CA3233988A1

CA3233988A1 - Device for injecting dihydrogen and air

Info

Publication number: CA3233988A1
Application number: CA3233988A
Authority: CA
Inventors: Stephane Raphael Yves RICHARD; Christophe Nicolas Henri Viguier; Sylvain MARRAGOU; Thierry Schuller
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Safran Helicopter Engines SAS; Universite Toulouse III Paul Sabatier
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Safran Helicopter Engines SAS; Universite Toulouse III Paul Sabatier
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2023057722A1

Abstract

The invention relates to a dihydrogen injection device (2) having a longitudinal axis (X), intended to be mounted on an annular base of an annular combustion chamber (4) of a turbomachine, comprising an inner channel (6) for circulating dihydrogen, and an annular outer channel (8) for circulating a mixture at least comprising air, the inner channel (6) and the annular outer channel (8) being coaxial, an inner swirler (14) being provided in the inner channel (6) and an outer swirler (28) being provided in the annular outer channel (8), a downstream end (16) of the inner channel (6) being arranged upstream, at a distance r, from a downstream end (24) of the annular outer channel (8). Such combustion of dihydrogen makes it possible to eliminate carbon-containing polluting emissions such as carbon monoxide, unburned hydrocarbons or fine particles and smoke particles.

Description

WO 2023/05772 WO 2023/05772

2 Description Titre : Dispositif d'injection de dihydrogène et d'air Domaine technique [0001] Le présent document concerne les turbomachines dont la chambre de combustion est alimentée par des injections séparées de dihydrogène et d'air.
Technique antérieure [0002] Le secteur aéronautique fait face à de grands enjeux environnementaux.
L'intérêt d'avoir recours à une combustion utilisant du dihydrogène plutôt qu'à l'emploi de kérosène est de plus en plus fort car cette combustion de dihydrogène permettrait d'éviter les émissions de gaz carbonique (CO2) et les polluants carbonés tels que du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés ou encore des particules fines et fumées. 2 Description Title: Dihydrogen and air injection device Technical area [0001] This document concerns turbomachines whose chamber combustion is powered by separate injections of hydrogen and air.
Prior art [0002] The aeronautics sector faces major environmental challenges.
The interest to resort to combustion using dihydrogen rather than using kerosene is increasingly stronger because this combustion of dihydrogen would allow to avoid the carbon dioxide (CO2) emissions and carbon pollutants such as monoxide carbon, unburned hydrocarbons or even fine and smoked particles.

[0003] II est connu un principe de brûleurs à micro-mélange d'air et de dihydrogène.
Cependant, de tels brûleurs ne garantissent pas la tenue thermique d'une paroi percée ou l'absence de retour de flamme dans le dispositif d'injection de dihydrogène.
Ces brûleurs possèdent également un système de géométrie complexe. De tels brûleurs présentent un coût de réalisation important, une perte de charge élevée et ces brûleurs sont spécifiques à une architecture de chambre de combustion donnée. [0003] A principle of micro-mixture burners of air and dihydrogen.
However, such burners do not guarantee the thermal resistance of a wall breakthrough or the absence of flame flashback in the dihydrogen injection device.
These burners also have a complex geometry system. Such burners present a significant production cost, high pressure loss and these burners are specific to a given combustion chamber architecture.

[0004] En effet, la combustion de dihydrogène engendre différentes problématiques. Ainsi, des risques de remontée de flamme dans le dispositif d'injection peuvent arriver pour des systèmes opérant avec des mélanges de dihydrogène et d'air. Cela peut endommager la chambre de combustion et poser de sérieux problèmes de sécurité. Enfin, la combustion de dihydrogène génère des charges thermiques élevées vers des parois de cette chambre de combustion, ce qui tend à en réduire la durée de vie. De fortes températures de gaz et d'émissions d'oxydes d'azote sont produites. Ces températures de gaz et d'émissions d'oxydes d'azote sont supérieures à celles produites par des flammes de kérosène, à
richesse équivalente. Cela est, d'ailleurs, difficilement compatible avec les normes actuelles.
Résumé [0004] Indeed, the combustion of dihydrogen generates different problematic. So, risks of flame rising in the injection device may arrive for systems operating with mixtures of dihydrogen and air. It may damage the combustion chamber and pose serious safety problems. Finally, the combustion of dihydrogen generates high thermal loads towards the walls of this bedroom combustion, which tends to reduce its lifespan. Strong gas temperatures and nitrogen oxide emissions are produced. These gas temperatures and emissions of nitrogen oxides are greater than those produced by flames of kerosene, equivalent wealth. This is, moreover, hardly compatible with the current standards.
Summary

[0005] Le présent document concerne un dispositif d'injection de dihydrogène d'axe longitudinal destiné à être monté sur un fond annulaire d'une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine comprenant un canal interne de circulation de dihydrogène et un canal annulaire externe de circulation d'un mélange comprenant au moins de l'air, le canal interne et le canal annulaire externe étant coaxiaux, une vrille interne étant logée dans le canal interne et une vrille externe étant logée dans le canal annulaire externe, et dans lequel une extrémité aval du canal interne est agencée en amont, à une distance r, d'une extrémité aval du canal annulaire externe. [0005] This document concerns a dihydrogen injection device axis longitudinal intended to be mounted on an annular bottom of a chamber ring of combustion of a turbomachine comprising an internal circulation channel of dihydrogen and an external annular channel for circulating a mixture comprising at least air, the internal canal and the external annular canal being coaxial, an internal twist being housed in the internal canal and an external tendril being housed in the canal external annular, and in which a downstream end of the internal channel is arranged upstream, at a distance r, of a downstream end of the external annular channel.

[0006] Ce dispositif permet de produire une flamme dihydrogène/air utilisable dans des turbomachines qui permet à la fois de produire de bas niveaux d'émissions d'oxydes d'azote, une charge thermique réduite sur la chambre de combustion et l'injecteur ainsi que de supprimer les risques de remontée de flamme. Par ailleurs cet injecteur a la particularité
d'être à la fois simple à produire et facilement adaptable aux turbomachines existantes fonctionnant au kérosène. [0006] This device makes it possible to produce a usable dihydrogen/air flame in turbomachines which allows both to produce low levels of emissions of oxides nitrogen, a reduced thermal load on the combustion chamber and the injector as well as to eliminate the risk of flames rising. Furthermore this injector has the particularity to be both simple to produce and easily adaptable to turbomachines existing powered by kerosene.

[0007] De manière générale, une vrille permet de mettre en rotation un flux.
L'intégration d'une vrille interne au canal interne permet de créer une zone de recirculation d'un écoulement de dihydrogène traversant ledit canal interne et évitant que la combustion du mélange air et dihydrogène ne vienne se stabiliser sur l'extrémité aval du canal interne. Par zone de recirculation, on entend une zone générant un effet de centrifugation avec une dépression à l'intérieur capable de produire une composante de vitesse axiale de l'écoulement en moyenne négative par rapport à une direction principale de l'écoulement.
Cette zone de recirculation est similaire à celle générée à l'intérieur d'un tourbillon dans lequel de l'air est aspiré. La zone de recirculation interne bloque une partie de l'écoulement de dihydrogène le long de l'axe longitudinal dudit canal interne générant dans une section de sortie de ce canal interne des survitesses importantes à proximité des parois du canal interne par rapport à un écoulement avec une vitesse débitante axiale uniforme. La mise en rotation du dihydrogène du canal interne permet d'éviter d'accrocher la flamme sur les extrémités aval du canal interne en la stabilisant aérodynamiquement au-dessus du canal interne. L'extrémité aval du canal interne étant agencée en amont à une distance r, cela évite d'autant plus que la flamme ne s'accroche sur les lèvres du canal interne. Cette mise en rotation du dihydrogène du canal interne évite la mise en place d'un dispositif de refroidissement complexe du dispositif d'injection de dihydrogène. Ainsi, le coût et la masse du dispositif d'injection de dihydrogène sont améliorés. Ce dispositif d'injection de dihydrogène produit des pertes de charges limitées par rapport à d'autres dispositifs d'injection liquide utilisant du kérosène comme dans l'art antérieur. Ce dispositif d'injection de dihydrogène présente une géométrie simple, un faible coût de réalisation et s'adapte sur les architectures de chambre de combustion existantes. [0007] Generally speaking, a tendril makes it possible to rotate a flow.
The integration of an internal twist to the internal channel makes it possible to create a zone of recirculation of a flow of dihydrogen passing through said internal channel and preventing the combustion of air and dihydrogen mixture does not stabilize at the downstream end of the internal channel. By recirculation zone, we mean a zone generating a centrifugation effect with a vacuum inside capable of producing an axial velocity component of the flow on average negative with respect to a principal direction of the flow.
This recirculation zone is similar to that generated inside a whirlwind in which air is sucked in. The internal recirculation zone blocks part of the flow of dihydrogen along the longitudinal axis of said internal channel generating in a section output of this internal channel of significant overspeeds near the canal walls internal compared to a flow with an axial flow velocity uniform. Setting in rotation of the dihydrogen of the internal channel makes it possible to avoid hanging the flame on the downstream ends of the internal channel by stabilizing it aerodynamically above of the channel internal. The downstream end of the internal channel being arranged upstream at a distance r, this further prevents the flame from sticking to the lips of the channel internal. This bet in rotation of the dihydrogen of the internal channel avoids the establishment of a device complex cooling of the dihydrogen injection device. Thus, the cost and mass of the dihydrogen injection device are improved. These measures injection dihydrogen produces limited pressure losses compared to others devices liquid injection using kerosene as in the prior art. This injection device of dihydrogen has a simple geometry, a low production cost and fits on existing combustion chamber architectures.

[0008] Cette stabilisation de la flamme à distance facilite un mélange partiel entre le mélange contenant au moins de l'air avec le dihydrogène sortant du canal interne, en amont de la flamme, et en évitant tout risque de remontée de flamme dans ledit canal interne et le canal externe, aussi appelé flash back en anglais. Cela permet d'aboutir à
une combustion appauvrie en dihydrogène dans la chambre de combustion. Ce dispositif tend ainsi à réduire très fortement les températures de combustion et des oxydes d'azote émis. Cela garantit une intégrité d'un foyer de combustion. [0008] This remote stabilization of the flame facilitates partial mixing between the mixture containing at least air with the dihydrogen leaving the channel internal, in upstream of the flame, and avoiding any risk of the flame rising in said channel internal and the external channel, also called flash back in English. That allows to achieve combustion depleted of dihydrogen in the combustion chamber. This device thus tends to very significantly reduce combustion temperatures and nitrogen oxides issued. This guarantees the integrity of a combustion chamber.

[0009] Le positionnement de l'extrémité aval du canal interne en amont de l'extrémité aval du canal annulaire, distance notée r sur la figure 2, externe remplit deux fonctions. Il permet d'optimiser le mélange entre le dihydrogène et l'air. Il permet aussi d'élargir le domaine de fonctionnement où la flamme est détachée en reculant la zone d'introduction centrale de dihydrogène par rapport à la zone de stabilisation aérodynamique de la flamme. [0009] The positioning of the downstream end of the internal channel upstream of the downstream end of the annular canal, distance noted r in Figure 2, external fills two functions. It allows to optimize the mixing between dihydrogen and air. It also allows to broaden the scope of operation where the flame is detached by moving back the introduction zone central of dihydrogen relative to the aerodynamic stabilization zone of the flame.

[0010] Le canal interne peut être un canal central tubulaire. The internal channel can be a central tubular channel.

[0011] Au moins la vrille interne du canal interne peut présenter une forme hélicoïdale. [0011] At least the internal twist of the internal channel can have a shape helical.

[0012] Cette forme hélicoïdale permet d'améliorer l'aérodynamisme de l'écoulement de dihydrogène traversant la vrille interne. [0012] This helical shape makes it possible to improve the aerodynamics of the flow of dihydrogen passing through the internal spin.

[0013] La vrille interne peut être agencée selon l'axe longitudinal en aval de la vrille externe. [0013] The internal spindle can be arranged along the longitudinal axis downstream of the external tendril.

[0014] Un taux de rotation S généré par la vrille interne du canal interne, défini comme un rapport entre une vitesse tangentielle et une vitesse débitante selon l'axe longitudinal d'un écoulement de dihydrogène en sortie de la vrille interne, peut être égal ou supérieur à 0,6. [0014] A rotation rate S generated by the internal spin of the internal channel, defined as a relationship between a tangential speed and a flow speed along the axis longitudinal of a flow of dihydrogen at the outlet of the internal spin, can be equal or greater than 0.6.

[0015] Ces valeurs du taux de rotation S qui est un nombre sans dimensions permettent d'obtenir des flammes ayant un mouvement de rotation par rapport à l'axe longitudinal qui sont décrochées du canal interne. [0015] These values of the rotation rate S which is a dimensionless number allow to obtain flames having a rotational movement relative to the axis longitudinal which are detached from the internal channel.

[0016] La vrille interne du canal interne peut être agencée en amont, à une distance /, de l'extrémité aval du canal interne. [0016] The internal spindle of the internal channel can be arranged upstream, at a distance /, from the downstream end of the internal channel.

[0017] Le canal interne peut avoir un diamètre interne d et le canal annulaire externe peut avoir un diamètre interne D tels qu'un rapport D/d soit compris entre 3 et 10. [0017] The internal channel can have an internal diameter d and the annular channel external can have an internal diameter D such that a D/d ratio is between 3 and 10.

[0018] Ce rapport D/d optimisé permet de fonctionner dans un régime pauvre en dihydrogène. [0018] This optimized D/d ratio makes it possible to operate in a low-energy regime.
dihydrogen.

[0019] Une épaisseur d'une paroi du canal interne e est tel qu'un rapport e/d peut être compris entre 0,05 et 0,7. [0019] A thickness of a wall of the internal channel e is such that a ratio e/d maybe between 0.05 and 0.7.

[0020] Un rapport I/d peut être compris entre 1 et 3. An I/d ratio can be between 1 and 3.

[0021] La distance minimale Imin est égale à 1d de sorte qu'une zone de recirculation centrale pénètre dans le canal interne. La plage choisie pour I/d permet d'obtenir un bon compromis et un taux de rotation S suffisant pour mettre en rotation correctement la flamme. [0021] The minimum distance Imin is equal to 1d so that a zone of recirculation central enters the internal channel. The range chosen for I/d allows to get a voucher compromise and a rotation rate S sufficient to rotate the flame correctly.

[0022] La distance r peut être comprise entre 0,05D et 0,5D. The distance r can be between 0.05D and 0.5D.

[0023] II existe une valeur optimale pour la distance r qui dépend du diamètre D du canal externe. Si cette distance r est trop élevée, la zone de recirculation devient instable. La plage de valeur choisie pour r est optimisée de façon à obtenir une zone de recirculation stable. [0023] There is an optimal value for the distance r which depends on the diameter D of the channel external. If this distance r is too high, the recirculation zone becomes unstable. There value range chosen for r is optimized so as to obtain a zone of recirculation stable.

[0024] Cette distance r par rapport à l'extrémité aval du canal annulaire externe permet d'augmenter le domaine de fonctionnement où la flamme est détachée en reculant une zone d'introduction de dihydrogène par rapport à la zone de stabilisation aérodynamique de la flamme. [0024] This distance r relative to the downstream end of the annular channel external allows to increase the operating range where the flame is detached by moving back a dihydrogen introduction zone relative to the stabilization zone aerodynamic of the flame.

[0025] La vrille externe du canal annulaire externe peut être agencée au niveau d'une extrémité amont dudit canal annulaire externe, à une distance L de l'extrémité
aval du canal annulaire externe. [0025] The external twist of the external annular channel can be arranged at the level of a upstream end of said external annular channel, at a distance L from the end downstream of the canal external annular.

[0026] La distance L peut être comprise entre 1D et 5D. The distance L can be between 1D and 5D.

[0027] Le taux de rotation S peut être supérieur à 0,6, une vitesse débitante u, du dihydrogène dans le canal interne étant supérieure à une valeur critique u,, et vérifiant la relation suivante :
(Soy5. P ( Ta 1:18 uixo S) P, Où:
- P est une pression dans la chambre annulaire de combustion ;
- Ta est une température de l'air en Kelvin dans le canal externe;
- [1 compris entre 1 et 1,5 est un facteur dépendant d'un type de vrille utilisée ;
- S0=0.6, Po=1 bar, Ta0=300 K et u,,0=18 m/s. [0027] The rotation rate S can be greater than 0.6, a throughput speed u, du dihydrogen in the internal channel being greater than a critical value u,, and checking the following relationship:
(Soy5. P ( Ta 1:18 uixo S) P, Or:
- P is a pressure in the annular combustion chamber ;
- Ta is an air temperature in Kelvin in the external channel;
- [1 between 1 and 1.5 is a factor depending on a type of spin used;
- S0=0.6, Po=1 bar, Ta0=300 K and u,,0=18 m/s.

[0028] Cette valeur critique u,õ permet d'assurer que la flamme formée en sortie du dispositif d'injection soit détachée des extrémités avals du canal interne pour une large plage de fonctionnement moteur. [0028] This critical value u, õ ensures that the flame formed in exit from injection device is detached from the downstream ends of the internal channel for a wide engine operating range.

[0029] Le mélange peut être de l'air. The mixture may be air.

[0030] Le présent document concerne un ensemble comprenant le dispositif du type précité, dans lequel le canal interne, relié fluidiquement à des moyens d'alimentation en dihydrogène, comporte la vrille interne configurée pour mettre en rotation ledit dihydrogène, et le canal annulaire externe, relié fluidiquement à des moyens d'alimentation en air, comporte la vrille externe configurée pour mettre en rotation ledit air.
Brève description des dessins [0030] This document concerns an assembly comprising the device of the aforementioned type, in which the internal channel, fluidly connected to supply means in dihydrogen, has the internal spinner configured to rotate said dihydrogen, and the external annular channel, fluidly connected to supply means in air, comprises the external spinner configured to rotate said air.
Brief description of the drawings

[0031] D'autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1 [0031] Other characteristics, details and advantages will appear later.
reading the detailed description below, and analysis of the attached drawings, on which :
Fig. 1

[0032] [Fig. 1] montre une turbomachine comprenant un dispositif d'injection de dihydrogène agencé dans un fond annulaire d'une chambre annulaire de combustion selon trois configurations.
Fig. 2 [0032] [Fig. 1] shows a turbomachine comprising an injection device of dihydrogen arranged in an annular bottom of an annular chamber of combustion according to three configurations.
Fig. 2

[0033] [Fig. 2] montre le dispositif d'injection de dihydrogène, selon l'invention.
Fig. 3 [0033] [Fig. 2] shows the dihydrogen injection device, according to the invention.
Fig. 3

[0034] [Fig. 3] montre schématiquement une formation d'une zone de recirculation qui pénètre le dispositif d'injection de dihydrogène et une flamme en sortie du dispositif d'injection de dihydrogène.
Fig. 4 [0034] [Fig. 3] schematically shows a formation of a zone of recirculation which penetrates the dihydrogen injection device and a flame exits the device dihydrogen injection.
Fig. 4

[0035] [Fig. 4] montre une pluralité de configurations possibles (figures. A, B, C, D, E, F, G, H) de canal interne, selon l'invention.
Fig. 5 [0035] [Fig. 4] shows a plurality of possible configurations (figures. A, B, C, D, E, F, G, H) internal channel, according to the invention.
Fig. 5

[0036] [Fig. 5] montre une pluralité de configurations possibles (figures. A, B, C, D, E) d'extrémité aval de canal annulaire externe, selon l'invention.
Description détaillée [0036] [Fig. 5] shows a plurality of possible configurations (figures. A, B, C, D, E) downstream end of external annular channel, according to the invention.
detailed description

[0037] Le présent document concerne un dispositif d'injection de dihydrogène 2 destiné à
être monté sur un fond annulaire d'une chambre annulaire de combustion 4 d'une turbomachine. Ce dispositif d'injection de dihydrogène 2 est employé dans une configuration de combustion pauvre en dihydrogène telle que les températures de flammes et la formation d'oxyde d'azote sont réduites. On dit que le dispositif d'injection est pauvre, quand il y a du dioxygène en excès par rapport à une combustion se déroulant à
la stoechiométrie entre du dihydrogène et de l'air et que le système d'injection est riche quand on a du dihydrogène en excès par rapport à cette combustion à la stoechiométrie. La combustion à la stoechiométrie étant définie comme celle pour laquelle on a le bon nombre d'atomes d'hydrogène et d'oxygène nécessaires pour consommer tout le combustible et qu'il ne reste plus que de l'eau dans les produits de combustion. C'est dans le contexte de combustion pauvre en dihydrogène que se place la présente invention. [0037] This document concerns a dihydrogen injection device 2 intended for be mounted on an annular bottom of an annular combustion chamber 4 of a turbomachine. This dihydrogen 2 injection device is used in a low dihydrogen combustion configuration such as temperatures of flames and the formation of nitrogen oxide are reduced. It is said that the device injection is poor, when there is excess dioxygen compared to combustion taking place at there stoichiometry between dihydrogen and air and that the injection system is rich when we have excess dihydrogen compared to this combustion at the stoichiometry. There combustion at stoichiometry being defined as that for which we have the good number of hydrogen and oxygen atoms needed to consume all the fuel and that only water remains in the combustion products. It's in the context of combustion poor in dihydrogen which is the place of the present invention.

[0038] Comme illustré en figure 1, trois implantations dudit dispositif d'injection de dihydrogène 2 sont possibles en fonction de l'orientation du fond annulaire de la chambre annulaire de combustion 4 : soit la chambre de combustion est orientée sensiblement selon un axe longitudinal, avec le fond de chambre situé vers l'avant du moteur appelé chambre directe ou avec le fond de chambre situé vers l'arrière du moteur appelé
chambre à flux inversé comme illustré sur la figure 1, soit la chambre de combustion est transverse audit axe longitudinal X. Dans tous les cas, le dispositif d'injection de dihydrogène 2 est implanté
entre le compresseur et la turbine haute pression, sur le fond annulaire de la chambre annulaire de combustion 4 ou sur une virole externe. [0038] As illustrated in Figure 1, three implementations of said device injection dihydrogen 2 are possible depending on the orientation of the annular bottom of bedroom annular combustion 4: either the combustion chamber is oriented substantially according to a longitudinal axis, with the bottom of the chamber located towards the front of the engine called room direct or with the bottom of the chamber located towards the rear of the engine called flow chamber inverted as illustrated in Figure 1, either the combustion chamber is transversal audit longitudinal axis dihydrogen 2 is implanted between the compressor and the high pressure turbine, on the annular bottom of the bedroom annular combustion ring 4 or on an external shell.

[0039] Comme illustré en figure 2, ledit dispositif d'injection de dihydrogène comprend un canal interne 6 et un canal annulaire externe 8. Le canal interne 6 et le canal annulaire externe 8 sont coaxiaux. [0039] As illustrated in Figure 2, said dihydrogen injection device includes a internal channel 6 and an external annular channel 8. The internal channel 6 and the annular canal external 8 are coaxial.

[0040] Un premier gaz est injecté depuis une entrée 10 située à une extrémité
amont du canal interne 6. Ce premier gaz est du dihydrogène 12. Le canal interne 6 comporte un diamètre interne d. Le choix du diamètre interne d du canal dépend d'une puissance thermique souhaitée. Une épaisseur d'une paroi du canal interne e correspond à
la moitié
de la différence d'un diamètre externe du canal interne et d'un diamètre interne du canal interne d. Un rapport e/d est compris entre 0,05 et 0,7. [0040] A first gas is injected from an inlet 10 located at one end upstream of internal channel 6. This first gas is dihydrogen 12. Internal channel 6 includes a internal diameter d. The choice of the internal diameter d of the channel depends on a power desired thermal. A thickness of a wall of the internal channel e corresponds to half of the difference of an external diameter of the internal channel and a diameter internal channel internal d. An e/d ratio is between 0.05 and 0.7.

[0041] Ce canal interne 6 comporte une vrille interne 14 configurée pour mettre en rotation un écoulement de dihydrogène 12 autour d'un axe longitudinal X. Ladite vrille interne 14 du canal interne 6 est agencée à une distance / d'une extrémité aval 16 du canal interne. La distance / entre l'extrémité aval 16 du canal interne 6 et une extrémité aval 18 de la vrille interne 14 est comprise entre 1d et 5d. Comme illustré en figure 3, un espace est ainsi laissé entre la vrille interne 14 et l'extrémité aval 18 du canal interne 6 pour qu'une zone de recirculation 20 centrale puisse s'installer. La zone de recirculation est une région autour de l'axe longitudinal X du dispositif d'injection où une composante axiale de l'écoulement est en moyenne négative par rapport à une direction principale de l'écoulement. Cette zone de recirculation 20 est générée par une dépression créée à l'intérieur du mouvement de rotation de l'écoulement. Cette dépression est due à l'effet de centrifugation induit par cette rotation de l'écoulement. La zone de recirculation 20 est similaire à celle générée à
l'intérieur d'un tourbillon dans lequel de l'air est aspiré. Dans le présent document, la zone de recirculation 20 est configurée pour pénétrer à l'intérieur du canal interne venant bloquer une partie de la section de l'extrémité aval 16 du canal interne 6 et produisant une accélération de l'écoulement en périphérie. Cela repousse une flamme 22 formée à la sortie du dispositif d'injection et la met en rotation. [0041] This internal channel 6 includes an internal twist 14 configured to to rotate a flow of dihydrogen 12 around a longitudinal axis internal 14 of internal channel 6 is arranged at a distance / from a downstream end 16 of the channel internal. There distance / between the downstream end 16 of the internal channel 6 and a downstream end 18 of the spin internal 14 is between 1d and 5d. As illustrated in Figure 3, a space is so left between the internal twist 14 and the downstream end 18 of the internal channel 6 so that an area of central recirculation 20 can be installed. The recirculation zone is a region around of the longitudinal axis X of the injection device where an axial component of the flow is on average negative with respect to a main direction of the flow. This zone recirculation 20 is generated by a depression created inside the movement of rotation of the flow. This depression is due to the centrifugation effect induced by this rotation of the flow. The recirculation zone 20 is similar to that generated at inside a vortex into which air is sucked. In the present document, area recirculation 20 is configured to penetrate inside the channel internal blocking part of the section of the downstream end 16 of the internal channel 6 and producing a acceleration of flow at the periphery. This repels a flame 22 formed to the output of the injection device and turns it.

[0042] La vrille interne 14 peut, par exemple, comporter une pièce hélicoïdale avec un pas d'hélice adapté. Ce pas d'hélice est configure pour définir un positionnement de la flamme 22 à la sortie du dispositif d'injection 2, pour minimiser les émissions polluantes et définir une thermique du dispositif d'injection. Cette pièce hélicoïdale met en rotation l'écoulement de dihydrogène avec un taux de rotation caractérisé par un nombre sans dimension S. Ce taux de rotation S est défini comme un rapport d'un moment cinétique rapporté
au produit d'un rayon du canal multiplié par une impulsion de l'écoulement de dihydrogène 12 mis en rotation, selon la formule suivante :
.3 , 2 - -Go d Gz où Go est le moment cinétique de l'écoulement selon une direction axiale, Gz est l'impulsion de l'écoulement selon la direction axiale et d le diamètre du canal. On utilise en général des expressions approchées pour estimer Go et G, basées sur les vitesses tangentielle et axiale de l'écoulement mis en rotation dans le canal. Dans ce cas S correspond au rapport d'une vitesse tangentielle divisé par une vitesse axiale. La vitesse tangentielle correspond à une composante de rotation de la vitesse par rapport à l'axe d'injection. [0042] The internal spindle 14 can, for example, include a helical part with a step suitable propeller. This propeller pitch is configured to define a positioning of the flame 22 at the outlet of injection device 2, to minimize emissions pollutants and define a thermal of the injection device. This helical part highlights rotation flow of dihydrogen with a rotation rate characterized by a number without dimension S. This rotation rate S is defined as a ratio of a reported angular momentum to the product of a channel radius multiplied by a pulse of the dihydrogen flow 12 put in rotation, according to the following formula:
.3 , 2 - -Go d Gz where Go is the angular momentum of the flow in an axial direction, Gz is the impulse of the flow in the axial direction and the diameter of the channel. We generally uses approximate expressions to estimate Go and G, based on speeds tangential and axial of the flow rotated in the channel. In this case S corresponds to report of a tangential speed divided by an axial speed. Tangential speed corresponds to a rotational component of the speed relative to the injection axis.

[0043] Un taux de blocage de l'écoulement de dihydrogène 12 dans le canal interne 6 est établi de sorte à être suffisamment élevé pour repousser la flamme 22 se formant à une extrémité aval 24 du canal annulaire externe 8. Le taux de blocage représente un ratio entre une section occupée par la zone de recirculation 20 remontant à l'intérieur du dispositif d'injection de dihydrogène 12 au niveau de l'extrémité aval 16 du canal interne 6 par rapport à une section de passage du canal interne 6. Ce taux de blocage dépend de la forme de la zone de recirculation 20. Plus précisément, c'est un élément aérodynamique qui dépend des paramètres dimensionnels du dispositif d'injection de dihydrogène 2. Plus un rapport l/d est élevé, plus la distance d'enfoncement de la vrille interne 14 par rapport au diamètre est élevée et plus on peut choisir une valeur élevée pour le taux de rotation S en modifiant la géométrie de la vrille interne 14. Le taux de rotation S est au moins être égal à 0.6 et un rapport l/d est compris entre 1 et 3. Comme illustré en figure 4, l'extrémité
aval 16 du canal interne 6 peut comporter des épaisseurs variables ainsi que différentes formes. [0043] A rate of blocking of the flow of dihydrogen 12 in the channel internal 6 is established so as to be high enough to repel the flame 22 se forming a downstream end 24 of the external annular channel 8. The blocking rate represents a ratio between a section occupied by the recirculation zone 20 going back inside the device injection of dihydrogen 12 at the downstream end 16 of the channel internal 6 compared to a passage section of the internal channel 6. This blocking rate depends on the shape of the recirculation zone 20. More precisely, it is an aerodynamic element which depends dimensional parameters of the dihydrogen injection device 2. More a report l/d is higher, the greater the insertion distance of the internal twist 14 by relation to diameter is higher and the higher we can choose a value for the rotation rate S by modifying the geometry of the internal spin 14. The rotation rate S is at least to be equal to 0.6 and one l/d ratio is between 1 and 3. As illustrated in Figure 4, the end downstream 16 of the canal internal 6 can have variable thicknesses as well as different shapes.

[0044] Dans un premier mode de réalisation illustré en figure 4A, l'extrémité
aval 16 du canal interne 6 comporte une paroi rectiligne et longitudinale. [0044] In a first embodiment illustrated in Figure 4A, the end downstream 16 of internal channel 6 has a rectilinear and longitudinal wall.

[0045] Dans un deuxième mode de réalisation illustré en figure 4B, l'extrémité
aval 16 du canal interne 6 comporte une forme d'évasement. Cette extrémité aval 16 est configurée pour modifier l'écoulement du canal interne 6 en proche paroi de l'extrémité
16. [0045] In a second embodiment illustrated in Figure 4B, the end downstream 16 of internal channel 6 has a flare shape. This downstream end 16 is configured to modify the flow of the internal channel 6 near the wall of the end 16.

[0046] Dans un troisième mode de réalisation illustré en figure 4C, l'extrémité aval 16 du canal interne 6 comporte un effet de culot vers l'extérieur. Cette extrémité
aval 16 est configurée pour modifier l'écoulement du canal externe 8 en proche paroi de l'extrémité 16. [0046] In a third embodiment illustrated in Figure 4C, the downstream end 16 of the Internal channel 6 has an outward base effect. This end downstream 16 is configured to modify the flow of the external channel 8 near the wall of end 16.

[0047] Dans un quatrième mode de réalisation illustré en figure 4D, l'extrémité aval 16 du canal interne 6 comporte une section qui augmente vers l'aval. Ce quatrième type d'extrémité aval est configuré pour favoriser l'augmentation du taux de rotation S dans le canal interne 6 contenant le dihydrogène 12. De par cette configuration, la vitesse axiale est réduite et la vitesse tangentielle est augmentée, d'où l'augmentation du taux de rotation S. Cette extrémité aval 16 est configurée pour modifier l'écoulement du canal interne 6 en proche paroi de l'extrémité 16 ainsi que l'écoulement du canal externe 8 en proche paroi de l'extrémité 16. [0047] In a fourth embodiment illustrated in Figure 4D, the downstream end 16 of the internal channel 6 has a section which increases towards the downstream. This fourth kind downstream end is configured to promote an increase in the rate of rotation S in the internal channel 6 containing dihydrogen 12. By this configuration, the axial speed is reduced and the tangential speed is increased, hence the increase in turnover rate S. This downstream end 16 is configured to modify the flow of the channel internal 6 in near wall of the end 16 as well as the flow of the external channel 8 in near wall from end 16.

[0048] Dans un cinquième mode de réalisation illustré en figure 4E, une épaisseur correspondant à une dimension transverse d'une paroi du canal interne 6 est plus faible ou plus importante que celle dans le premier mode de réalisation. [0048] In a fifth embodiment illustrated in Figure 4E, a thickness corresponding to a transverse dimension of a wall of the internal channel 6 is weaker or greater than that in the first embodiment.

[0049] Dans un sixième mode de réalisation illustré en figure 4F, l'extrémité
aval 16 du canal interne 6 comporte un effet biseau. Cette extrémité aval 16 est configurée pour modifier l'écoulement du canal externe 8 en proche paroi de l'extrémité 16. [0049] In a sixth embodiment illustrated in Figure 4F, the end downstream 16 of internal channel 6 has a bevel effect. This downstream end 16 is configured for modify the flow of the external channel 8 near the wall of the end 16.

[0050] Dans un septième mode de réalisation illustré en figure 4G, l'extrémité
aval 16 du canal interne 6 comporte un effet de culot vers l'intérieur. Cette extrémité
aval 16 est configurée pour modifier l'écoulement du canal interne 6 en proche paroi de l'extrémité 16. [0050] In a seventh embodiment illustrated in Figure 4G, the end downstream 16 of Internal channel 6 has an inward base effect. This end downstream 16 is configured to modify the flow of the internal channel 6 near the wall of end 16.

[0051] Dans un huitième mode de réalisation illustré en figure 4H, l'extrémité
aval 16 comporte une section qui se réduit vers l'aval. Cette extrémité aval 16 est configurée pour modifier l'écoulement du canal interne 6 en proche paroi de l'extrémité 16 ainsi que l'écoulement du canal externe 8 en proche paroi de l'extrémité 16. [0051] In an eighth embodiment illustrated in Figure 4H, the end downstream 16 has a section which reduces towards the downstream. This downstream end 16 is configured for modify the flow of the internal channel 6 near the wall of the end 16 as well as the flow of the external channel 8 near the wall of the end 16.

[0052] Comme illustré en figure 1, l'extrémité aval 16 du canal interne 6 est agencée en amont par rapport à l'extrémité aval 24 du canal annulaire externe 8.
L'extrémité aval 24 du canal annulaire externe 8 est agencée à une distance r de l'extrémité aval 16 du canal interne 6. Ce canal annulaire externe 8 comporte un diamètre interne D, tel qu'un rapport D/d avec le diamètre d du canal interne 6 est compris entre 3 et 10. As illustrated in Figure 1, the downstream end 16 of the internal channel 6 is arranged in upstream relative to the downstream end 24 of the external annular channel 8.
The downstream end 24 of the external annular channel 8 is arranged at a distance r from the downstream end 16 of the canal internal 6. This external annular channel 8 has an internal diameter D, such that a report D/d with the diameter d of the internal channel 6 is between 3 and 10.

[0053] Le canal annulaire externe 8 est configuré pour recevoir un second gaz comprenant de l'air ou un mélange air et dihydrogène. Ce gaz pénètre dans le canal annulaire externe par une entrée 26 agencée en amont dudit canal annulaire externe. [0053] The external annular channel 8 is configured to receive a second gas including air or a mixture of air and hydrogen. This gas enters the channel external annular by an inlet 26 arranged upstream of said external annular channel.

[0054] Un rapport de section entre le diamètre interne d du canal interne 6 et le diamètre interne D du canal annulaire externe 8 dépend :
i/ du rapport de mélange entre l'air et le dihydrogène souhaité, et ii/ de la vitesse débitante u, du dihydrogène dans le canal interne.

Dans le présent document, un fonctionnement en régime pauvre en dihydrogène impose que ce rapport D/d soit compris entre 3 et 10. [0054] A section ratio between the internal diameter d of the internal channel 6 and the diameter internal D of the external annular channel 8 depends on:
i/ the mixing ratio between air and the desired dihydrogen, and ii/ the flow rate u, of the dihydrogen in the internal channel.

In this document, operation in a low dihydrogen regime imposed that this D/d ratio is between 3 and 10.

[0055] Une vrille externe 28 est logée à une extrémité amont 30 du canal annulaire externe 8. Cette vrille externe 28 est annulaire. Cette vrille externe 28 peut être radiale. Cette vrille externe 28 annulaire est agencée à une distance L de l'extrémité aval 36 du canal annulaire externe 8. Cette distance L est comprise entre 1D et 5D. Le combustible est alors mis en rotation au centre par la vrille interne 14 alors que l'air ou le mélange contenant au moins de l'air est mis en rotation autour par la vrille externe 28. Cela génère un ensemble tourbillonnaire. [0055] An external tendril 28 is housed at an upstream end 30 of the channel external annular 8. This external twist 28 is annular. This external twist 28 can be radial. This tendril annular external 28 is arranged at a distance L from the downstream end 36 of the annular channel external 8. This distance L is between 1D and 5D. The fuel is then put in rotation in the center by the internal spin 14 while the air or mixture containing at least air is rotated around by the external spinner 28. This generates a together whirlwind.

[0056] Comme illustré en figure 5, le canal annulaire externe 8 peut comporter différentes formes. [0056] As illustrated in Figure 5, the external annular channel 8 can include different shapes.

[0057] Dans un mode de réalisation particulier illustré en figure 5A, le canal annulaire externe 8 comporte un premier canal annulaire 8 et un second canal annulaire 32. Le premier canal annulaire 8 correspond au canal annulaire externe 8. Ce premier canal annulaire 8 débute à une extrémité aval 36 de la vrille externe 28 et débouche en amont de l'extrémité aval 30 de la vrille externe 28. Le second canal annulaire 32 comporte un diamètre interne supérieur au diamètre interne du premier canal annulaire 8.
Ce second canal annulaire 32 débute à l'extrémité aval 36 de la vrille externe 28 et débouche en amont de l'extrémité aval 16 du canal interne 6. [0057] In a particular embodiment illustrated in Figure 5A, the channel annular external 8 comprises a first annular channel 8 and a second annular channel 32. The first annular channel 8 corresponds to the external annular channel 8. This first channel annular 8 begins at a downstream end 36 of the external twist 28 and opens upstream the downstream end 30 of the external twist 28. The second annular channel 32 includes a internal diameter greater than the internal diameter of the first annular channel 8.
This second annular channel 32 begins at the downstream end 36 of the external twist 28 and emerges upstream of the downstream end 16 of the internal channel 6.

[0058] Dans un mode de réalisation particulier illustré en figure 5B, l'extrémité aval 24 du canal annulaire externe 8 comporte une section qui augmente vers l'aval. Cette extrémité
aval 24 est configurée pour modifier l'écoulement du canal annulaire externe 8 en proche paroi de l'extrémité 24. [0058] In a particular embodiment illustrated in Figure 5B, the downstream end 24 of the External annular channel 8 has a section which increases towards the downstream. This end downstream 24 is configured to modify the flow of the external annular channel 8 in close proximity wall of the end 24.

[0059] Dans un mode de réalisation particulier illustré en figure 5C, l'extrémité aval 24 du canal annulaire externe 8 comporte une section qui se réduit vers l'aval.
Cette extrémité
aval 24 est configurée pour modifier l'écoulement du canal annulaire externe 8 en proche paroi de l'extrémité 24. [0059] In a particular embodiment illustrated in Figure 5C, the downstream end 24 of the External annular channel 8 has a section which reduces towards the downstream.
This end downstream 24 is configured to modify the flow of the external annular channel 8 in close proximity wall of the end 24.

[0060] Dans un mode de réalisation particulier illustré en figure 5D, la distance L peut être modifiée. [0060] In a particular embodiment illustrated in Figure 5D, the distance L can be modified.

[0061] Dans un mode de réalisation particulier illustré en figure 5E, le canal annulaire externe 8 comporte un seul canal annulaire dont l'écoulement du canal externe 8 est mis en rotation par la vrille externe 28 axiale. [0061] In a particular embodiment illustrated in Figure 5E, the channel annular external 8 comprises a single annular channel of which the flow of the external channel 8 is put in rotation by the external axial spin 28.

[0062] Afin de générer un mouvement de rotation des flammes, plusieurs conditions sont réunies. [0062] In order to generate a rotational movement of the flames, several conditions are united.

[0063] Le taux de rotation S doit être élevé dans le canal interne 6. Ce taux de rotation S
est supérieur à 0,6. En effet, en dessous de 0,6, il n'y a pas de formation de zone de recirculation avec une dépression suffisante au centre car la vitesse tangentielle de l'écoulement de dihydrogène n'est pas suffisante. [0063] The rotation rate S must be high in the internal channel 6. This rate rotation S
is greater than 0.6. Indeed, below 0.6, there is no formation of zone of recirculation with sufficient depression in the center because the speed tangential of the flow of dihydrogen is not sufficient.

[0064] La vrille externe 28 participe également à l'entretien de la zone de recirculation. On note Sext le nombre sans dimensions associé au taux de rotation généré par la vrille externe 28. Sexi est supérieur à 0,6. Sexi est défini de façon analogue à S, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un rapport d'une vitesse tangentielle par une vitesse débitante axiale de l'écoulement d'air. [0064] The external spindle 28 also participates in the maintenance of the zone of recirculation. We note Sext the dimensionless number associated with the rotation rate generated by the external twist 28. Sexi is greater than 0.6. Sexi is defined analogously to S, i.e.
say that it is a ratio of a tangential speed to an axial flow speed of air flow.

[0065] Une stabilisation de la flamme, décrochée ou accrochée à l'extrémité
aval 16 du canal interne 6, dépend d'un étirement d'une couche de cisaillement en amont de l'extrémité aval du canal interne sur lequel la flamme peut s'accrocher. Pour stabiliser aérodynamiquement une flamme à distance de l'extrémité aval du canal interne, il est nécessaire d'étirer suffisamment une base de la flamme dans le but de l'éteindre localement et la faire se stabiliser à distance de l'extrémité aval du canal interne. Les principaux paramètres contrôlant une valeur locale d'étirement sont le taux de rotation de l'écoulement de dihydrogène caractérisé par le nombre sans dimension S, la distance r et une vitesse débitante u, du dihydrogène dans le canal interne. [0065] Flame stabilization, unhooked or attached to the end downstream 16 of internal channel 6, depends on stretching of an upstream shear layer of the downstream end of the internal channel on which the flame can cling. For stabilize aerodynamically a flame at a distance from the downstream end of the internal channel, he is necessary to sufficiently stretch a base of the flame in order to turn it off locally and make it stabilize at a distance from the downstream end of the internal channel. THE
main parameters controlling a local stretch value are the rotation rate of the flow of dihydrogen characterized by the dimensionless number S, the distance r and a speed flow rate u, dihydrogen in the internal channel.

[0066] Pour une vrille caractérisée par un taux de rotation S supérieur à 0,6, une vitesse débitante u, du dihydrogène dans le canal interne doit être supérieur à une valeur critique u,,c vérifiant la relation suivante :
ucc = (Soy5. P (Ta1:18 ui,c0 ) Po Yrao) Où:
- P est une pression dans la chambre annulaire de combustion ;
- S est le taux de rotation généré par la vrille interne 14 du canal interne 6;
- Ta est une température de l'air en Kelvin dans le canal externe;
- fi compris entre 1 et 1,5 est un facteur dépendant d'un type de vrille utilisée ;
- S0=0,6, P0=1 bar, Ta0=300 K et u,0=18 m/s Cette relation se base sur trois observations. La première observation est qu'un étirement de la flamme provocant l'extinction de cette flamme augmente comme la pression P et comme la température T ,8. La deuxième observation permet de préciser que l'étirement de la flamme augmente lorsque le taux de rotation dans le canal interne augmente.
Plus précisément, plus l'écoulement est bloqué à l'extrémité aval du canal interne, plus les vitesses radiales sont importantes, plus les flammes sont étirées au niveau des lèvres. La troisième observation précise que pour un taux de rotation S donné, le taux de blocage va dépendre également d'une technologie de vrille utilisée, d'où la puissance )3 dans la formule. La plage de valeur de ie qui est comprise entre 1 et 1,5 est un bon encadrement.
Selon la richesse souhaitée et pour limiter les vitesses dans le canal annulaire et donc les pertes de charges, cela revient à choisir D/d entre 3 et 10. [0066] For a spin characterized by a rotation rate S greater than 0.6, a speed flow u, dihydrogen in the internal channel must be greater than one critical value u,,c verifying the following relation:
ucc = (Soy5. P (Ta1:18 ui,c0 ) Po Yrao) Or:
- P is a pressure in the annular combustion chamber ;
- S is the rotation rate generated by the internal twist 14 of the internal channel 6;
- Ta is an air temperature in Kelvin in the channel external;
- fi between 1 and 1.5 is a factor depending on the type of spin used;
- S0=0.6, P0=1 bar, Ta0=300 K and u,0=18 m/s This relationship is based on three observations. The first observation is than a stretch of the flame causing the extinction of this flame increases as the pressure P and like the temperature T ,8. The second observation makes it possible to clarify that the stretching of the flame increases as the rotation rate in the internal channel increases.
More precisely, the more the flow is blocked at the downstream end of the internal channel, more the radial speeds are important, the more the flames are stretched at the level lips. There third observation specifies that for a given rotation rate S, the rate of blocking going also depend on the spinning technology used, hence the power )3 in the formula. The value range of ie which is between 1 and 1.5 is a good management.
Depending on the desired richness and to limit speeds in the canal annular and therefore the pressure losses, this amounts to choosing D/d between 3 and 10.

[0067] II existe une valeur optimale pour la distance r qui dépend du diamètre interne D du canal annulaire externe. Si la distance r est trop élevée, la zone de recirculation 20 devient instable. Dans de telles conditions, la distance r doit être comprise entre 0,05D et 0,5D. [0067] There is an optimal value for the distance r which depends on the diameter internal D of external annular canal. If the distance r is too high, the zone of recirculation 20 becomes unstable. Under such conditions, the distance r must be between 0.05D and 0.5D.

[0068] En fonction de la distance r, le mélange va se faire plus ou moins précocement à
l'intérieur du dispositif d'injection de dihydrogène 2 et d'air et si cela intervient trop précocement, la flamme 22 peut remonter à l'intérieur du canal annulaire externe 8 entre l'extrémité aval 16 du canal interne et l'extrémité aval 24 du canal annulaire externe, ce qui est très dommageable au dispositif et au fond de la chambre de combustion 4.
La mise en rotation de la flamme 22 est donc configurée pour éviter que la flamme 22 ne remonte dans le dispositif d'injection de dihydrogène 2. Les paramètres à contrôler sont à
la fois le taux de rotation S de l'écoulement dans le canal interne, le taux de rotation Sext, et la distance r. [0068] Depending on the distance r, the mixing will take place more or less early to inside the dihydrogen 2 and air injection device and if this intervenes too much early, the flame 22 can rise inside the annular channel external 8 between the downstream end 16 of the internal channel and the downstream end 24 of the annular channel external, which is very damaging to the device and to the bottom of the combustion chamber 4.
Setting rotation of the flame 22 is therefore configured to prevent the flame 22 from goes back in the dihydrogen injection device 2. The parameters to be controlled are to both the rate of rotation S of the flow in the internal channel, the rotation rate Sext, and the distance r.

[0069] Dans le contexte du présent document, les vrilles 14,28 permettent de mettre en rotation un premier flux par rapport à un second flux. L'intégration de la vrille interne 14 au canal interne 6 permet de créer la zone de recirculation 20 d'un écoulement de dihydrogène traversant ledit canal interne 6 et évitant que la flamme ne vienne se stabiliser sur l'extrémité
aval du canal interne. La vrille interne 14 du canal interne 6 met suffisamment en rotation l'écoulement de dihydrogène 2 pour créer une zone de recirculation pénétrant à
l'intérieur du canal interne 6 ce qui bloque une partie de l'écoulement de dihydrogène le long de l'axe longitudinal x dudit canal interne 6 générant des survitesses importantes par rapport à la vitesse débitante axiale à proximité des parois du canal interne 6. La mise en rotation du dihydrogène du canal interne 6 permet d'éviter d'accrocher la flamme 22 sur les extrémités aval du canal annulaire externe 8 en la stabilisant aérodynamiquement au-dessus du canal interne 6. Cette mise en rotation du dihydrogène du canal interne 6 évite la mise en place d'un dispositif de refroidissement complexe du dispositif d'injection de dihydrogène 2. [0069] In the context of this document, the tendrils 14.28 make it possible to bring into rotation of a first flow relative to a second flow. The integration of the internal twist 14 au internal channel 6 makes it possible to create the recirculation zone 20 of a flow of dihydrogen passing through said internal channel 6 and preventing the flame from coming stabilize on the end downstream of the internal canal. The internal twist 14 of the internal channel 6 puts sufficiently rotating the flow of dihydrogen 2 to create a recirculation zone penetrating to the interior of the internal channel 6 which blocks part of the flow of dihydrogen along the axis longitudinal x of said internal channel 6 generating significant overspeeds by relation to the axial flow rate near the walls of the internal channel 6. The implementation rotation of dihydrogen of the internal channel 6 makes it possible to avoid hanging the flame 22 on the extremities downstream of the external annular channel 8 by stabilizing it aerodynamically au-above the canal internal 6. This rotation of the dihydrogen of the internal channel 6 avoids the set up of a complex cooling device of the injection device dihydrogen 2.

[0070] Cette stabilisation de la flamme 22 à distance facilite le mélange partiel de l'air avec le dihydrogène à l'intérieur du canal externe 8 au-dessus de l'extrémité aval 16 du canal interne, en amont de la flamme 22, et en évitant tout risque de remontée de flamme 22, aussi appelé flash back en anglais, dans ledit canal interne 6 et dans le canal annulaire externe 8 en amont de l'extrémité aval 16 du canal interne 6. Cela permet d'aboutir à une combustion appauvrie en dihydrogène dans la chambre de combustion. Ce dispositif tend ainsi à réduire très fortement les températures de combustion et des oxydes d'azote émis.
Cela garantit également une intégrité d'un foyer de combustion. [0070] This remote stabilization of the flame 22 facilitates mixing partial air with dihydrogen inside the external channel 8 above the downstream end 16 of the channel internal, upstream of the flame 22, and avoiding any risk of rising flame flame 22, also called flash back in English, in said internal channel 6 and in the annular channel external 8 upstream of the downstream end 16 of the internal channel 6. This allows to achieve a combustion depleted of dihydrogen in the combustion chamber. This device tends thus very significantly reducing combustion temperatures and oxides nitrogen emitted.
This also guarantees the integrity of a combustion chamber.

[0071] Le positionnement de l'extrémité aval 16 du canal interne 6 en amont de l'extrémité
aval 24 du canal annulaire externe 8 permet d'optimiser le mélange entre le dihydrogène et l'air. Cela augmente le domaine de fonctionnement où la flamme 22 est détachée en reculant la zone d'introduction de dihydrogène par rapport à la zone de stabilisation aérodynamique de la flamme. [0071] The positioning of the downstream end 16 of the internal channel 6 upstream of the end downstream 24 of the external annular channel 8 makes it possible to optimize the mixing between the dihydrogen and the air. This increases the operating range where the flame 22 is detached in moving back the zone of introduction of dihydrogen relative to the zone of stabilization aerodynamics of the flame.

[0072] L'optimisation faite de cet injecteur et de son architecture est spécifiquement orientée vers la combustion de dihydrogène. Le dihydrogène brûlant beaucoup plus vite que n'importe quel autre combustible et notamment le kérosène, les vitesses de rotation entre le dispositif d'injection 2 amenant le combustible et celui amenant l'air ne sont pas dans les mêmes ordres de grandeur que ceux employés pour le kérosène. Le kérosène étant liquide, des sections de passage de tels dispositifs d'injection de kérosène sont très petites. A la sortie d'un dispositif d'injection de kérosène, un canal de sortie est de l'ordre du millimètre ou inférieur au millimètre. Là où dans le présent document, l'ordre de grandeur est de plusieurs millimètres. Le fonctionnement est donc très différent pour un combustible gazeux tel que le dihydrogène. [0072] The optimization made of this injector and its architecture is specifically oriented towards the combustion of dihydrogen. Dihydrogen burns a lot faster than any other fuel and in particular kerosene, the speeds of rotation between the injection device 2 bringing the fuel and that bringing the air is not in the same orders of magnitude as those used for kerosene. THE
kerosene being liquid, passage sections of such injection devices of kerosene are very small. At the outlet of a kerosene injection device, a channel of exit is in order millimeter or less than millimeter. Where in this document, the order of magnitude is several millimeters. The operation is therefore very different for a fuel gaseous such as dihydrogen.

[0073] Le dispositif d'injection est avantageusement mis en uvre au sein d'un ensemble comprenant ledit dispositif d'injection, dans lequel le canal interne est relié fluidiquement à
des moyens d'alimentation en dihydrogène et le canal annulaire externe est relié
fluidiquement à des moyens d'alimentation en air. [0073] The injection device is advantageously implemented within a together comprising said injection device, in which the internal channel is fluidly connected to means for supplying dihydrogen and the external annular channel is connected fluidly to air supply means.

[0074] Les moyens d'alimentation en dihydrogène sont notamment adaptés pour délivrer un flux de dihydrogène gazeux sans gaz diluant, c'est-à-dire un flux comprenant au moins 90% de dihydrogène en masse, et notamment au moins 95 % de dihydrogène en masse, et avantageusement au moins 99% de dihydrogène en masse. Les moyens d'alimentation en dihydrogène comprennent par exemple au moins un réservoir pressurisé muni d'au moins une vanne, et/ou au moins un dispositif de génération chimique de dihydrogène gazeux. [0074] The dihydrogen supply means are particularly suitable for issue a flow of gaseous dihydrogen without diluent gas, that is to say a flow including at least 90% dihydrogen by mass, and in particular at least 95% dihydrogen by mass mass, and advantageously at least 99% dihydrogen by mass. The means power supply in dihydrogen comprise for example at least one pressurized tank provided from to at least one valve, and/or at least one device for chemical generation of dihydrogen gaseous.

[0075] Les moyens d'alimentation en air sont notamment adaptés pour délivrer un flux d'air sans ajout de gaz diluant. Les moyens d'alimentation en air comprennent par exemple une entrée d'air atmosphérique en amont de la turbomachine. Cet air est comprimé
avant d'entrer dans la chambre annulaire de combustion. Les moyens d'alimentation en air peuvent également comprendre une source de dioxygène pour l'enrichissement du flux d'air en dioxygène. La source de dioxygène peut comprendre un réservoir de dioxygène pressurisé muni d'une vanne et/ou des moyens de génération chimique de dioxygène gazeux. [0075] The air supply means are particularly adapted to deliver a flow of air without adding diluent gas. The air supply means include example one atmospheric air inlet upstream of the turbomachine. This air is compressed Before to enter the annular combustion chamber. The means of supply air may also include a source of dioxygen for the enrichment of the air flow in dioxygen. The oxygen source may include a oxygen tank pressurized equipped with a valve and/or means of chemical generation of dioxygen gaseous.

Claims

Claims [Claim 1] Dihydrogen injection device (2) of longitudinal axis (X) intended for be mounted on an annular bottom of an annular combustion chamber (4) of a turbomachine (1) comprising an internal channel (6) for circulating dihydrogen and a channel external annular ring (8) for circulation of a mixture comprising at least the air, the channel internal (6) and the external annular channel (8) being coaxial, a twist internal (14) being housed in the internal channel (6) and an external tendril (28) being housed in the channel annular external (8), and in which a downstream end (16) of the internal channel (6) is arranged in upstream, at a distance r, from a downstream end (24) of the external annular channel (8).
[Claim 2] Device according to claim 1, in which the channel internal (6) is a central tubular channel.
[Claim 3] Device according to one of the preceding claims, in which at minus the internal twist (14) of the internal channel (6) has a shape helical.
[Claim 4] Device according to one of the preceding claims, in which the internal auger (14) is arranged along the longitudinal axis downstream of the auger external (28).
[Claim 5] Device according to one of the preceding claims, in which one rotation rate S generated by the internal spin (14) of the internal channel (6), defined as a relationship between a tangential speed and a flow speed along the axis longitudinal of a flow of dihydrogen at the outlet of the internal spinner (14), is equal to or greater than 0.6.
[Claim 6] Device according to one of the preceding claims, in which the internal twist (14) of the internal channel (6) is arranged upstream, at a distance

1, from the end downstream (16) of the internal channel (6).
[Claim 7] Device according to one of the preceding claims, in which one thickness e of a wall of the internal channel (6) and an internal diameter d of the channel internal (6) are such that an e/d ratio is between 0.05 and 0.7.
[Claim 8] Device according to one of the preceding claims, in whichone internal channel (6) has an internal diameter d and the external annular channel (8) has a diameter internal D such that a D/d ratio is between 3 and 10.
[Claim 9] Device according to claims 6 and 7, in which a l/d ratio is between 1 and 3.
[Claim 10] Device according to claim 8, in which the distance r is between 0.05D and 0.5D.

[Claim 11] Device according to one of the preceding claims, in which the external twist (28) of the external annular channel (8) is arranged at the level of a end upstream (30) of said external annular channel (8), at a distance L from the end downstream (24) of external annular channel (8).
[Claim 12] Device according to claims 8 and 11, in which the distance L
is between 1D and 5D.
[Claim 13] Device according to one of the preceding claims, in whichone rotation rate S is greater than 0.6, a flow speed u, of the dihydrogen in the channel internal being greater than a critical value u,,c which verifies the relationship next :
Or :
- P is a pressure in the annular combustion chamber;
- S is a rotation rate generated by the internal twist (14) of the channel internal (6);
- T.alpha. is an air temperature in Kelvin in the external channel;
- .beta. between 1 and 1.5 is a factor depending on a type of tendril used;
- S0=0.6, P0=1 bar, Tao=300 K and ui,c0=18 m/s.
[Claim 14] Device according to one of the preceding claims, in whichone mixture is air.
[Claim 15] Assembly comprising the device according to one of the demands previous, in which the internal channel (6), fluidly connected to means dihydrogen supply, comprises the internal spinner (14) configured to bring into rotation of said dihydrogen, and the external annular channel (8), connected fluidly to air supply means, comprises the external auger (28) configured to bring into rotation of said air.