Brevet FR2915557A1 — publié le 20081031

La présente invention a pour objet la production d'un flux gazeux caloporteur sous pression à forte dominante vapeur d'eau et à haut potentiel énergétique à partir d'un réacteur spécifique (1) qui intègre un échangeur de température (2), connu en soi, tel que celui décrit et revendiqué dans les Brevets Français 04.2298 et 05.8947 Le dit échangeur, fortement sollicité thermiquement, est réalisé en céramique réfractaire tel que l'alumine dont la température de service est de l'ordre de 1700 C. Il est constitué d'un assemblage de cloisons parallèles (3) régulièrement espacées les unes des autres afin de former autant de passages intercalaires (4) parcourus par le flux caloporteur émis à partir de la chambre de combustion (5) du réacteur tandis qu'à contre-courant l'air comburant, admis sous pression, emprunte les nombreux canaux (6), de petite section, percés dans le plan médian de chaque cloison afin d'y être porté à température élevée (800 à 1000 C par exemple) avant d'être pulsé dans la chambre de combustion du réacteur par les injecteurs (7) à l'encontre du combustible émis par pulvérisation (8). L'importance de l'échange de température entre le flux caloporteur et le comburant dépend de la longueur des canaux et donc de la hauteur des cloisons. Le réacteur, objet de l'invention, est caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enceinte (9) capable de résister à sa pression de fonctionnement, enceinte doublée d'un revêtement isolant et réfractaire (10) contenant la chambre de combustion (5) et le dit échangeur (2) dans lequel elle débouche, enceinte dont la seule issue (11) est celle empruntée par le flux caloporteur s'écoulant à la dite pression établie à l'échappement. L'air de combustion est fourni à l'échangeur par les deux canalisations (12) et (13), cette dernière étant représentée en coupe partielle pour montrer les entrées d'air individuelles de chaque cloison (14) ainsi que deux des nombreux canaux (6) empruntés pour émettre le comburant préchauffé par les injecteurs (7) à l'encontre du combustible issu du pulvérisateur (15). Le procédé, établissant sous pression à partir d'un réacteur spécifique un flux caloporteur à dominante vapeur d'eau, est caractérisé en ce qu'essentiellement et initialement formé de deux phases liquides associées, une mixture (émulsion ou solution) est formée , l'une étant le combustible tandis que l'autre est l'eau devant constituer la dominante vapeur du dit flux à établir, mixture introduite à l'intérieur de la chambre de combustion du réacteur par pulvérisation (8) à l'encontre d'une pluralité de jets (7) de comburants fortement préchauffés provenant de l'échangeur (2) afin d'établir par ignition à haute température le dit flux qui en traversant le dit échangeur, échauffe le dit comburant avant d'être expulsé sous pression en traversant l'issue (11) du dit réacteur. De pouvoir calorifique égal ou supérieur à 6000Kcal/Kg, l'invention se caractérise en ce que le carburant liquide (essentiellement huiles végétales, animales et fossiles) et le comburant destinés à approvisionner le réacteur, approvisionnent le réacteur sous une pression supérieure à celle déterminée pour son fonctionnement. Si par hypothèse étaient admis dans la chambre de combustion du réacteur et ceci en proportion et conditions adéquates, le comburant préchauffé à 1000 C et le combustible (représentant 8000Kcal/Kg de pouvoir calorifique) afin d'y être brûlés, la température de combustion dépasserait celle aboutissant à la fusion (2000 C) du dit échangeur réalisé en alumine ! Selon l'invention l'eau entre de façon déterminante dans l'élaboration du flux caloporteur et nombreuses sont mises en oeuvre ses propriétés particulières : - Elle abaisse, en proportion de sa présence, le pouvoir calorifique moyen de la mixture. - Dès que soumise à l'intense température régnant dans la dite chambre, elle est transformée en vapeur sèche laquelle est inerte du point de vue de la combustion au même titre que l'azote contenue dans le comburant. - Portée ensuite à plus de 800 C en présence de carbone elle est partiellement dissociée de telle sorte : - que ses éléments constitutifs participent au crackage des molécules les plus lourdes présentes lors de la combustion. Nb. C'est l'explication de l'absence de fumées à l'issue du réacteur. - que l'endothermie accompagnant cette dissociation partielle (1750 Kcal/Kg) provoque un ralentissement de l'élévation de la température de combustion bien que l'énergie fournie continue de croître, et en corollaire s'établit une accumulation de cette énergie qui sera récupérée ultérieurement sous forme de post-combustion en aval du dit réacteur. Nb. La récupération des énergies mises en oeuvre lors de ces différentes interventions de l'eau n'affecte pas le bilan énergétique de la combustion qui les a généré. Avec un potentiel de l'ordre de 8000 Kcal/Kg appartenant à la phase combustible de la mixture on dispose d'un grand éventail de possibilités quant aux propriétés du flux caloporteur émis par le réacteur. Dans cette perspective, il existe deux moyens d'action : Sur la teneur en eau de la mixture qui conditionne son pouvoir calorifique moyen. Sur la hauteur des canaux (6) et donc des cloisons de l'échangeur laquelle conditionne à la fois la température à laquelle pourra être élevée le comburant et aussi celle des cloisons dont la température dépend du taux de l'échange réalisé. Les deux limites extrêmes de l'éventail des possibilités : 1) pour un flux dont la haute température (1700 C) constitue le potentiel énergétique à convertir par transfert thermique. (production de vapeur par une chaudière) a) la hauteur de l'échangeur est à limiter à l'obtention de la combustion complète de la phase combustible de la mixture tout en fixant ainsi la température des dites cloisons, ce qui a pour conséquence la possibilité d'augmenter celle établie dans la chambre de combustion. b) la teneur en eau de la mixture est fixée de telle façon que la température du 15 flux s'établisse aux environs de 1700 C. Nb. Dans ces conditions le potentiel énergétique du dit flux est enrichi par l'accumulation sous forme d'une certaine quantité d'eau dissociée, accumulation restituée par post-combustion le réalisant en aval du réacteur. 2) pour un flux à pression élevée et à température moyenne (800 C par exemple) à 20 convertir en énergie motrice. a) la grande hauteur des cloisons de l'échangeur permettra d'élever la température du comburant à un niveau proche de celle obtenue lors de la combustion dans la dite chambre. b) la teneur en eau dans la mixture sera proche de la limite à laquelle la 25 combustion complète de la phase combustible restera possible. (supérieure au 3/4 de la dite mixture) La mise en fonction du réacteur est effectuée à l'aide de propane utilisé comme combustible en remplacement momentané de la mixture., tandis que l'air de combustion passe par le dit échangeur qui, froid au moment de l'allumage, s'échauffe 30 progressivement jusqu'à ce que soit atteinte la température de fonctionnement du dit réacteur. 5 1G15 A.fin d'agir sur le grand éventail des propriétés du flux caloporteur à préparer à l'aide dudit réacteur, on choisit : l'étendue des surfaces actives dudit échangeur (2) de température, ce choix conditionnant à la fois la température de l'échangeur lui-même et du comburant qui le traverse, la teneur en eau de ladite mixture, ce choix permettant de déterminer la température que peut atteindre ledit flux en cours d'élaboration dans la chambre de combustion (5) du réacteur, ces choix étant caractérisés en ce que : pour l'obtention d'un flux caloporteur à haute température et à haut potentiel énergétique, enrichi par l'accumulation d'une certaine quantité d'eau dissociée, sont conjugués, la limitation de ladite surface d'échange concernant la température du comburant, et la réduction de la teneur en eau de la mixture fixant la température de service dudit échangeur, pour l'obtention d'un ffux caloporteur à température moyenne mais à pression et débit élavés, sont conjugués, l'extension de la surface active de l'échangeur (2) concernant sa haute élévation de température ainsi que celle du comburant, avec la forte teneur en eau de la mixture, en vue d'obtenir un flux caloporteur fortement expansé. REVENDICATIONS 1 û Un réacteur, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enceinte (9) capable de résister à sa pression de fonctionnement, enceinte doublée d'un revêtement isolant et réfractaire (10) contenant une chambre de combustion (5) et un échangeur (2) dans lequel elle débouche, enceinte dont la seule issue (11) est celle empruntée par le flux caloporteur s'écoulant à ladite pression. 2 û Un procédé établissant un flux caloporteur à dominante vapeur d'eau sous pression à partir du réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'essentiellement et initialement formée de deux phases liquides associées, une mixture (émulsion ou solution), l'une étant le combustible tandis que l'autre est l'eau devant constituer la dominante vapeur dudit flux à former, cette mixture est introduite à l'intérieur de la chambre de combustion du réacteur par pulvérisation (8) à l'encontre d'une pluralité de jets (7) de comburant fortement préchauffés provenant de l'échangeur de température (2) afin d'établir par ignition à haute température ledit flux, qui en traversant ledit échangeur échauffe ledit comburant avant d'être expulsé sous pression en traversant l'issue (11) dudit réacteur. 3 û Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le carburant liquide, de pouvoir égal ou supérieur à 6000KcallKg (essentiellement huiles végétales, animales et fossiles), et le comburant destinés à approvisionner le réacteur, approvisionnent ledit réacteur sous une pression supérieure à celle déterminée pour son fonctionnement. 4 û Un procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'afin d'agir sur le grand éventail des propriétés du flux caloporteur à préparer à l'aide dudit réacteur, on choisit : l'étendue des surfaces actives dudit échangeur (2) de température, ce choix conditionnant à la fois la température de l'échangeur lui-même et du comburant qui le traverse, la teneur en eau de ladite mixture, ce choix permettant de déterminer la température que peut atteindre ledit flux en cours d'élaboration dans la chambre de combustion (5) du réacteur, ces choix étant caractérisés en ce que : pour l'obtention d'un flux caloporteur à haute température et à haut potentiel énergétique, enrichi par l'accumulation d'une certaine quantité d'eau dissociée, sont conjugués, la limitation de ladite surface d'échange concernant la température du comburant, et la réduction de la teneur en eau de la mixture fixant la température de service dudit échangeur, pour l'obtention d'un flux caloporteur à température moyenne mais à pression et débit élevés, sont conjugués, l'extension de la surface active de l'échangeur (2) concernant sa haute élévation de température ainsi que celle du comburant, avec la forte teneur en eau de la mixture, en vue d'obtenir un flux caloporteur fortement expansé.