FR2729717A1

FR2729717A1 - MOTOR INSTALLATION

Info

Publication number: FR2729717A1
Application number: FR9500919A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 1996-07-26
Also published as: WO1996023137A1; AU4721896A

Abstract

A power generator (1) including means (2) for generating heat and a machine (3) for at least converting the heat released into mechanical work in the form of the motion of a shaft (5). Said means (2) for releasing heat consist of a mixture (6) of non-carbonaceous gaseous materials capable of exothermally interacting, means (7) for generating said mixture (6), and means (8) for setting off an exothermal reaction. The machine (3) is designed with no internal combustion, and it includes an internal gaseous positive-displacement working fluid that is expandable when exposed to the released heat.

Description

La présente invention concerne une installation motrice. Elle trouvera son application, notamment, dans tous les domaines de l'activité économique dans lesquels on souhaite disposer d'une source d'énergie mécanique. The present invention relates to a power plant. It will find its application, in particular, in all areas of economic activity in which it is desired to have a source of mechanical energy.

Ainsi, à titre d'exemple, la présente invention pourra être utilisée pour entraîner des véhicules maritimes, aériens ou terrestres, pour actionner des dispositifs cryogéniques, pour produire de l'électricité ou autre. Thus, by way of example, the present invention may be used to drive maritime, air or land vehicles, to actuate cryogenic devices, to produce electricity or the like.

Actuellement, on connaît, par exemple, de nombreux dispositifs permettant de fournir un travail mécanique à partir de l'énergie d'un fluide. Néanmoins, chacun présente ses propres inconvénients. Currently, there are known, for example, many devices for providing mechanical work from the energy of a fluid. However, each has its own disadvantages.

Ainsi, par exemple, les moteurs à explosion ou à combustion interne ou externe fonctionnent avec des carburants organiques comme, par exemple, des hydrocarbures, de l'alcool ou autre et leur fonctionnement entraîne de graves nuisances dues, notamment, à la pollution engendrée par les produits de la combustion. De plus, ils consomment des énergies fossiles dont les ressources ne sont pas illimitées. Thus, for example, internal or external combustion or internal combustion engines operate on organic fuels such as, for example, hydrocarbons, alcohol or the like and their operation causes serious nuisances due, in particular, to the pollution generated by products of combustion. In addition, they consume fossil fuels whose resources are not unlimited.

Les moteurs à hydrogène, quant à eux, sont difficiles à mettre en oeuvre, notamment, à cause des difficultés et du danger que représente le stockage du gaz. Hydrogen engines, on the other hand, are difficult to implement, in particular, because of the difficulties and the danger that the storage of gas represents.

On connaît également, afin de produire de l'énergie mécanique, différents modèles de moteurs électriques. Bien que satisfaisants dans certaines applications, ceux-ci présentent l'inconvénient d'être difficiles à alimenter, notamment, quand ils sont embarqués sur des dispositifs comme des automobiles, des navires ou autres. In order to produce mechanical energy, various models of electric motors are also known. Although satisfactory in certain applications, these have the drawback of being difficult to supply, in particular when they are on board devices such as automobiles, ships or the like.

Le but de la présente invention est de proposer une installation motrice qui pallie les inconvénients précités en fonctionnant de manière non polluante. The object of the present invention is to provide a power plant which overcomes the aforementioned drawbacks by operating in a non-polluting manner.

Un autre but de la présente invention est de proposer une installation motrice 'fonctionnant à partir d'une source d'énergie indéfiniment renouvelable. Another object of the present invention is to provide a power plant operating from an indefinitely renewable energy source.

Un autre but de la présente invention est de proposer une installation motrice dont le carburant nécessaire à son utilisation ne soit pas dangereux à stocker. Another object of the present invention is to provide a power plant whose fuel necessary for its use is not dangerous to store.

Un autre but de la présente invention est de proposer une installation motrice qui soit entièrement autonome et puisse être embarquée sans difficulté. Un avantage de l'installation motrice conforme à l'invention est de dégager, lors de son fonctionnement, des vapeurs, non polluantes, qui peuvent être utilisées dans toute application nécessitant un tel fluide. Another object of the present invention is to provide a power plant which is entirely autonomous and can be embarked without difficulty. An advantage of the power plant according to the invention is to release, during its operation, non-polluting vapors, which can be used in any application requiring such a fluid.

D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n' est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Other objects and advantages of the present invention will emerge during the description which follows, which is given only for information and which is not intended to limit it.

L'invention concerne une installation motrice comprenant des moyens pour provoquer un dégagement de chaleur et une machine apte, au moins, à transformer ledit dégagement de chaleur en travail mécanique sous la forme de mouvements d'un arbre, caractérisée par le fait que les moyens pour provoquer un dégagement de chaleur sont constitués par
- un mélange de produits gazeux, non carbonés, aptes à intéragir de manière exothermique,
- des moyens pour générer ledit mélange,
- des moyens pour provoquer ladite réaction exothermique, et par le fait que ladite machine est prévue sans combustion interne et comprend un fluide de travail interne, à déplacement positif, gazeux, apte à être dilaté sous l'effet dudit dégagement de chaleur.The invention relates to a power plant comprising means for causing heat generation and a machine capable, at least, of transforming said heat generation into mechanical work in the form of movements of a shaft, characterized in that the means to cause heat generation are constituted by
- a mixture of gaseous, non-carbon products, capable of interacting exothermically,
- means for generating said mixture,
- Means for causing said exothermic reaction, and by the fact that said machine is provided without internal combustion and comprises an internal working fluid, with positive displacement, gaseous, capable of being expanded under the effect of said release of heat.

La présente invention concerne également l'application de telles installations motrices à la production de vapeur. The present invention also relates to the application of such power plants to the production of steam.

L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description qui va suivre ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. The invention will be better understood if reference is made to the description which follows and to the accompanying drawings which form an integral part thereof.

La figure 1 décrit, de manière schématique, un exemple d'installation motrice conforme à l'invention. Figure 1 describes, schematically, an example of power plant according to the invention.

La figure 2 décrit, de manière schématique, en vue de coupe, un élément d'un exemple de machine utilisée dans une installation motrice telle que celle présentée à la figure 1 précédente. Figure 2 describes, schematically, in sectional view, an element of an example of a machine used in a power plant such as that presented in Figure 1 above.

La présente invention concerne une installation motrice. Elle trouvera ses applications, notamment, dans tous les domaines de l'activité économique dans lesquels on souhaite disposer d'une source d'énergie mécanique. The present invention relates to a power plant. It will find its applications, in particular, in all areas of economic activity in which it is desired to have a source of mechanical energy.

Comme représentée à la figure 1, l'installation motrice 1 comprend des moyens 2 pour provoquer un dégagement de chaleur et une machine 3 apte, au moins, à transformer ledit dégagement de chaleur en travail mécanique sous la forme de mouvements tels que par exemple, comme représenté par les flèches repérées 4, une rotation, d'un arbre 4. As shown in FIG. 1, the power plant 1 comprises means 2 for causing heat generation and a machine 3 capable, at least, of transforming said heat generation into mechanical work in the form of movements such as, for example, as represented by the arrows marked 4, a rotation, of a tree 4.

Selon l'invention, les moyens 2 pour provoquer un dégagement de chaleur sont constitués par un mélange 6 de produits gazeux, non carbonés, aptes à intéragir de manière exothermique, par des moyens 7 pour générer ledit mélange 6 et par des moyens 8 pour provoquer ladite réaction exothermique au niveau, notamment, de la machine 3. According to the invention, the means 2 for causing a release of heat consist of a mixture 6 of gaseous, non-carbonated products, capable of interacting exothermically, by means 7 for generating said mixture 6 and by means 8 for causing said exothermic reaction at the level, in particular, of machine 3.

Comme représentée à la figure 2, ladite machine 3 est prévue sans combustion interne et comprend un fluide 9 de travail à déplacement positif. Ceci signifie que la transformation en énergie mécanique de l'énergie du fluide 9 de travail provient des variations de volume créées par ledit fluide 9 dans une chambre de travail 10, l'effet dynamique du fluide de travail 9, contrairement aux applications du type turbine, étant d'importance mineure. As shown in Figure 2, said machine 3 is provided without internal combustion and comprises a working fluid 9 with positive displacement. This means that the transformation into mechanical energy of the energy of the working fluid 9 comes from the variations in volume created by said fluid 9 in a working chamber 10, the dynamic effect of the working fluid 9, unlike applications of the turbine type. , being of minor importance.

Selon l'invention, ledit fluide de travail 9 est interne à la machine 3, gazeux et apte à être dilaté sous l'effet du dégagement de chaleur due, notamment, à la réaction exothermique du mélange gazeux 6.According to the invention, said working fluid 9 is internal to the machine 3, gaseous and capable of being expanded under the effect of the release of heat due, in particular, to the exothermic reaction of the gaseous mixture 6.

La machine 3 de l'installation motrice 1 conforme à l'invention comprend également, par exemple, au moins un piston 11, apte à entraîner, notamment, l'arbre 5. The machine 3 of the power plant 1 according to the invention also comprises, for example, at least one piston 11, capable of driving, in particular, the shaft 5.

Selon le mode particulier de réalisation de l'invention de la figure 2, la machine 3 est une machine connue de l'homme de l'art sous le nom de machine "Stirling". I1 pourra s'agir, par exemple, d'une machine "Stirling" comprenant un régénérateur 37 fixe et deux pistons lia, ilb. Dans de telles machines, comme il est connu de l'homme de l'art, le fluide de travail 9 est dilaté, par 1'intermédiaire d'une tête thermoconductrice 12, sous l'effet d'un dégagement de chaleur au niveau de ladite tête 12. According to the particular embodiment of the invention of Figure 2, the machine 3 is a machine known to those skilled in the art under the name of machine "Stirling". I1 could be, for example, a "Stirling" machine comprising a fixed regenerator 37 and two pistons 11a, 11b. In such machines, as is known to those skilled in the art, the working fluid 9 is expanded, by means of a thermally conductive head 12, under the effect of a release of heat at the level of said head 12.

Ainsi, comme représentés par les flèches repérées 13, les pistons lia, llb se déplacent dans le cylindre 14 suivant la flèche repérée 15 et décrivent le cycle connu d'une machine Stirling. Une source froide, constituée, par exemple, par un dispositif de ventilation, non représenté, peut être, notamment, prévu. Thus, as represented by the arrows marked 13, the pistons 11a, 11b move in the cylinder 14 along the arrow marked 15 and describe the known cycle of a Stirling machine. A cold source, constituted, for example, by a ventilation device, not shown, can be, in particular, provided.

Afin d'augmenter la puissance de l'installation motrice 1, on peut associer, par exemple, plusieurs machines 3 en série et/ou en parallèle. In order to increase the power of the power plant 1, it is possible, for example, to combine several machines 3 in series and / or in parallel.

Selon l'invention, le mélange 6 de produits gazeux est, notamment, un mélange de dihydrogène et de dioxygène. According to the invention, the mixture 6 of gaseous products is, in particular, a mixture of dihydrogen and dioxygen.

Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, on constate que les moyens 7 pour générer le mélange 6 sont constitués, par exemple, par un dispositif d'électrolyse 16 d'eau 23. L'installation motrice 1 conforme à l'invention présente ainsi l'avantage d'éviter le stockage d'hydrogène gazeux. De plus, gracie à l'électrolyse de l'eau, on obtient directement un mélange gazeux en proportion stoechiométrique. If we refer again to FIG. 1, we see that the means 7 for generating the mixture 6 consist, for example, of an electrolysis device 16 of water 23. The power plant 1 conforms to l The invention thus has the advantage of avoiding the storage of hydrogen gas. In addition, thanks to the electrolysis of water, a gaseous mixture is obtained directly in stoichiometric proportion.

Néanmoins, selon un autre mode de réalisation de l'invention, on pourra prévoir un récipient indépendant de stockage d'hydrogène, apte à être mélangé, par la suite, notamment à du dioxygène issu de l'air. However, according to another embodiment of the invention, an independent hydrogen storage container may be provided, suitable for being subsequently mixed, in particular with dioxygen from the air.

En ce qui concerne le dispositif d'électrolyse 16, il comprend, par exemple, un bac électrolytique 17 et au moins deux électrodes 18. Il peut s'agir, par exemple, d'électrodes en tube creux. Les moyens 7 pour générer le mélange 6 comprennent également, par exemple, un volume 19 apte à recevoir le gaz dégagé aux électrodes 18. As regards the electrolysis device 16, it comprises, for example, an electrolytic tank 17 and at least two electrodes 18. It can be, for example, electrodes in hollow tube. The means 7 for generating the mixture 6 also include, for example, a volume 19 capable of receiving the gas released at the electrodes 18.

L'installation motrice 1 conforme à l'invention comprend, en outre, par exemple, des moyens 20 pour alimenter, en électricité, le dispositif d'électrolyse 16 à partir de la machine 3. Ils sont constitués, notamment, par une génératrice électrique 21 comprenant un rotor 22 couplé à l'arbre 5 de ladite machine 3. The power plant 1 according to the invention further comprises, for example, means 20 for supplying electricity, the electrolysis device 16 from the machine 3. They are constituted, in particular, by an electric generator 21 comprising a rotor 22 coupled to the shaft 5 of said machine 3.

La génératrice 21 est constituée, par exemple, par une machine électrique synchrone à rotor à aimant permanent. Elle alimente le dispositif d'électrolyse 16 en courant alternatif ou, par l'intermédiaire, notamment, d'un redresseur, en courant continu. The generator 21 is constituted, for example, by a synchronous electric machine with a permanent magnet rotor. It supplies the electrolysis device 16 with alternating current or, in particular, by means of a rectifier, with direct current.

Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'eau 23 électrolysée est de l'eau de mer. According to a particular embodiment of the invention, the electrolyzed water 23 is sea water.

L'installation motrice 1 conforme à l'invention présente ainsi l'avantage de fonctionner à partir d'une source d'énergie indéfiniment renouvelable et non polluante.The power plant 1 according to the invention thus has the advantage of operating from an indefinitely renewable and non-polluting energy source.

Afin d'être alimenté, le bac électrolytique 17 comprend, par exemple, un orifice 24 par lequel le plein d'eau peut être effectué. Un changement périodique dudit bac 17, notamment dans le cas d'électrolyses d'eau de mer, peut être prévu pour récupérer les sels produits par la réaction électrochimique. In order to be supplied, the electrolytic tank 17 comprises, for example, an orifice 24 through which the tank can be filled with water. A periodic change of said tank 17, in particular in the case of seawater electrolysis, can be provided to recover the salts produced by the electrochemical reaction.

A ce sujet, dans le cas d'une électrolyse à courant alternatif, on ajoutera, éventuellement, dans le bac électrolytique 17, de la soude ou de l'acide sulfurique dont on maintiendra la concentration. On this subject, in the case of alternating current electrolysis, soda or sulfuric acid, the concentration of which will be maintained, will optionally be added to the electrolytic tank 17.

Toujours selon la figure 1, on remarque que les moyens 8 pour provoquer la réaction exothermique sont constitués par une chambre de réaction 25, munie de moyens 26 pour y maintenir une température apte à déclencher ladite réaction exothermique. Still according to FIG. 1, it can be seen that the means 8 for causing the exothermic reaction consist of a reaction chamber 25, provided with means 26 for maintaining a temperature therein capable of triggering said exothermic reaction.

En effet, si l'on utilise, notamment, un mélange gazeux 6 constitué de dihydrogène et de dioxygène, la réaction nécessite, pour se déclencher, par exemple, une température élevée. A cet effet, . on pourra prévoir également, notamment, d'utiliser différents catalyseurs tels que du platine ou autre. Indeed, if one uses, in particular, a gaseous mixture 6 consisting of dihydrogen and dioxygen, the reaction requires, to start, for example, a high temperature. To this end,. provision may also be made, in particular, for using different catalysts such as platinum or the like.

On peut remarquer, en outre, que la nécessité de prévoir une température T élevée pour le déclenchement de la réaction exothermique est un gage de sécurité. En effet, à l'arrêt, l'installation motrice 1 conforme à l'invention ne contient aucune source d'énergie explosable ou inflammable. De même, le risque d'auto-allumage est quasiment nul. It can also be noted that the need to provide a high temperature T for triggering the exothermic reaction is a guarantee of security. Indeed, when stationary, the power plant 1 according to the invention contains no explosive or flammable energy source. Similarly, the risk of self-ignition is almost zero.

La chambre de réaction 25 est constituée, par exemple, de matériaux connus de l'homme de l'art, résistant d'une part, à la corrosion et d'autre part aux hautes températures et aux chocs thermiques. The reaction chamber 25 is made, for example, of materials known to those skilled in the art, resistant on the one hand, to corrosion and on the other hand to high temperatures and thermal shocks.

De plus, selon le mode de réalisation particulier décrit, les moyens 8 pour provoquer la réaction exothermique sont constitués par des moyens 27 pour injecter le mélange gazeux 6, prévu sous pression, dans ladite chambre 25. Ils sont reliés, d'un côté, au volume 19 prévu au niveau du bac électrolytique 17 et, de l'autre, par exemple par l'intermédiaire d'une buse d'injection 28, à la chambre de réaction 25. Les moyens pour injecter 27 comprennent, en outre, notamment, une vanne 29, apte à contrôler la pression d'injection. In addition, according to the particular embodiment described, the means 8 for causing the exothermic reaction are constituted by means 27 for injecting the gas mixture 6, provided under pressure, into said chamber 25. They are connected, on one side, at the volume 19 provided at the level of the electrolytic tank 17 and, on the other, for example by means of an injection nozzle 28, to the reaction chamber 25. The means for injecting 27 comprise, in addition, in particular , a valve 29, capable of controlling the injection pressure.

Dans le cas de l'utilisation d'une machine 3 de type Stirling, la tête 12 de ladite machine 3 permet de transmettre la chaleur dégagée par la réaction exothermique dans la chambre 25 au fluide de travail 9. Pour cela, par exemple, ladite tête 12, est insérée à l'intérieur de la chambre de réaction 25. In the case of the use of a machine 3 of the Stirling type, the head 12 of said machine 3 makes it possible to transmit the heat released by the exothermic reaction in the chamber 25 to the working fluid 9. For this, for example, said head 12, is inserted inside the reaction chamber 25.

Les matériaux qui composent la tête 30 présentent, comme la chambre de réaction 25, des propriétés de résistance à la corrosion, aux chocs thermiques ou autres. De plus, ils sont de forte conductivité thermique. The materials that make up the head 30 have, like the reaction chamber 25, properties of resistance to corrosion, thermal shock or the like. In addition, they are of high thermal conductivity.

A titre d'exemple, on pourra choisir un matériau à base de silicium tel que du SiC.By way of example, it is possible to choose a silicon-based material such as SiC.

Selon l'invention, lorsque la machine 3 est en régime établi, les moyens 26 pour maintenir la température sont constitués par le dégagement de chaleur provoqué par la réaction exothermique elle-même. According to the invention, when the machine 3 is in steady state, the means 26 for maintaining the temperature consist of the release of heat caused by the exothermic reaction itself.

Ils peuvent être constitués, en outre, par exemple, de résistance électrique, assujettie à la chambre de réaction 25 et/ou à la tête 12 et alimentée, notamment, par la génératrice électrique 21. They can also be made up, for example, of an electrical resistance, subject to the reaction chamber 25 and / or to the head 12 and supplied, in particular, by the electric generator 21.

Lors du démarrage de l'installation motrice 1, les moyens 26 pour maintenir la température à l'intérieur de la chambre de réaction 25 sont constitués, par la machine 3, prévue de type Stirling, fonctionnant en pompe à chaleur. Pour cela, par exemple, une batterie 30 alimente, notamment un moteur à courant continu 31 entraînant, par l'intermédiaire de son rotor, l'arbre 5. Lorsque la machine 3 est en régime établi, on peut alors recharger, par l'intermédiaire du moteur électrique 31, la batterie 30 ou alimenter selon la position d'un interrupteur 32, des circuits électriques annexes 33. When starting the power plant 1, the means 26 for maintaining the temperature inside the reaction chamber 25 are constituted by the machine 3, provided of the Stirling type, operating as a heat pump. For this, for example, a battery 30 supplies, in particular a DC motor 31 driving, via its rotor, the shaft 5. When the machine 3 is in steady state, one can then recharge, by intermediate the electric motor 31, the battery 30 or supply, depending on the position of a switch 32, additional electrical circuits 33.

A la figure 1, on peut également remarquer que l'installation motrice 1 conforme à l'invention comprend, en outre, éventuellement, un volant d'inertie 35 et/ou une prise de force 36, assujettis, par exemple, à l'arbre 5. In FIG. 1, it can also be noted that the power plant 1 according to the invention further comprises, optionally, a flywheel 35 and / or a PTO 36, subject, for example, to the tree 5.

Comme l'illustre l'exemple particulier d'installation motrice 1 décrite ci-dessus, il est à noter que l'invention présente l'avantage de prévoir la réaction du dihydrogène et du dioxygène et donc la synthèse d'eau au niveau de la chambre de réaction 25 et non à l'intérieur du cylindre 14 de la machine 3 utilisée. Sa chambre de travail 10 n'a donc pas, en elle-mêmes à être protégée contre une action corrosive de l'eau. As illustrated by the particular example of power plant 1 described above, it should be noted that the invention has the advantage of providing for the reaction of dihydrogen and dioxygen and therefore the synthesis of water at the level of the reaction chamber 25 and not inside the cylinder 14 of the machine 3 used. Its working chamber 10 therefore does not in itself have to be protected against a corrosive action of water.

A ce sujet, la présente invention concerne également une application de l'installation motrice 1, décrite ci-dessus, à la production de vapeur. In this regard, the present invention also relates to an application of the power plant 1, described above, to the production of steam.

Elle peut donc être utilisée, en outre, par exemple, dans le domaine de la fabrication de produits synthétiques par vapocraquage,
Pour cela, la chambre de réaction 25 présente, par exemple, un orifice 34 par lequel on collecte, notamment, la vapeur d ' eau due à la réaction entre le dioxygène et le dihydrogène.It can therefore be used, in addition, for example, in the field of the manufacture of synthetic products by steam cracking,
For this, the reaction chamber 25 has, for example, an orifice 34 through which is collected, in particular, the water vapor due to the reaction between dioxygen and dihydrogen.

Naturellement, d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de 1'homme de l'art, auraient pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de la présente demande. Naturally, other implementations of the present invention, within the reach of those skilled in the art, could have been envisaged without departing from the scope of the present application.

Claims

1. Powerplant (1) comprising means (2) for causing heat generation and a machine (3) capable, at least, of transforming said heat generation into mechanical work in the form of movements of a shaft (5 ), characterized in that the means (2) for causing heat generation are constituted by

- a mixture (6) of gaseous, non-carbon products, capable of interacting exothermically,

- means (7) for generating said mixture (6),

- Means (8) for causing said exothermic reaction, and by the fact that said machine (3) is provided without internal combustion and comprises an internal working fluid (9), with positive displacement, gaseous, capable of being expanded under the effect of said release of heat.

2. Powerplant according to claim 1, characterized in that the machine (3) is a Stirling machine.

3. Powerplant according to claim 1, characterized in that the mixture of gaseous products is a mixture of dihydrogen and dioxygen.

4. Powerplant according to claim 1, characterized in that the means (7) for generating said mixture (6) consist of an electrolysis device (16) of water (23).

5. Powerplant according to claim 4, characterized in that it comprises means (20) for supplying said electrolysis device (16) from the machine (3), consisting of an electric generator (21) comprising a rotor (22) coupled to the shaft (5) of said machine (3).

6. Powerplant according to claim 4, characterized in that the water (23) electrolyzed is sea water.

7. Powerplant according to claim 1, characterized in that the means (8) for causing the exothermic reaction consist of a reaction chamber (25) provided with means (26) for maintaining a temperature therein capable of triggering said reaction exothermic, and means (27) for injecting the gas mixture (6), provided under pressure, into said chamber (25).

8. Powerplant according to claim 7, characterized in that the means (26) for maintaining the temperature are constituted by the release of heat caused by the exothermic reaction itself when the machine (3) is in steady state.

9. Powerplant according to claim 7, characterized in that the means (26) for maintaining the temperature are constituted by the machine (3) operating as a heat pump when starting the powerplant (1).

10. Application of the power plant according to claim 1 to the production of steam.