FR2628728A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE COMBINATION OF HYDROGEN WITH OXYGEN, IN PARTICULAR FOR TRITIUM ENRICHMENT - Google Patents
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Abstract
Procédé caractérisé en ce qu'une surpression est obtenue dans la chambre de combustion 2 en y introduisant un gaz non combustible à l'exception de l'oxygène et en ce que le dispositif pour sa mise en oeuvre comprend : a) la chambre de combustion fermée 2 est en communication directement ou par l'intermédiaire d'au moins une canalisation étanche aux gaz avec un réservoir collecteur d'eau 18 disposé en dessous; b) dans la chambre de combustion ou bien dans la chambre de gaz du récipient collecteur d'eau, débouche une canalisation 12 par l'intermédiaire de laquelle un gaz non combustible, à l'exception de l'hydrogène, est amené au dispositif. L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la combustion d'hydrogène avec de l'oxygène, notamment pour un enrichissement en tritium.Process characterized in that an overpressure is obtained in the combustion chamber 2 by introducing therein a non-combustible gas with the exception of oxygen and in that the device for its implementation comprises: a) the combustion chamber closed 2 is in communication directly or through at least one gas-tight pipe with a water collecting tank 18 disposed below; b) in the combustion chamber or else in the gas chamber of the water collecting container, opens a pipe 12 through which a non-combustible gas, with the exception of hydrogen, is supplied to the device. The invention relates to a method and a device for the combustion of hydrogen with oxygen, in particular for an enrichment in tritium.
Description
"Procédé et dispositif pour la combustion d'hydrogène avec de l'oxygène"Process and device for the combustion of hydrogen with oxygen
notamment pour un enrichissement en tritium." especially for tritium enrichment. "
L'invention concerne un procédé pour la com- The invention relates to a method for
bustion d'hydrogène avec de l'oxygène selon des rap- ports de volumes approximativement stoechiométriques par une flamme dans une chambre de combustion fermée hydrogen combustion with oxygen at ratios of approximately stoichiometric volumes by a flame in a closed combustion chamber
et refroidie, et qui est en communication avec l'envi- and cooled, and who is in communication with the envi-
ronnement, procédé dans lequel on produit de la vapeur a process in which steam is produced
d'eau et/ou de l'eau condensée.water and / or condensed water.
La combustion d'hydrogène avec de l'oxygène est importante de deux points de vue: 1.- enrichissement d'isotopes d'hydrogène The combustion of hydrogen with oxygen is important from two points of view: 1.- enrichment of hydrogen isotopes
par échanges catalytiques d'isotopes. by catalytic exchange of isotopes.
Dans ce qui suit, on va décrire l'enrichis- In what follows, we will describe the enrichment
sement en tritium selon le document US-PS 4 190 515. tritium according to US-PS 4,190,515.
De l'eau contenant du tritium est décomposée dans une Water containing tritium is decomposed in a
cellule d'électrolyse en oxygène et en hydrogène. oxygen and hydrogen electrolysis cell.
L'hydrogène prenant naissance est en général, appauvri en ce qui concerne sa teneur en tritium. La majeure The hydrogen that starts is usually depleted in its tritium content. The major
partie du tritium qu'elle contient encore, lui est en- part of the tritium still contained in it, he is
levée sur un catalyseur en métal noble arrosé avec une eau pauvre en tritium. Cette eau pauvre en tritium lifted on a noble metal catalyst sprayed with a water low in tritium. This water is poor in tritium
capte alors le tritium, tandis que l'hydrogène est ap- then picks up tritium, while hydrogen is
pauvri en tritium.poor in tritium.
L'hydrogène ainsi appauvri est brûlé avec l'oxygène libéré lors de l'électrolyse. L'eau pauvre en tritium ainsi obtenue arrose le catalyseur en métal The hydrogen thus depleted is burned with the oxygen released during the electrolysis. The tritium-poor water thus obtained sprinkles the metal catalyst
noble à contre courant par rapport à l'hydrogène, cap- counter-current with respect to hydrogen,
te comme déjà mentionné le tritium contenu dans cet hydrogène et est ramenée à la cellule d'électrolyse as already mentioned the tritium contained in this hydrogen and is brought back to the electrolysis cell
pour poursuivre l'enrichissement en tritium. to continue enrichment with tritium.
2.- Accumulation de l'énergie électrique ex- 2.- Accumulation of the electrical energy ex-
cédentaire par électrolyse de l'eau. sedentary by electrolysis of water.
L'électrolyse de l'eau permet indirectement Electrolysis of water allows indirectly
l'accumulation d'énergie électrique. Dans ce cas, l'é- the accumulation of electrical energy. In this case, the
nergie électrique est convertie en énergie chimique utilisable. Lors de la combustion des gaz d'électrolyse, electrical energy is converted into usable chemical energy. During the combustion of the electrolysis gases,
on peut, par exemple, obtenir de la vapeur. for example, steam can be obtained.
L'eau qui est utilisée pour l'électrolyse doit être d'une haute pureté chimique, car l'ensemble The water that is used for electrolysis must be of high chemical purity because the whole
des impuretés se dépose dans la cellule d'électrolyse. impurities are deposited in the electrolysis cell.
Ces dépôts peuvent provoquer un court-circuit de cette These deposits can cause a short circuit of this
cellule d'électrolyse.electrolysis cell.
L'obtention d'eau de haute pureté chimique entraîne toujours des coûts d'exploitation élevés, Obtaining high purity chemical water always leads to high operating costs,
car, en général, on doit procéder au moins à une dis- because, in general, at least one
tillation et/ou à une épuration avec des échangeurs tillation and / or purification with exchangers
d'ions.ion.
Avantageusement, l'eau prenant naissance Advantageously, the water is born
lors de la combustion dans les.deux procédés précédem- during combustion in the two processes previously
ment mentionnés, devait être en conséquence ramenée dans la cellule d'électrolyse, de sorte que l'on peut mentioned, should therefore be brought back into the electrolysis cell, so that one can
éviter une épuration de l'eau.avoid water purification.
Dans le cas de l'enrichissement en tritium, le recyclage de l'eau est en outre indiqué pour des In the case of tritium enrichment, the recycling of water is further indicated for
raisons de protection contre les radiations. reasons for protection against radiation.
Pour pouvoir récupérer l'eau de réaction, la chambre de combustion doit être fermée. En outre, la combustion doit être conduite de façon qu'il n'y ait In order to recover the reaction water, the combustion chamber must be closed. In addition, the combustion must be conducted in such a way that
pas d'impuretés dans l'eau de réaction. no impurities in the reaction water.
Comme impuretés, il y a lieu de prendre As impurities, it is necessary to take
principalement en considération NOx/HN03 et les pro- mainly in consideration of NOx / HN03 and the
duits de corrosion en provenaïrce du matériau de la corrosion products resulting from the material of the
chambre de combustion (en général de l'acier inoxyda- combustion chamber (usually stainless steel)
ble). Lors de la combustion d'hydrogène dans une corn). When burning hydrogen in a
chambre de combustion fermée, des oxydes d'azote pren- closed combustion chamber, nitrogen oxides
nent naissance lorsque l'air parvient dans cette cham- born when the air reaches this chamber.
bre de combustion. Cette formation de NOx a également lieu lorsque l'hydrogène est brûlé avec de l'oxygène combustion. This formation of NOx also occurs when the hydrogen is burned with oxygen
pur, parce que la pression dans le dispositif de com- pure, because the pressure in the communication device
bustion est instable et que lors'de ses fluctuations is unstable and when it fluctuates
de l'air extérieur est aspiré.outside air is drawn in.
A partir de l'égalité de réaction: 2H2 + 02 2 H20(fl) on peut voir qu'à partir de trois molécules de gaz From the equation of reaction: 2H2 + 02 2 H20 (fl) we can see that from three molecules of gas
(67,2 1) on obtient seulement 0,036 1 d'eau condensée. (67.2 l) only 0.036 l of condensed water is obtained.
Le gaz étranger présent dans la chambre de combustion après l'allumage de l'hydrogène'doit, en conséquence, dans le cas idéal, rester enfermé pendant la totalité du temps de combustion pour maintenir la The foreign gas present in the combustion chamber after the ignition of the hydrogen must, therefore, in the ideal case, remain locked during the whole of the combustion time to maintain the
pression atmosphérique.atmospheric pressure.
Ce n'est cependant pas le cas dans la prati- However, this is not the case in practice.
que.than.
Les fluctuations de débit du courant d'oxy- Fluctuations in the flow of oxy-
gène et du courant d'hydrogène modifient la flamme et modifient donc la chaleur libérée, grâce à quoi la gene and the hydrogen current modify the flame and thus modify the heat released, thanks to which the
température dans la chambre de combustion se modifie. temperature in the combustion chamber changes.
Lors d'une élévation temporaire du débit de During a temporary rise in the flow of
l'oxygène et de l'hydrogène, le dispositif de combus- oxygen and hydrogen, the combustion device
tion devient plus chaud. En conséquence, la pression augmente. Par l'intermédiaire de la communication avec It becomes hotter. As a result, the pressure increases. Via communication with
l'environnement, nécessaire pour la technique du pro- the environment, which is necessary for the technical
cédé, du gaz est expulsé. Lorsqu'à la suite les débits given, gas is expelled. When following the flows
d'oxygène et d'hydrogène se normalisent ou bien s'a- of oxygen and hydrogen are normalizing or
baissent pendant un court instant au-dessous de la va- drop for a short time below the
leur prédéfinie, le dispositif de combustion devient plus froid et la pression dans la chambre de combus- predefined, the combustion device becomes colder and the pressure in the combustion chamber
tion s'abaisse.decrease.
De l'air est aspiré à partir de l'environne- Air is sucked from the environment
ment, et la fraction d'azote de cet air est brûlée pour donner NOx qui se combine avec l'eau formée pour the nitrogen fraction of this air is burned to give NOx which combines with the water formed to form
donner de l'acide nitrique.give nitric acid.
Même pour des débits de gaz très constants, l'eau s'écoulant de la chambre de combustion a un pH compris entre 0 et 0,5. Au lieu d'eau pure, on obtient Even for very constant gas flow rates, the water flowing from the combustion chamber has a pH between 0 and 0.5. Instead of pure water, we get
lors de la combustion de l'hydrogène dans les condi- during the combustion of hydrogen under the conditions
tions précitées, de l'acide nitrique très dilué qui, mentioned above, very dilute nitric acid which,
en outre, agit de façon très corrosive pour des tempé- In addition, it acts in a very corrosive
ratures élevées dans la chambre de combustion et qui eratures raised in the combustion chamber and which
est ainsi soudée par des produits de corrosion. is welded by corrosion products.
La formation de NOx peut être réduite lors- The formation of NOx can be reduced when
que, comme liaison vers l'environnement, on utilise un long tube mince. Pour des considérations de sécurité, un tel tube est, de toutes façons, installé de manière that, as a link to the environment, a long, thin tube is used. For security reasons, such a tube is, in any case, installed so
à ce qu'il débouche dans une hotte ou à l'air libre. it opens in a hood or in the open air.
Un tube qui provoque une chute de pression mesurable empêche tout au moins l'aspiration de très grandes quantités d'air et réduit ainsi la formation de NOx lors de la combustion. Cependant la pression A tube that causes a measurable pressure drop at least prevents the suction of very large amounts of air and thus reduces the formation of NOx during combustion. However the pressure
dans la chambre de combustion ne reste alors pas cons- in the combustion chamber does not remain
tante. Il s'est avéré que pour-des dépressions de aunt. It turned out that for-depressions of
0,1 bar et davantage, la flamme s'éteint. Vraisembla- 0.1 bar and more, the flame goes out. Vraisembla-
blement, lors de la dépression une importante quantité d'eau condensée se vaporise rapidement, ce qui utilise In the depression, a large amount of condensed water vaporizes quickly, which uses
beaucoup de chaleur et par suite, la température s'a- a lot of heat and as a result, the temperature is
baisse au-dessous de la température d'allumage du mé- drop below the ignition temperature of the
lange H2/O2.H2 / O2 mixture.
Dans un document (H.J. Sternfeld, Brebber- In a document (H.J. Sternfeld, Brebber-
systeme mit reinem Wasserstoff; Beitrag zur DECHEMA- system mit reinem Wasserstoff; Beitrag zur DECHEMA-
Wasserstoffstudie, Màrz 1986), il est proposé, pour réduire la formation de NOx, d'effectuer la combustion à des pressions élevées de 20 à 200 bars. Dans çe même Wasserstoffstudie, Màrz 1986), it is proposed, to reduce the formation of NOx, to carry out the combustion at high pressures of 20 to 200 bar. In that same
document, on constate, toutefois que lors d'une aug- document, we note, however, that during an increase
mentation de la pression dans la chambre de combus- pressure in the combustion chamber
tion, il peut se produire des explosions. tion, explosions may occur.
Comme autres mesures possibles pour réduire la formation de NOx, il a été proposé de réduire la As other possible measures to reduce NOx formation, it has been proposed to reduce the
température de combustion ou bien de retarder la com- temperature of combustion or to delay
bustion par recyclage de gaz d'échappement. Ces mesu- exhaust gas recirculation. These measurements
res réduisent simplement la formation de NOx mais ne simply reduce the formation of NOx but do not
l'exclue pas.do not exclude it.
Un abaissement de la température de combus- A lowering of the fuel temperature
tion peut n'être pas souhaitable pour des raisons thermodynamiques. Il a été en outre proposé d'utiliser une This may not be desirable for thermodynamic reasons. It was further proposed to use a
fraction d'oxygène dépassant la quantité stoechiomé- oxygen fraction exceeding the stoichiometric amount
trique (W. Peschka, Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 12, T. Peschka, J. Hydrogen Energy, Vol 12,
N 7, pp. 481 à 499, 1987).No. 7, pp. 481-499, 1987).
Lors de la combustion de gaz d'électrolyse, During the combustion of electrolysis gas,
cette fraction supplémentaire d'oxygène doit être ob- this extra fraction of oxygen must be ob-
tenue à partir d'une autre source, la plupart du temps held from another source, most of the time
à partir de bouteilles de gaz. Là manipulation de bou- from gas bottles. There, manipulation of
teilles d'oxygène pose des problèmes en raison du ris- oxygen scavengers is problematic because of the risk of
que d'explosion. Un excès d'oxygène dans la chambre de combustion se traduit en outre pour les températures élevées, par une corrosion importante du matériau, de sorte que l'eau produite est souillée et ne peut pas than explosion. An excess of oxygen in the combustion chamber is also reflected in the high temperatures, by a significant corrosion of the material, so that the produced water is dirty and can not
être directement réutilisée pour l'électrolyse. be directly reused for electrolysis.
Pour la combustion de l'hydrogène lors de For the combustion of hydrogen during
l'enrichissement des isotopes d'hydrogène par des pro- the enrichment of hydrogen isotopes by
cessus catalytiques, Ies dispositifs de combustion à catalytic processes, combustion devices with
Z628728Z628728
action catalytique sont en conséquence également pré- catalytic action are therefore also pre-
férés en règle générale (Robert E. Ellis et al, Deve- in general (Robert E. Ellis et al., Deve-
lopment of Combinet Electrolysis Catalytic Exchange, Final Report, June 24, 1982, MLM-2952, Mound Facility Miamisburg, Ohio 45342). Dans ces unités de combustion fonctionnant catalytiquement, l'hydrogène est brûlé catalytiquement lopment of Combine Electrolysis Catalytic Exchange, Final Report, June 24, 1982, MLM-2952, Mound Facility Miamisburg, Ohio 45342). In these combustion units operating catalytically, hydrogen is catalytically burned
avec l'oxygène en contact avec le platine. La tempéra- with oxygen in contact with platinum. The temperature
ture de réaction ne dépasse alors pas 600eC, de sorte The reaction temperature does not exceed 600 ° C, so
- 10 qu'il n'y a pas de formation de NOx. - 10 that there is no formation of NOx.
Le platine allume immédiatement un mélange Platinum immediately turns on a mixture
d'hydrogène et d'oxygène. Pour cette raison, l'hydro- of hydrogen and oxygen. For this reason, hydro-
gène doit être dilué au-dessous de la limite d'explo- The gene must be diluted below the limit of
sion de 4 volumes %.4 volumes%.
La combustion catalytique n'est pas économi- Catalytic combustion is not economically
que à cause de la fraction élevée de gaz étrangers, à cause de la dépense de réglage pour la dilution de that because of the high fraction of foreign gases, because of the adjustment expense for the dilution of
l'hydrogène, et du prix élevé du catalyseur. hydrogen, and the high price of the catalyst.
Le problème qui se pose pour l'invention est The problem that arises for the invention is
de réaliser la combustion d'hydrogène avec de l'oxygè- to achieve the combustion of hydrogen with oxygen
ne, de façon plus sûre, notamment sans risque d'explo- safer, especially without risk of explo-
sion, et d'une façon plus simple.sion, and in a simpler way.
En outre, la formation de NOx et/ou d'acide In addition, the formation of NOx and / or acid
nitrique doit être évitée.nitric acid should be avoided.
L'eau produite doit pouvoir être récupérée et ne pas être en pratique souillée par des produits The water produced must be recoverable and not in practice soiled by products
de corrosion. Le processus de combustion doit, en ou- corrosion. The combustion process must, in
tre, se dérouler complètement et être conduit de façon to be completely unfolded and
que la flamme ne s'éteigne pas involontairement. that the flame does not go out unintentionally.
Les investissements et les coûts d'exploita- Investments and operating costs
tion d'un tel dispositif pour la mise en oeuvre de la such a device for the implementation of the
combustion doivent être réduits.combustion must be reduced.
La partie du problème qui concerne le procé- The part of the problem which concerns the procedure
dé de combustion est résolu en ce qu'une surpression combustion die is resolved in that an overpressure
est obtenue dans la chambre de combustion en y intro- is obtained in the combustion chamber by introducing
Z628728Z628728
duisant un gaz non combustible, à l'exception de l'oxygène. La vapeur d'eau prenant naissance lors de la combustion est complètement condensée et collectée dans un récipient. On utilise comme gaz non combustible, du leaving a non-combustible gas, with the exception of oxygen. The water vapor that starts during combustion is completely condensed and collected in a container. As non-combustible gas,
bioxyde de carbone.carbon dioxide.
On utilise comme gaz non combustible, un gaz As a non-combustible gas, a gas is used
rare, de préférence de l'argon.rare, preferably argon.
Dans l'eau prenant naissance, condensée et In the water starting, condensed and
collectée, on introduit de l'oxygène. collected, we introduce oxygen.
L'eau prenant naissance, condensée et col- Water starting, condensed and col-
lectée, est chauffée.read, is heated.
La surpression s'élève jusqu'à 1 bar, en The overpressure rises to 1 bar,
étant, de préférence, de 100 à 3005mPa. preferably, from 100 to 3005mPa.
La partie du problème concernant le disposi- The part of the problem concerning the
tif pour la mise en oeuvre de l'invention est résolue, conformément à l'invention en ce que: for the implementation of the invention is solved according to the invention in that:
a) la chambre de combustion fermée est en communica- (a) the closed combustion chamber is in communica-
tion directement par l'intermédiaire d'au moins une directly through at least one
canalisation étanche aux gaz avec un réservoir col- gastight pipeline with a tank
lecteur d'eau disposé en dessous, b) la chambre de combustion et le réservoir collecteur d'eau sont réalisés de façon qu'ils soient étanches aux gaz, c) dans la chambre de combustion ou bien dans les water reader disposed below, b) the combustion chamber and the water collecting tank are made so that they are gas-tight, c) in the combustion chamber or in the
chambres de gaz du récipient collecteur d'eau-, dé- gas chambers of the water collecting container,
bQuche une canalisation par l'intermédiaire de la- bQueue a pipeline through the-
quelle un gaz non combustible, à l'exception de l'hydrogène, est amené au dispositif, d) de la chambre de combustion et/ou de la chambre de gaz du récipient collecteur d'eau part au moins une canalisation de purge, e) la résistance à l'écoulement de la canalisation de purge ou des canalisations de purge, est de façon permanente ou bien temporaire, suffisamment élevée pour que l'arrivée du gaz non combustible provoque a non-combustible gas, with the exception of hydrogen, is supplied to the device, d) the combustion chamber and / or the gas chamber of the water collecting vessel share at least one bleed pipe, e ) the flow resistance of the purge line or the purge lines is permanently or temporarily so high that the arrival of the non-combustible gas causes
une surpression.an overpressure.
La chambre de combustion et le récipient collecteur d'eau sont reliés entre eux par deux cana- lisations, dont la première assure l'équilibrage de la The combustion chamber and the water collecting container are interconnected by two channels, the first of which balances the
pression, et dont la seconde achemine dans le réci- pressure, and the second of which flows into the
pient collecteur d'eau, l'eau prenant naissance lors water collector, the water being born during
de la combustion.of combustion.
La première canalisation comprend un dispo- The first pipeline includes a
sitif anti-retour de flamme et pénètre d'au moins flame arrestor and penetrates at least
quelques millimètres dans la chambre de combustion. a few millimeters in the combustion chamber.
La seconde canalisation comporte, soit un The second channel comprises either a
dispositif anti-retour de flamme avec une faible ré- flame retardant device with low
sistance à l'écoulement, soit une partie courbée en forme de U. La canalisation de purge est susceptible d'être fermée par une soupape qui n'est ouverte que lorsqu'une surpression prédéterminée est atteinte ou flow line is a U-shaped curved part. The purge line can be closed by a valve which is only open when a predetermined overpressure is reached or
dépassée.exceeded.
Le récipient collecteur d'eau comprend au- The water collecting container comprises
dessous du niveau de l'eau, une fritte et au-dessous de cette fritte, une canalisation pour l'alimentation below the water level, a frit and below this frit, a pipe for feeding
en oxygène.in oxygen.
Par l'intermédiaire d'une canalisation pour l'alimentation en oxygène, une partie de la fraction Via a pipeline for oxygen supply, part of the fraction
stoechiométrique du volume d'oxygène est dérivée. stoichiometric amount of oxygen is derived.
Le dispositif conforme à l'invention pour la mise en oeuvre de la combustion et un complètement de The device according to the invention for the implementation of combustion and a completely
ce dispositif sont représentés aux figures 1 et 2. this device are shown in Figures 1 and 2.
La figure 1 représente un schéma expérimen- Figure 1 represents an experimental schema
tal selon l'invention.tal according to the invention.
La figure 2 est une variante de la figure 1. Figure 2 is a variant of Figure 1.
Il s'est avéré que déjà, du fait de la créa- It turned out that already, because of the creation
tion d'une faible surpression, par introduction d'un low overpressure, by introducing a
Z628728Z628728
gaz non combustible, le processus de combustion pou- non-combustible gas, the combustion process can
vait s'accomplir de façon sûre, sans formation de was to be accomplished in a safe manner, without
NOx/HNO3 et sans extinction involontaire de la flamme. NOx / HNO3 and without involuntary flame extinction.
En tant que gaz non combustibles, on peut surtout utiliser l'argon et le. bi-oxyde de carbone. La quantité de gaz non combustibles à introduire dépend As non - combustible gases, it is possible to use mainly argon and. bi-carbon oxide. The quantity of non-combustible gases to be introduced depends on
essentiellement des dimensions de la chambre de com- essentially dimensions of the chamber of communication
bustion 2 et de la réalisation de la canalisation de bustion 2 and the realization of the pipeline of
purge 11.purge 11.
Avantageusement, on place sur la canalisa- Advantageously, one places on the channeling
tion de purge, une vanne 13 commandée par la pression et réagissant rapidement, cette soupape ne s'ouvrant que pour une surpression de par exemple 2005mPa. On purge valve, a valve 13 controlled by pressure and reacting quickly, this valve opening only for an overpressure of for example 2005mPa. We
peut ainsi utiliser une canalisation de purge de gran- can thus use a large purge pipe
de section tranversale, avantageuse pour des raisons transversal section, advantageous for reasons
de sécurité, sans entraîner, de ce fait, une consomma- of safety, without thereby resulting in a
tion de gaz élevée. La surpression à établir se défi- high gas content. The overpressure to be established is
nit avant tout selon les dimensions de la chambre de combustion. Elle doit être choisie de façon que même above all, according to the dimensions of the combustion chamber. It must be chosen so that even
pour d'importantes fluctuations de pression, la pres- for large pressure fluctuations, the pres-
sion dans la chambre de combustion soit d'au moins in the combustion chamber of at least
1,05 Pa car, autrement, la flamme risque de s'étein- 1.05 Pa, otherwise the flame may extinguish
dre. D'autres réalisations de la canalisation de purge, par exemple un tube avec une résistance élevée à l'écoulement, sont toutefois également possibles et dre. Other embodiments of the purge line, for example a tube with a high resistance to flow, are however also possible and
ne doivent pas être exclues.should not be excluded.
Avantageusement, toutes les canalisations qui débouchent dans la chambre de combustion doivent être protégées par des dispositifs anti-retour de flamme. Lorsque le récipient collecteur d'eau 18 n'est pas directement bridé sur la chambre de combustion, l'incorporation d'un dispositif antiretour de flamme dans la canalisation d'évacuation d'eau 9, peut alors poser des problèmes, lorsque l'évacuation libre est gênée. Le niveau de l'eau monte alors dans la chambre de combustion et cela aboutit à l'extinction de la flamme. Pour cette raison, il est, la plupart du temps, plus avantageux de réaliser la canalisation d'évacuation d'eau en forme de U, auquel cas, les lon- gueurs des branches du U doivent être accordées à la différence de pression souhaitée, donc à la résistance à l'écoulement de la canalisation 10 d'égalisation de Advantageously, all the pipes that open into the combustion chamber must be protected by non-return devices flame. When the water collecting container 18 is not directly flanged on the combustion chamber, the incorporation of a flame retardant device in the water discharge pipe 9, can then cause problems, when the free evacuation is hindered. The water level then rises in the combustion chamber and this results in extinction of the flame. For this reason, it is most of the time more advantageous to make the U-shaped water discharge pipe, in which case the lengths of the legs of the U must be tuned to the desired pressure difference. therefore to the flow resistance of the line of equalization of
la pression. -pressure. -
Lorsqu'il y a lieu de s'attendre dans la chambre de combustion, par suite du matériau utilisé, à une corrosion et à une pollution de l'eau par des ions métalliques, on utilisera avantageusement pour obtenir la surpression, le bioxyde de carbone qui est, de toutes façons, moins coûteux. En outre, on peut When it is expected in the combustion chamber, as a result of the material used, corrosion and water pollution by metal ions, will advantageously be used to obtain the overpressure, the carbon dioxide which is, in any case, less expensive. In addition, one can
ainsi enlever de l'eau de réaction les impuretés mé- thus to remove from the reaction water the metallic impurities
talliques. Le bioxyde de carbone se dissout dans l'eau de réaction. Les produits métalliques de corrosion sont transformés, soit en carbonate insoluble, soit en als. Carbon dioxide dissolves in the reaction water. Corrosion metal products are transformed either into insoluble carbonate or into
carbonate d'hydrogène. Les carbonates d'hydrogène peu- hydrogen carbonate. Hydrogen carbonates can
vent être transformés par chauffage de leur solution aqueuse ou bien par barbotage d'oxygène en carbonates insolubles. Dans les deux cas, le bioxyde de carbone en excédent est en'même temps, enlevé de la solution aqueuse. They may be converted by heating their aqueous solution or by bubbling oxygen into insoluble carbonates. In both cases the excess carbon dioxide is removed from the aqueous solution at the same time.
Le barbotage d'oxygène est, en général, pré- The oxygen sparge is usually
féré pour des raisons énergétiques. run for energy reasons.
Avantageusement, une faible partie 15 de Advantageously, a small portion of
l'oxygène de réaction est dérivée '(à l'aide d'une sou- the reaction oxygen is derived (with the aid of a
pape 14) et introduite au fond du réservoir collecteur pope 14) and introduced to the bottom of the collecting tank
d'eau 18. Une fritte 16 disposée au-dessus de l'empla- 18. A frit 16 disposed above the
cement d'introduction répartit, d'une part, uniformé- introduces, on the one hand, uniformly
ment l'oxygène et empêche, d'autre part, que des sub- oxygen and prevents, on the other hand,
stances solides parviennent dans la canalisation d'é- solid stanzas arrive in the pipeline of
vacuation 17 du réservoir collecteur d'eau. evacuation 17 of the water collecting tank.
Du fait de la présence dans les chambres de combustion de vapeur d'eau, il n'y a pas de risque que le bioxyde de carbone se transforme en monoxyde de carbone au contact de l'hydrogène. Du monoxyde de carbone éventuellement formé réagirait avec la-vapeur Due to the presence in the combustion chambers of water vapor, there is no risk that the carbon dioxide is converted into carbon monoxide in contact with hydrogen. Potentially formed carbon monoxide would react with the vapor
d'eau pour donner de l'hydrogène et du bioxyde de car- water to give hydrogen and carbon dioxide.
bone. L'invention va être exposée plus en détail bone. The invention will be explained in more detail
ci-après à l'aide d'exemples de réalisation. hereinafter using exemplary embodiments.
Le dispositif expérimental est réalisé en acier inoxydable et est représenté sur la figure 1. Il est constitué d'un dispositif de combustion refroidie 1 avec une chambre de combustion 2, fermée et étanche aux gaz, d'environ 50-litres, et qui est alimentée en gaz de réaction par l'intermédiaire de la canalisation The experimental device is made of stainless steel and is shown in Figure 1. It consists of a cooled combustion device 1 with a combustion chamber 2, closed and gas-tight, about 50-liters, and which is supplied with reaction gas via the pipeline
3 pour l'hydrogène et de la canalisation 4 pour l'oxy- 3 for hydrogen and line 4 for oxy-
gêne. Les deux canalisations comportent des disposi- gene. Both pipes have provisions
tifs anti-retour de flamme (non représentés). Avant l'allumage du brûleur, seul l'oxygène est alimenté par l'intermédiaire de la buse 8. L'hydrogène est envoyé par l'intermédiaire d'une soupape à trois voies 5 dans une canalisation de démarrage 6 qui débouche dans une flame arrestors (not shown). Before igniting the burner, only the oxygen is supplied via the nozzle 8. The hydrogen is sent via a three-way valve 5 into a starting pipe 6 which opens into a
hotte et sur laquelle est placée une soupape 7 comman- hood and on which is placed a control valve 7
dée par la pression. La buse 8 comprend, comme cela est décrit dans le document DE-OS 35 05 513 Ai, un fil due to the pressure. The nozzle 8 comprises, as described in DE-OS 35 05 513 Ai, a thread
d'allumage susceptible d'être chauffé électriquement. ignition may be electrically heated.
Lorsque le fil d'allumage a atteint la tem- When the ignition wire has reached the
pérature d'allumage (environ 700 C) et lorsque la ignition temperature (about 700 C) and when the
pression dans la canalisation de démarrage est supé- pressure in the starter line is higher than
rieure à la somme de la perte de pression sur la buse greater than the sum of the pressure loss on the nozzle
et de la pression dans la chambre de combustion, l'hy- and the pressure in the combustion chamber, the hy-
* drogène est envoyé dans la chambre de combustion, ou* drogen is sent to the combustion chamber, or
il s'allume. La flamme est surveillée photo- it lights up. The flame is monitored
électriquement.electrically.
L'eau évacuée s'écoule par l'intermédiaire d'une canalisation d'évacuation d'eau 9, en forme de U, dans un récipient collecteur d'eau 18, refroidi et comportant une régulation de niveau. Une canalisation d'équilibrage de pression 10 assure l'égalité des pressions régnant dans la chambre de combustion et The evacuated water flows via a U-shaped water discharge pipe 9 into a water collecting vessel 18, cooled and having a level control. A pressure equalizing pipe 10 ensures the equalization of the pressures prevailing in the combustion chamber and
dans le récipient collecteur d'eau. in the water collecting container.
L'ensemble du dispositif est relié à l'envi- The entire device is connected to the envi-
ronnement par l'intermédiaire d'une canalisation de through a pipeline of
purge 11.purge 11.
a) Combustion à la pression atmosphérique - a) Combustion at atmospheric pressure -
Comme canalisation de purge, on utilise un As a purge line, we use a
court tronçon de tube (10 x 1 mm).short section of tube (10 x 1 mm).
L'hydrogène produit électroniquement (6m3/h) et l'oxygène produit électrolytiquement (3 m3/h) sont brIlés à la pression atmosphérique. La combustion est Electronically produced hydrogen (6m3 / h) and electrolytically produced oxygen (3m3 / h) are brominated at atmospheric pressure. The combustion is
maintenue environ.pendant 8 heures. L'eau évacuée pré- maintained for about 8 hours. The evacuated water pre-
sente une concentration en acide nitrique d'environ 22000 ppm NO3correspondant à une valeur de pH de 0,5 et cette eau contient des quantités importantes de a nitric acid concentration of about 22000 ppm NO3 corresponding to a pH value of 0.5 and this water contains significant amounts of
produits de corrosion de fines granulations et de pro- corrosion products of fine granulations and
duits de corrosion dissouts.dissolved corrosion products.
b) Canalisation de purge avec une grande résistance à b) Purge line with high resistance to
l'écoulement -the flow -
L'expérience est renouvelée avec une chambre de combustion nettoyée par les mêmes conditions qu'en a). A la canalisation de purge est raccordé un filtre en métal fritté avec une résistance élevée à The experiment is renewed with a combustion chamber cleaned by the same conditions as in a). To the purge line is connected a sintered metal filter with a high resistance to
l'écoulement.flow.
Il survient en 1 heure en moyenne 3 à 6 dé- It occurs in 1 hour on average 3 to 6
pressions de 0,15 Pa ou davantage, bien que la cellule d'électrolyse fonctionne de façon régulière. La flamme pressures of 0.15 Pa or more, although the electrolysis cell operates on a regular basis. The flame
s'éteint alors chaque fois et doit être à nouveau al- then goes off each time and must be
lumée. L'eau est fortement polluée par HN03 et par des Lumee. The water is heavily polluted by HN03 and by
produits de corrosion.corrosion products.
c) Combustion sous surpression -c) Overpressure combustion -
I.'expérience est renouvelée avec une nouvel- The experience is renewed with a new
le chambre de combustion dans les mêmes conditions qu'en a), le réservoir collecteur d'eau étant toute- fois muni d'une canalisation 12, à travers laquelle 40 à 60 litres d'argon par heure sont introduits dans l'espace au-dessus du niveau de l'eau. La canalisation de purge est munie d'une soupape électromagnétique 13 the combustion chamber under the same conditions as in a), the water collecting tank being however provided with a pipe 12, through which 40 to 60 liters of argon per hour are introduced into the space at above the water level. The purge line is equipped with an electromagnetic valve 13
commandée par la pression, par l'intermédiaire de la- commanded by pressure, through the intermediary of
quelle la canalisation 11 n'est ouverte que pour des which line 11 is only open for
pressions supérieures à 11705 mPa. pressures above 11705 mPa.
On constate l'absence d'acide nitrique dans There is no nitric acid in
l'eau évacuée. La valeur du pH est d'environ 7. En ou- the evacuated water. The pH value is around 7. In
tre, on constate l'absence de produits de corrosion, que ce soit sous forme dissoute ou non dissoute. La chambre de combustion s'avère, lors d'une inspection, exempte d'emplacement de corrosion et elle présente un the absence of corrosion products, whether dissolved or undissolved. During an inspection, the combustion chamber proves to be free from corrosion sites and presents a
brillant métallique.shiny metallic.
La combustion est complète. Avec un.specto- The combustion is complete. With a specto-
mètre de masses on ne peut mettre en évidence, après meter of masses one can not highlight, after
environ 1 heure de fonctionnement, ni oxygène, ni hy- about 1 hour of operation, neither oxygen nor hy-
drogène dans la canalisation de purge. Cette expérien- drogen in the purge pipeline. This experience
ce de combustion a été poursuivie pendant plusieurs this burning was continued for several
semaines sans que la flamme s'éteigne involontaire- weeks without the flame going off involuntarily.
ment.is lying.
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