (injecteurs 6). Dans la chambre d'explosion se trouve préalablement introduite une certaine masse de vapeur d'eau à une tempéw rature de 1400C et à 4 bars de pression, provenant de la précédente explosion et extraite par pompage de la chambre d'explosion à la fin du cycle précédent. (injecteur 6) A une température et une pression élevée le- mélange vapeur d'eau initiale et H2 1/2 02 refoule l'eau, contenue dans la chambre d'expansion et dont le niveau avait atteint le tube de liaison en un point variable déterminé par l'enfoncement du navire. La vapeur d'eau se détend dans la chambre d'expansion en refoulant l'eau dans la tuyère. Le volume de cette chambre d'expansion est tel que le travail de refoulement étant effectué et la détente achevée jusqu T à bar 05 la chambre est presque vidée de son eau, mais la tuyère est restée pleine. A ce moment 2 soupapes d'échappement 7 mettent en relation le volume global (chambre 1 tube 2 et chambre 3) avec un condenseur sous vide d'une part et un réservoir de vapeur sous pression, cette évacuation de la vapeur a 1050C est assurée par un ensemble turbine-pompe relié donc côté turbine au condenseur s-ous vide et côté pompe au réservoir sous pression. L'eau provenant de l'extérieur du navire, soit par l'avant, soit par l'arrière, selon le schéma retenu, remplit à nouveau la chambre d'expansion jusqu'au tube de liaison. Une certaine quantité de vapeur d'eau à la pression de 1 bar et a 1000C se trouve encore dans la chambre d'ex explosion. Le cycle est achevé, le moteur et les réservoirs complémentaires sont prêts pour un nouveau cycle. Les avantages de cette boucle thermique découlent de l'utilisation de l'hydrogène et de l'oxygène sous pression. C'est tine machine à vapeur, à combustion interne. C'est grâce à cette unité du fluide moteur et du fluide généré par l'explosion que l'on peut avoir ce moteur hydraulique à réaction dans des conditions de simplicité et de rendement exceptionnelles. Un exemple non limitatif permet de se représenter ce que peut être un ensemble de 6 moteurs de ce type sur un navire de 8000 CV. Chaque moteur comprend une chambre d'explosion yerticale de 400 litres soit 1 m de haut et 72 cm de diamètre surmontant un tube de liaison de 2 m de haut et 10 cm de diamètre reliée par un cône à une chambre d'expansion de 4000 litres soit 3 m de haut et 130 cm de diamètre, elle même est reliée à la tuyère horizontale de 80 cm de diamètre débouchant à l'arrière et/ou à l'avant du navire. La durée du cycle de ce moteur est de 3 secondes environ 1 seconde pour l'explosion-expansion et 2 secondes pour le remplissage de la chambre. Pour chaque explosion on introduit 25 grammes d'hydrogène et 200 grammes d'oxygène à 30 bars et 900C., cette introduction est précédée par l'amenée dans la chambre d'une quantité de vapeur d'eau à 4 bars et 1400C. Le volume final de vapeur d'eau détendue à la pression atmosphérique et à 1000C est de 4 m3 environ. La pression in-itiale est dans ce cas de l'ordre de 75 bars dans la chambre d'explosion et la température de 5000 K environ. La vitesse d1 éjection du piston d'eau varie en fonction de la vitesse du navire soit de 12 m/s au début de l'explosion à O m/s par rapport au navire à la fin de l'expansion. La puissance générée par chaque explosion est dans ce cas de l'ordre d'un CV. Le volume d'eau déplacé est environ de 29 000 m3/heure. Le rendement de ce type de moteur hydraulique relève des lois de la thermodynamique et du rapport des vitesses d'éjection de l'eau et de celle du navire. il peut être de l'ordre de 80%. L'hydrogène et 1 'oxygène sont fournis par un électrolyseur sous pression de 8000 Kw alimenté en courant continu, par plusieurs générateurs verticaux à piston libre. Le rendement global de l'ensemble intégré, hors rendement propre de la poussée de l'eau sur le milieu environnant, peut atteindre 50%. Le système est non polluant car il n'y a pas d'émission dans l'eau de gaz ou de vapeur, ni de calories, ni de produit de combustion, ni même de bruit. L'entretien est négligeable ainsi que l'usure. l'en- semble est en acier inoxydable convenable. La condensation d'une partie de la vapeur d'eau permet d'alimenter l'elec- trolyseur en eau dont il faut rectifier la pureté. Les pertes par refroidissement sont réduites selon la valeur du calorifugeage de l'ensemble moteur-tuyère. L'énergie d'appoint fournie par un groupe indépendant alimentera complémentairement la pompe à vapeur et selon la formule choisie le mouvement de la vanne à carotte à la base de la chambre 3 REVENDICATION I -Système hydraulique de propulsion de batiment flottant,par réactions discontinues,caractérise en ce qu'il comprend fondamentalement: - un ou des ensembles propulseurs constitués par une chambre d'explosion,un canal de liaison et une chambre d'expansion alternativement remplie et vidée par l'eau du milieu baignant. - des moyens d'injection convenables de quantités convenables d'oxygène et d'hydrogéne sous pression et des moyens assurant ltexplosin si nécessaire. - des clapets ou soupapes plecés au sommet de la chambre d'explosion pour l'évacuation de la vapeur d'eau produite par la combustion. - une vanne à carotte permettant d'orienter à volonté le flux de sortie d'eau vers T l'arrière ou l'avant du navire et assuaant le remplissage rapide de la chambre d'expansion.