BE677086A

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Info

Publication number: BE677086A
Authority: BE
Priority date: 1966-02-25
Filing date: 1966-02-25
Publication date: 1966-08-25

Description


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  Procédé et dispositif pour   conférer   un niveau   énergétique   élevé à un fluide. 



   La présente invention est relative à un procédé et dispositif pour conférer un niveau énergétique élevé à un fluide.   @  
On sait que sous le vocable de torche à   pla&ma,   on groupe d'une façon générale, des dispositifs dans lesquels on fait passer un gaz neutre ou inerte à faible vitesse à   travers   un arc électrique, ce qui a pour effet de conférer au dit gaz un niveau énergétique élevé et le rend ainsi susceptible de nombreuses utilisations,notamment pour les opérations de soudure par fusion sous atmosphère neutre ou inerte. 

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   Le résultat principal obtenu au moyen de ces dispositifs, consiste donc dans l'obtention d'une zone   ga-   zeuse plus ou moins étendue, présentant une température élevée et un caractère neutre ou inerte et permettant de réaliser une fusion de métal sans crainte   d'oxydation.   



   La présente invention a également pour objet un procédé permettant d'obtenir un fluide à haut niveau énergétique en utilisant la technique par ailleurs connue de formation de plasma tout en modifiant parfois sensiblement le caractère neutre ou inerte des dit  plasmas. 



   Le procédé objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que l'on fait passer un gaz ou mélange gazeux dans un champ électrique,tel que le champ   dissocié    ionise et/ou excite tout ou partie du mélange et en ce qu'on injecte ensuite dans le mélange, dont à cet endroit une partie au moins est transformée en plasma, un fluide capable de réagir de façon exothermique avec tout ou partie du dit mélange. 



   Il a été observé que les produits résultant de ces réactions exothermiques étaient portés   à   un   niveau   énergétique particulièrement élevé et convenaient spécialement pour des opérations de fusion métallurgique ou du décou- page des métaux. Il est à remarquer en effet que le niveau énergétique et thermique auquel sont portés les dits produits de réaction, provient de la superposition de deux effets agissant dans le même sens, à savoir d'une part l'énergie transmise au mélange par sa mise sous forme de plasma, et 

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 d'autre part, la combustion exothermique réalisée sur des matières déjà à haut niveau énergétique et thermique. Les deux effets sont évidemment cumulatifs. 



   Suivant une variante avantageuse du procédé ci-dessus, le mélange gazeux et/ou le fluide contiennent de l'oxygène libérable, par exemple par réduction ou par dissociation, en quantité de préférence contrôlable, ce qui permet de régler à volonté les caractéristiques réactionnelles (par exemple oxydantes ou réductrices) du mélange, du plasma et/ou des produits de réaction. Cette variante permet d'étendre le champ d'action du procédé aux opérations d'affinage métallurgique. 



   Le champ électrique utilisé est obtenu par une décharge électrique présentant de préférence une symétrie radiale entre ses électrodes, la distance   interélectro-   de est réglée en fonction de la tension existant entre les électrodes, en fonction des caractéristiques (par exemple nature - pression -débit - température) du mélange gazeux passant dans le dit champ, dans le but d'augmenter le plus possible la température, la concentration ionique et la vitesse du plasma. Ce réglage ne suit pas de règle absolue préétablie, il est variable avec chaque cas particulier. 



   Suivant une autre variante intéressante, le plasma formé est enfermé dans un champ constrictif, par exemple un champ magnétique ayant des lignes de forces sensiblement perpendiculaires au déplacement du plasma et un sens tel, que l'effet mécanique sur le plasma soit centri- 

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 pète, ce qui affine le pinceau et contribueà augmenter la température du dit plasma. 



   Il a encore été trouvé intéressant de munir les électrodes d'un circuit de refroidissement par fluide et d'utiliser précisément comme fluide de refroidissement de l'une au moins des électrode, le fluide qui est injecté dans le Mélange, De cette façon on récupère les calories emportées par le fluide de refroidissement et on supprime les canalisations de retour du dit fluide. 



   Il ne sort évidemment pas du cadre de la présente invention,d'utiliser tout ou partir du dit fluide pour refroidir également le dispositif produisant le champ constrictif ci-dessus mentionné. 



   Suivant une autre variante avantageuse du pro-   cède)   le mélange gazeux contient une notable proportion de combustible, tel que par exemple du gaz de four à coke, des produits légers de distillation des pétroles et des gaz de récupération, des gaz combustibles saturés ou non, tandis que le fluide contient une forte proportion d'oxygène, voire de l'oxygène pur. 



   Cette variante permet d'effectuer, de façon quasi simultanée, le craking éventuel (total ou partiel) des combustibles en même temps que leur ionisation et permet d'obtenir des produits de combustion dont la température est particulièrement élevée grâce au fait que l'oxygène comburant agit sur des combustibles devenus plus légers puisque crakés. 

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   On peut encore suivant l'invention et de façon particulièrement intéressante, constituer le mélange gazeux pratiquement d'oxygène pur et le fluide d'une notable proportion de combustible tel que par exemple du gaz de four à coke, des gaz de récupération, des produits légers de distillation, etc... Cette variante est spécialement avantageuse quand on désire faire varier dans de larges limites le débit du plasma ainsi que son caractère oxydant ou réducteur. 



  On peut en effet modifier facilement le débit d'O2 sans modifier celui du fluide de refroidissement, ce qui maintient constant le pouvoir refroidissant de son circuit. Il est plus intéressant d'effectuer cette variation de débit de plasma par l'oxygène que par les combustibles afin d'éviter des modifications inopportunes, toujours possibles dans le taux d craking ou de dissociation des combustibles. Dans ce der-   n@er   cas,   on   peut avec intérêt ajouter du fuel liquide au d. fluide, ce qui permet notamment d'augmenter son refroidisant sur les électrodes,
La présente invention a également pour objet ur dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus de   'rit.   



   Le dispositif objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte deux   @@ectrodes   séparées par un joint en un matériau isolant, es deux électrodes et le joint étant disposés de façon à   ;énager   entre eux une enceinte munie de deux orifices, le   rentier   dit d'entrée auquel est raccordée une conduite d'ar- 

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 rivée du mélange ci-dessus décrit, et le second dit de sortie par où s'échappe le mélange et pratiqué de préférence dans une électrode, un dispositif d'alimentation des électrodes en énergie électrique convenable pour qu'un arc électrique puisse jaillir entre l'une ou l'autre partie des deux électrodes, un dispositif permettant d'injecter un fluide gazeux et/ou liquide dans le mélange sortant par l'orifice de sortie,

   l'axe du jet du fluide étant de préférence oblique sur celui du mélange et faisant un angle aigu avec   celui-ci.   



   Suivant   unes     variante    avantageuse, les électrodes sont coaxiales et   présentent   une symétrie radiale, l'une d'entre elles au moins (dite électrode d'entrée) comportant un élément mobile muni d'un dispositif permettant de modifier la distance ou dit élément par rapport à l'autre électrode. 



   Suivant une modalité plus intéressante encore, le dit élément de forme sensiblement cylindrique est coaxial aux électrodes, présente une symétrie radiale et coulisse dans une cavité pratiquée dans l'axe d'une des électrodes, tandis que l'orifice de sortie pratiqué dans l'autre électro- de est également coaxial aux dites électrodes et présente une symétrie radiale. 



   Il a encore été trouvé intéressant de donner à l'orifice d'entrée du mélange dans l'enceinte, une forme annulaire et de le disposer dans l'électrode d'entrée coaxia- lement à celle-ci, la dite enceinte présentant également de préférence une symétrie radiale et une disposition coaxiale aux électrodes. 

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   Suivant une autre variante également intéressante, l'orifice d'entrée du mélange est composé de petits conduits répartis autour de l'élément mobile de façon sensiblement régulière ou mieux encore, sont incorporés dans une gaine entourant le dit élément et pouvant coulisser avec lui, ce qui permet notamment de régler les dimensions de l'enceinte à sa valeur optimale. 



   Les deux électrodes sont chacune avantageusement refroidies au moyen de dispositifs classiques pouvant être séparés ou réunis ;toutefois il a été trouvé spécialement intéressant de constituer le circuit de refroidissement de l'électrode d'entrée au moyen de circuit d'alimentation en mélange et de constituer le circuit de refroidissement de l'électrode de sortie au moyen du circuit d'alimentation du fluide injecté, l'injecteur étant dans ce cas,   préféremment   solidaire de l'électrode de sortie. 



   Le schéma ci-après donné non à l'échelle à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux   conpren-   dre le procédé de l'invention et de mieux se rendre compte comment peut se présenter une modalité du dispositif de cette invention. 



   Les repères 1 et 2 représentent en coupe, deux électrodes coaxiales entre lesquelles un générateur 3 en- tretient une différence de potentiel capable de faire jail- lir un arc entre les pôles des dites électrodes. Le pôle de l'électrode 1 est en   4.   Le pôle de l'électrode 2 est constitué de l'extrémité 5 d'un doigt mobile 6 coulissant 

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 dans un logement 7 pratiqué dans l'électrode 2. Les par- ties fixes des deux électrodes 1 et 2 sont séparées par un écran électriquement isolant 8 formant avec elles une encein- te 9.

   Cette enceinte 9 est munie de deux orifices, le premier dit d'entrée repéré 10 par où pénètre le mélange dans l'en- ceinte grâce au conduit 11 et à la chambre 12, le second 13, par où   s'échappe   ce mélange au moins partiellement   transfor.   mé en plasma. 



   L'électrode2 qui présente l'axe de symétrie 14 est creuse en 15 et refroidie par un circuit dont l'entrée et la sortie sont respectivement en 16 et 17. 



   L'éléctrode 1 est creuse en 18 et est   refroi-        die par un fluide dont l'entrée est en 19 et la sortie en  20.   



  L'axe 21 de cette sortie   20'est   coplanaire à l'axe 14 et fait un angle aigu 22 avec ce dernier. 



   Ainsi constitué, le dispositif peut fonction- ner comme suit : 
Le générateur 3 entretient un arc entre les   p8les  4 et 5 du dispositif. La longueur de cet arc est ré- glée à la valeur optimale grâce au doigt mobile 6. Le con- duit 11 est alimenté en un mélange gazeux transformé en plasma par l'arc jaillissant entre les deux pôles. Dans la flamme de plasma sortant par l'orifice 13, on injecte par le conduit oblique 20, un fluide refroidisseur capable de réagir exothermiquement avec la dite flamme. 



   Il est à remarquer que le doigt 6 coulisse dans une gaine 23 dans laquelle on peut faire passer à vo- lonté un combustible ou un comburant, de préférence gazeux. 

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  Le doigt 6 présente lui-même un conduit axial 24.dans lequel on peut faire passer un combustible liquide à haute pression. Ce dernier traverse la zone ionisée sans pratiquement courir de risque d'éteindre l'arc. Il permet de commencer plus rapidement les réactions exothermiques envisagées. 



   REVENDICATIONS. 



   1. Procédé caractérisé en ce que l'on fait passer un gaz ou mélange gazeux dans un champ électrique, tel que le champ dissocie, ionise et/ou excite tout ou partie du mélange et en ce qu'on injecte ensuite dans le mélange, dont à cet endroit une partie au moins est transformée en plasma, un fluide capable de réagir de façon exothermique avec tout ou partie du dit mélange.

Claims

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux et/ou le fluide contiennent de l'oxygène libérable, par exemple par réduction ou par dissociation, en quantité de préférence contrôlable, ce qui permet de régler à volonté les caractéristiques réactionnelles (par exemple oxydantes ou réductrices) du mélange, du plasma et/ou des produits de réaction.

3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractériséOen ce que le champ électrique utilisé est obtenu par une décharge électrique présentant de préférence une symétrie radiale entre ses <Desc/Clms Page number 10> électrodes et en ce que la distance interélectrode est . réglée en fonction de la tension existant entre les électrodes, en fonction des caractéristiques (par exemple nature pression - débit - température) du mélange gazeux passant dans le dit champ.

4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le plasma formé est enfermé dans un champ constrictif, par exemple un champ magnétique ayant des lignes de forces sensiblement perpendiculaires au déplacement du plasma et un sens tel que l'effet mécanique sur le plasme soit centripète, 5, Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on munit les électrodes d'un cir@@lt de refroidissement par fluide et utilise comme fluide de refroidissement de l'une au moins des électrodes, le fluide qui est injecté dans le mélange.

6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mélange gazeux contient une notable proportion de combustible, tel que par exemple du gaz de four à coke, des produits légers de distillation des pétroles et des gaz de récupération, des gaz combustibles saturés ou non, tandis que le fluide contient une forte propor- tion d'oxygène, voire de l'oxygène pur.

7. Procédé suivant l'une ou l'autre des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on constitue le mélange gazeux pratiquement d'oxygène pur et le fluide d'une notable proportion de combustible, tel que par exem- ple du gaz de four à coke, des gaz de récupération, des pro- <Desc/Clms Page number 11> duits légers de distillation, etc...

8. dispositif pour la mise en oeuvre des procédés décrits suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé.en ce qu'il comporte deux électrodes séparées par ur. joint en un matériau isolant, les deux électrodes et le jor.nt étant disposés de façon à ménager entre eux une enceinte munie de deux orifices, le premier dit d'entrée auquel est raccordée une conduite d'arrivée du dit mélange et le second dit de sortie, par où s'échappe le mélange et pratiqué de préférence dans une électrode, un dispositif d'alimentation des électrodes en énergie électri- que convenable pour qu'un arc électrique puisse jaillir entre l'une ou l'autre partie des deux électrodes, un dispositif permettant d'injecter un fluide gazeux et/ou liquide dans le mélange sortant par l'orifice de sortie,

l'axe du jet du fluide étant de préférence oblique sur celui du mélange et faisant un angle aigu avec celui-ci.

9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les électrodes sont coaxiales et présentent une symétrie radiale, l'une d'entre elles au moins (dite électrode d'entrée) comporte un élément mobile muni d'un dispositif permettant de modifier la distance du dit élément par rapport à l'autre électrode.

10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le dit élément de forme sensiblement cylindrique est coaxial aux électrodes, présente une symétrie radiale et coulisse dans une cavité pratiquée dans l'axe d'une des électrodes tandis que l'orifice de sortie <Desc/Clms Page number 12> pratiqué dans l'autre électrode est également coaxial aux dites électrodes et présente une symétrie radiale.

11. Dispositif suivant l'une ou l'auto des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'orif:e d'en- trée du mélange dans l'enceinte présente une forme @@nulaire et est disposé dans l'électrode d'entrée coaxialement à celle- ci, la dite enceinte présentant également de préférence une @ symétrie radiale et une disposition coaxiale aux électrodes.

12. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que l'élément mobi- le est entouré d'une gaine pouant coulisser avec lui et dans laquelle sont logés des conduits destinés à amener le mélange au voisinage de la zone ionisée par l'arc électrique. la.Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 8 à 12.caractérisé en ce que les deux élec- trodes sont chacune avantageusement refroidies au moyen de dispositifs classiques pouvant être séparés ou réunis et de préférence en ce que le circuit de refroidissement de l'élec- trode d'entrée est alimenté en le dit mélange et le circuit de refroidissement de l'électrode de sortie alimenté en le fluide injecté, l'injecteur étant dans ce cas préféremment solidaire de l'électrode de sortie.

14. Procédés et dispositifs tels que décrits ci-dessus.