Brevet FR2725012A1 — publié le 19960329

La presente invention concerne un réacteur pour effectuer la reaction du Lithium avec l'eau. Cette réaction pourrait trouver une utilisation dans un moteur utilisant le lithium comme source d'énergie. On a déjà proposé par le passé des-propulseurs utilisant des reacteurs à lithium et eau, mais on a rencontré des problèmes dans l'amorçage et l'entretien de la combustion. Des chercheurs antérieurs ont essayé de surmonter ces problèmes en pulvérisant du lithium fondu dans une chambre de combustion en même temps que l'eau est injectée. Ceci introduit une complexité dans la concep- tion du moteur. La présente invention a été effectuée dans une tentative pour proposer un réacteur à lithium et eau de conception simplifiée qui ne présente pas les problèmes cités ci-dessus et qui contienne le carburant lithium dans un corps discret à l'intérieur d'une chambre de combustion. Selon la présente invention, on propose un réacteur comprenant une chambre de combustion contenant des moyens pour introduire de l'eau de l'extérieur de la chambre sur une charge de lithium dans un corps pratiquement discret à l'intérieur de la chambre de manière à provoquer sa combustion. On préfère qu'un moyen soit fourni pour amorcer la combustion du lithium. Celui-ci peut comprendre une source de chaleur telle qu'un dispositif pyrotechnique ou un allumeur compre- nant un mélange fortement réactif de lithium dans une matrice de sodium et/ou de potassium ou un oxydant solide, par exemple des cristaux de nitrate d'ammonium. La charge de lithium peut constituer un corps séparé à l'intérieur de la chambre de combustion ou peut être disposée sur la paroi intérieure de la chambre. Lorsque la charge de lithium est présente en un corps séparé, la charge peut être typiquement régénérée ou renouvelée par l'introduction de suspension de carbu- rant frais ou par extrusion dans une boîte à carburant. On préfère également qu'un système d'injection d'eau secondaire soit prévu pour produire de la vapeur d'eau à l'inté- rieur du réacteur. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la charge de lithium est disposée dans un recipient qui est convena- blement permeable de manière à permettre de retenir du lithium fondu, tout en permettant l'échappement de l'eau et des produits hydroxyde ou oxyde. La charge de lithium peut convenablement contenir de l'aluminium et/ou du magnesium sous la forme de particules ou d'un fil coulé. Ceci stabilise la charge structurellement et aide le transfert de chaleur et la production d'énergie. La présente invention sera maintenant décrite au moyen d'un exemple en référence aux dessins annexes, dans lesquels: les figures 1, 2, 3 et 4 représentent des vues en coupe schématiques de différents modes de mise en oeuvre de l'invention; et les figures 5 et 6 représentent des variantes d'un réci- pient pour une charge de lithium pour l'utilisation dans le réacteur selon les figures 1, 2, 3 et 4. Le réacteur représenté à la figure 1 comprend un corps résistant à la pression 10 définissant une chambre de combustion 12. Un orifice d'échappement 14 est prévu dans une région supé- rieure du corps 10 et un élément de base 16 est soudé dans la région inférieure du corps 10. Une boite à carburant 18 est reliée à la base 16 et sert à placer une charge de lithium à l'intérieur de la chambre 12. Un gicleur principal 20 est prévu dans la paroi du corps résistant à la pression 10 et disposé pour pulvériser de l'eau directement sur la charge de lithium dans la boite 18. Des gicleurs secondaires 26 sont prévus pour permettre une pulvérisa- tion supplémentaire d'eau à envoyer dans la chambre 12 indépen- damment de celle du gicleur 20, bien qu'il ne soit pas nécessaire que cette pulvérisation frappe la charge et elle sert simplement à diluer les produits de combustion et à produire de la vapeur d'eau. La figure 2 représente un autre mode de mise en oeuvre d'un réacteur selon l'invention. Celui-ci diffère du mode de mise en oeuvre décrit ci- dessus en ce que des orifices d'échappement 14 sont prévus dans la base 16 et les gicleurs principal et secon- daires 20, 26 sont prévus dans un corps unique 28 au-dessus de la boîte 18. D'autres gicleurs secondaires 26 sont prévus au-dessous de La boite 18 pour diluer encore les produits de combustion. Les modes de mise en oeuvre représentés dans les figures 3 et 4 correspondent à des modifications des modes de mise en oeuvre des figures 1 et 2, respectivement. Dans chaque cas, la boite 18 est reliée à un passage 30 qui permet d'introduire dans la boite 18 du carburant frais pour entretenir La combustion. Dans le cas de la figure 4, les gicleurs supplémentaires 26 sont absents, mais sinon les caractéristiques sont telles que décrites ci-dessus. Deux formes possibles de la charge de carburant sont représentées dans les figures 5 et 6. Dans la figure 5, la charge comprend une boite en acier inoxydable à parois pleines 40 ayant une ouverture 42 à son sommet. Le carburant lithium est prévu à l'intérieur de cette boite 40. A la figure 6, la boite a une struc- ture perforée renfermant le carburant lithium 46. Les perforations sont choisies de manière à permettre l'échappement de l'eau et des produits de réaction dans l'utilisation, mais à retenir le lithium dans un corps discret, même s'il est à l'état fondu ou partielle- ment fondu. La charge de carburant comprend de manière typique un corps solide de lithium qui peut être muni à sa surface d'un amorceur de combustion tel qu'un dispositif pyrotechnique. L'amor- ceur peut comprendre des particules de lithium dans une matrice de sodium et peut contenir du potassium métallique ou des cristaux de nitrate d'ammonium. La charge peut comprendre des particules de lithium dans une suspension. En outre, un stabilisant peut être introduit dans la charge de lithium, par exemple des particules d'aluminium ou un fil d'aluminium qui aident également le transfert et la production de chaleur ainsi que la stabilisation dimension- nelle de la charge. Dans les modes de mise en oeuvre des figures 3 et 4, l'utilisation de boites est inutile et la suspension de carburant est pompée directement dans la boite 18. Dans l'utilisation, l'eau est pulvérisée depuis le gicleur 20 sur la charge dans la boite 18. S'il y a un amorceur pyrotechnique, celui-ci est habituellement allumé environ 4-5 s avant le début de la pulvérisation et la combustion est amorcée. Les gaz de combustion chauds et la vapeur d'eau produits par l'action des gicleurs secondaires s'échappent par l'orifice 14 d'o ils sont utilisés de manière typique pour entraîner un moteur pour un dispositif marin tel qu'une torpille. Dans ces cas, l'eau ou l'eau de mer environnante peut être utilisée pour la réaction avec le lithium. Dans le cas des figures 3 et 4, le lithium frais est pompé dans la boite pour entretenir la réaction. En fournissant le lithium dans un corps discret, même à l'état de suspension par l'utilisation de la boite 18, on évite les problèmes associés à la pulvérisation de lithium fondu. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, le carburant est fourni sous forme d'une couche sur la face interne de la chemise de la chambre de combustion. On notera que l'on peut effectuer diverses modifications des modes de mise en oeuvre préférés décrits ci-dessus sans toute- fois s'écarter du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un réacteur comprenant une chambre de combustion (12) contenant des moyens (20, 26) pour introduire de l'eau de L'exté- rieur de la chambre sur une charge comprenant un corps discret de lithium ou un métal facilement oxydable à l'intérieur de la chambre, de manière à provoquer sa combustion. 2. Un réacteur selon la revendication 1, dans lequel est prévu un amorceur de combustion. 3. Un réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amorceur est prévu à la surface de la charge de carbu- rant. 4. Un réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amorceur est un dispositif pyrotechnique. 5. Un réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amorceur consiste en particules de lithium dans une matrice de sodium ou de potassium ou consiste en cristaux de nitrate d'ammonium. 6. Un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge de lithium est fournie sous forme d'un revêtement sur la paroi intérieure de la chambre. 7. Un réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens supplémentaires sont fournis pour introduire de l'eau dans la chambre. 8. Un réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et 7, caractérisé en ce que le lithium est fourni dans un récipient perméable qui permet la sortie de l'eau et des produits de réaction, tout en retenant tout lithium fondu. 9. Un réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour introduire du lithium frais dans la chambre pendant la combustion. 10. Un réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lithium est introduit dans une suspension liquide qui est soit réactive, soit inerte. 11. Un réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge de lithium contient également de l'aluminium sous la forme de particules ou d'un fit. 12. Moteur caractérisé en ce qu'il contient un réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes.