FR3014486A1 - Procede de combustion de matieres hydrocarbonees dans un moteur thermique, moteur thermique et systeme de production d'energie mettant en oeuvre un tel procede - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de combustion de matières hydrocarbonées (HC) solides, liquides ou gazeuses dans un moteur thermique (200) comprenant au moins une chambre de combustion (106), ledit procédé comprenant au moins une itération des étapes suivantes composant un cycle de combustion : - introduction, dans ladite chambre de combustion (106), d'une charge de matières hydrocarbonées (HC) et d'un gaz comburant, et - déclenchement d'une combustion de ladite charge de matières hydrocarbonées avec ledit gaz comburant ; caractérisé en ce que ledit gaz comburant comprend : - du trioxygène (O3), et - du dioxyde de carbone (CO2) et/ou du trioxyde de carbone (CO3). L'invention concerne également un moteur thermique mettant en œuvre le procédé selon l'invention et un système de production d'énergie à partir de matières hydrocarbonées mettant en œuvre un tel moteur.

Description

- 1 - « Procédé de combustion de matières hydrocarbonées dans un moteur thermique, moteur thermique et système de production d'énergie mettant en oeuvre un tel procédé » L'invention concerne un procédé de combustion de matières hydrocarbonées dans un moteur thermique. Elle concerne également un moteur thermique mettant en oeuvre un tel procédé et un système de production d'énergie à partir de matières hydrocarbonées comprenant un tel moteur.
Le domaine de l'invention est le domaine du traitement des matières hydrocarbonées solides, liquides et/ou gazeuses, plus particulièrement du gasoil. L'invention porte en particulier sur la combustion du gasoil, et plus généralement de matières hydrocarbonées dans un moteur thermique.
Etat de la technique La grande majorité de ces systèmes pratiquent la combustion de ces matières hydrocarbonées avec de l'air atmosphérique comme comburant. Sachant que l'air atmosphérique est composé de 21% d'oxygène et de 78% d'azote, le reste étant des gaz rares, seul l'oxygène (02) est l'élément réactif de la combustion. L'azote est un gaz neutre qui sert de "ballast" caloporteur et/ou de volume expansif de travail dans les systèmes actuels selon que ceux-ci sont dédiés à la production d'énergie thermique (chaudières, etc.) ou à une conversion en énergie mécanique (moteurs thermiques, turbines, etc.). Pour réaliser une combustion complète sous air atmosphérique le comburant doit être pourvu en excès, par rapport à la quantité d'oxygène actif. Ceci génère des volumes de gaz de combustion disproportionnés à ceux réellement produits par la combustion complète. De plus, les importants volumes de gaz de combustion génèrent des nuisances/pollutions atmosphériques conséquentes dont la neutralisation des effets est difficilement réalisable (chaleur, polluants organiques, CO2, oxydes divers et aérosols, etc.). - 2 - En outre, ces volumes de gaz de combustion disproportionnés rendent difficiles et coûteux les moyens à mettre en oeuvre pour neutraliser les pollutions qu'ils génèrent et notamment le captage du CO2, qui est une des principales cause du réchauffement de la planète.
Ces excès de comburant réduisent d'autant le rendement du transfert de l'énergie du combustible au système qui le met en oeuvre et, généralement, ne réalisent pas une combustion complète. Par ailleurs, la combustion incomplète des matières hydrocarbonées cause l'encrassement des systèmes actuels ce qui réduit le rendement des 10 systèmes actuels dans le temps. Ces inconvénients ont pour conséquence que la performance thermodynamique des moteurs thermiques actuels dépasse rarement 50% du pouvoir calorifique du combustible employé, cela signifie un gaspillage de plus de la moitié de l'énergie disponible. De plus, une grande part de 15 l'énergie thermique est dissipée par les systèmes de refroidissement moteurs et les gaz d'échappement. Généralement, le rendement "global" des moteurs thermiques est inférieur à 45% du PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) du combustible employé. D'autres procédés mettent en oeuvre une combustion des matières 20 hydrocarbones sous dioxygène pur ou éventuellement mélangé à un gaz neutre de type CO2, tel que par exemple le procédé décrit dans le document EP 2 383 450 Al. Ces procédés permettent d'augmenter le rendement, de diminuer la quantité de particules polluantes, et de faciliter le captage du CO2 présent dans le gaz de combustion généré par la combustion. 25 Cependant, il est encore possible d'augmenter le rendement de la combustion et d'améliorer les conditions de combustion pour réaliser une combustion plus respectueuse du moyen, en particulier du moteur thermique, dans lequel a lieu la combustion. 30 Un but de l'invention est de proposer un procédé de combustion de matières hydrocarbonées dans un moteur thermique permettant un meilleur rendement. - 3 - Un autre but, de la présente invention est de proposer un procédé de combustion de matières hydrocarbonées dans un moteur thermique plus respectueux du moteur thermique que les procédés actuels.
Exposé de l'invention L'invention permet d'atteindre au moins un des buts précités par un procédé de combustion de matières hydrocarbonées solides, liquides ou gazeuses dans un moteur thermique comprenant au moins une chambre de combustion, ledit procédé comprenant au moins une itération des étapes suivantes composant un cycle de combustion : - introduction, dans ladite chambre de combustion, d'une charge de matières hydrocarbonées et d'un mélange gazeux comburant, et - déclenchement d'une combustion de ladite charge de matières hydrocarbonées avec ledit mélange gazeux comburant ; caractérisé en ce que ledit gaz comburant comprend : - du trioxygène (03), et - du dioxyde de carbone (CO2) et/ou du trioxyde de carbone (CO3) Par « matières hydrocarbonées » on entend le pétrole, les dérivés du pétrole, les gaz de pétrole, naturels et synthétiques, les charbons et/ou la biomasse, ainsi que tous déchets carbonés et/ou hydrocarbonés et les gaz de synthèse issus de la décomposition et de la gazéification de ces matières hydrocarbonées. Par oxygène on entend l'atome d'oxygène (0) qui dans ses formulations courantes compose la molécule de dioxygène (02) et la molécule de trioxygène (03) plus communément appelée "Ozone".
Par « moteur thermique » on entend tout dispositif réalisant une combustion de matières hydrocarbonées et produisant de l'énergie mécanique ou électrique. Le procédé selon l'invention propose une combustion de matières hydrocarbonées avec un mélange gazeux comburant comprenant du - 4 - trioxygène (03), et plus particulièrement du trioxygène négatif (03-). L'emploi du trioxygène dans le gaz comburant permet une meilleure utilisation de chaque élément d'oxygène (0), et par conséquent une combustion plus complète de la matière hydrocarbonée. En effet, tel que sera décrit plus bas, l'emploi du trioxygène augmente l'inflammabilité des matières hydrocarbonées en déstabilisant la cohésion de leurs molécules et en accélérant l'oxydation des atomes qui les composent. De plus, comme l'inflammabilité de la matière hydrocarbonée est augmentée par l'emploi de trioxygène, la combustion de la matière hydrocarbonée est facilitée en termes de température et/ou de pression, ce qui est plus respectueux du moyen/moteur thermique mettant en oeuvre la combustion. Suivant un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, 15 le gaz comburant peut comprendre uniquement du trioxygène (03) et du dioxyde de carbone (CO2) et/ou du trioxyde de carbone (CO3). Suivant un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention, le gaz comburant peut en outre comprendre du dioxygène (02). 20 Quel que soit le mode de réalisation du procédé selon l'invention, le trioxygène est dosé pour que chaque atome de matière organique combustible (C et H) ait le nombre d'atome d'oxygène (0) pour une combustion stoechiométrique. Le trioxygène présent dans le gaz comburant 25 (seul ou mélangé avec du dioxygène 02) interagit thermochimiquement avec les matières organiques combustibles de multiple façon : Le trioxygène réagit tout d'abord avec le CO2 dans le mélange gazeux comburant selon la réaction : CO2 + 03 CO3 ± 02 (1) 30 Ensuite, le trioxygène réagit avec les matières organiques qui agissent comme catalyseurs selon la réaction : 03 + catalyseur -> catalyseur + O catalysé + 02 (2) Ces liaisons interactives sont instables et leur tenue est de l'ordre de la milliseconde dans le milieu de la combustion. - 5 - Si le gaz comburant comprend du trioxyde de carbone (CO3), généré par la réaction (1), celui-ci perd instantanément (dans le milieu de la combustion) son troisième atome de O sous forme d'ion négatif (0-) qui est, tout aussi instantanément, capté par une molécule hydrocarbonée combustible. De même pour le trioxygène (03), dont l'atome excédentaire d'oxygène O est extrait, et aussitôt fixé par un catalyseur organique (C ou H) de la molécule hydrocarbonée et crée ainsi le champ libre à sa molécule mère d'Oz. Ces interactions instantanées/simultanées augmentent l'inflammabilité des combustibles catalyseurs en déstabilisant la cohésion de leurs molécules et en accélérant l'oxydation des atomes qui les composent. L'intégralité de l'oxygène disponible est au coeur et l'agent des réactions. La combustion est complète, son rendement est maximal avec la juste mesure en oxygène.
Avec le procédé selon l'invention, la limite inférieure d'inflammabilité est optimisée d'un facteur cinq et la vitesse de déflagration est décuplée par rapport à la combustion sous atmosphère. Les conditions d'oxydation rendent instantanées les conditions d'inflammabilité, donc la génération thermique, donc la transmission thermique, donc l'expansion du volume gazeux. La combustion des matières hydrocarbonées étant complète, le rendement thermique obtenu avec le procédé selon l'invention est meilleur que par les procédés/moteurs de l'état de la technique. De plus, l'encrassement du moteur thermique est minimalisé et donc la durée de vie 25 du système est plus grande comparée aux procédés de l'état de la technique. Le gaz de combustion, obtenu après la combustion, comprend uniquement du CO2 et du H2O avec éventuellement des molécules résiduelles d'Oz. Le CO2 est la molécule de la combustion complète du carbone, et elle est stable jusqu'à des températures élevées supérieure à 800°C. Le H2O est 30 la molécule de la combustion complète de l'hydrogène de la composition moléculaire de la matière hydrocarbonée, elle est aisément récupérable par condensation, même à la température et à la pression atmosphérique. Ces deux molécules sont recyclables et permettent de récupérer l'essentiel des énergies dissipées de la combustion et de réduire l'impact écologique - 6 - environnemental en éradiquant les pollutions gazeuses, notamment les oxydes d'azote qui n'existent pas en absence d'azote. Par ailleurs, le gaz comburant a des caractéristiques constantes, indépendantes de toute variation atmosphérique et géographique (humidité de l'air, altitude). Ainsi, les dosages peuvent être précis et constants en toutes circonstances de sorte que la combustion est linéaire et réglée en permanence. Selon l'invention, la charge de matières hydrocarbonées dont la combustion doit être réalisée peut être mélangée avec au moins un composant du gaz comburant avant d'être introduit dans la chambre de combustion, par exemple avec le CO2 et/ou CO3, ou encore avec l'03 pur ou éventuellement mélangé avec de l'02.
Le gaz comburant peut être injecté dans la chambre de combustion avant, après ou en même temps que la charge de matière hydrocarbonée est admise dans la chambre de combustion. Le CO2 et/ou CO3, et l'03 pur ou éventuellement mélangé avec de l'02, peuvent être injectés dans la chambre de combustion séparément, ou peuvent être mélangés ensemble avant d'être injectés dans la chambre de combustion. Dans le procédé selon l'invention, le déclenchement de la combustion peut être réalisé : - par application d'une pression dans la chambre de combustion ; et/ou - par apport d'une énergie électrique dans ladite chambre de combustion, par exemple par une bougie d'allumage bien connue de l'homme du métier.
Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une injection d'une quantité donnée d'eau liquide, dans la chambre de combustion avant/après/en même temps que le gaz comburant. Ainsi, jusqu'à 20% d'eau par rapport au gaz comburant, et préférentiellement entre 5% et 20% d'eau - 7 - par rapport au gaz comburant, peut être introduite dans la chambre de combustion en fonction de la régulation thermique programmée/souhaitée dans la chambre de combustion et de la capacité d'expansion de l'eau en vapeur qui se substituera à son équivalent en CO2 et/ou CO3.
L'eau injectée permet de réguler la température de combustion en absorbant une grande quantité de l'énergie de la combustion en chaleur latente et diminuer les pertes thermiques par dissipation dans le circuit de refroidissement et l'échappement des gaz de combustion. L'eau liquide injectée représente un rapport volumique négligeable avec le mélange gazeux comburant, moins de 20% en fonction de la taille du système thermique concerné. Une fois dans le milieu en combustion cette eau est évaporée en vapeur surchauffée. L'expansion volumique de l'eau liquide convertie à l'état de vapeur est de plus de 10 fois à des centaines de fois la valeur introduite en fonction de la pression dynamique exercée. La chaleur latente d'évaporation est ainsi instantanément et totalement transformée en énergie thermodynamique utile au lieu d'en voir une part importante dissipée par le circuit de refroidissement et l'évacuation des gaz de combustion. La portion d'eau injectée est limitée par l'abaissement de la température que son évaporation provoque qui ne doit pas être inférieure à la température de fonctionnement optimal du système thermique concerné. Le volume de la portion d'eau évaporée se substitue au volume équivalent de CO2/CO3 qu'il remplace. Le gaz comburant peut comprendre entre 15 et 25% d'oxygène, sous 25 forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'Oz, et 85 et 75% de CO2 et/ou CO3. Plus particulièrement, le gaz comburant peut comprendre entre 18 et 22%, préférentiellement de 21%, d'oxygène, sous forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'Oz, et 82 et 78%, préférentiellement de 79%, 30 de CO2 et/ou CO3. Le gaz comburant comprend avantageusement, pour une mole de carbone dans la matière hydrocarbonée, au minimum une mole de CO2 et/ou CO3, et au maximum 17 moles de CO2 et/ou CO3. - 8 - Le mélange gazeux comburant comprend avantageusement, pour un atome de carbone dans la matière hydrocarbonée, au minimum l'équivalent de 2 atomes d'oxygène et au maximum l'équivalent de 102% d'oxygène, sous forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'Oz.
Le gaz comburant peut avantageusement comprendre, pour un atome d'hydrogène (H) dans la matière hydrocarbonée, au minimum un atome d'oxygène sous forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'02, et au maximum l'équivalent de 102% d'oxygène sous forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'Oz.
Lorsque le gaz comburant comprend du trioxygène pur, ce dernier peut être obtenu depuis un réservoir d'03 pur. Lorsque le gaz comburant comprend du trioxygène mélangé avec du dioxygène, le mélange peut être obtenu soit depuis un réservoir contenant un mélange d'03 et d'Oz, soit un réservoir contenant de l'03 pur et un réservoir contenant de l'02 pur. Alternativement, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une étape de génération de trioxyde, à partir de molécules d'oxygène, et plus particulièrement à partir de molécules de dioxygène (02), par exemple par l'effet « CORONA » appliqué aux molécules d'oxygène, plus particulièrement de dioxygène. Pour ce faire, le procédé selon l'invention peut mettre en oeuvre un moyen de génération du trioxygène (03). Le moyen de génération de trioxyde peut comprendre un dispositif à effet « CORONA », par exemple implanté sur un conduit dans lequel circule de l'02, telle qu'une tubulure d'injection de dioxygène 02 dans la chambre de combustion, et qui induit des décharges électriques de conversion selon la formule : 02 + h v -> 02* (3Eu ) (170 à 210 nm) 02* ± 02 -> 03 ± 0, 0 + 02 -> 03 - 9 - La proportion d'oxygène qui sera convertie est définie par l'intensité de l'effet Corona induit, la part d'03 peut varier de 10 à 100% de l'oxygène comburant présent dans le mélange gazeux comburant.
Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une étape de génération de trioxyde de carbone CO3, à partir de molécules de CO ou de CO2, et préférentiellement à partir de molécules de CO2, par exemple par l'effet « CORONA » appliqué aux molécules de CO2 en présence d'03/02.
Selon un mode de réalisation préféré, le gaz comburant est obtenu à partir d'un mélange gazeux d'Oz et de CO2, auquel est appliqué l'effet Corona pour générer des molécules d'03 et de CO3, le gaz comburant ainsi obtenu comprenant : - de l'03, et - du CO2 ou du CO3 ou un mélange de CO2 et CO3, et - éventuellement de l'02, en fonction de l'énergie des décharges électriques appliquées pour l'effet Corona. Tel que décrit plus haut, le gaz de combustion, obtenu après combustion comprend essentiellement du CO2 et de l'H2Ovapeur- Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une récupération du CO2 présent dans le gaz de combustion, par refroidissement dudit gaz de combustion.
Lorsque le gaz de combustion comprend des molécules de H2O, la vapeur d'eau peut être préalablement éliminée du gaz de combustion par condensation puis le CO2 et la chaleur latente de condensation de l'eau peuvent être récupérés. Avantageusement le CO2 peut être condensé, par tout procédé connu de l'homme de métier. Ainsi, tous les non-condensables provenant du combustible et/ou du mélange comburant (métaux, métalloïdes, soufre, oxygène) sont isolés du CO2, lequel est pur, en phase liquide et peut être stocké et recyclé dans le procédé. Il peut être évaporé dans le processus de - 10 - refroidissement du gaz de combustion avant d'être réinjecté dans la chambre de combustion pour un nouveau cycle. L'énergie thermique (capacité thermique/chaleur sensible et latente) du gaz de combustion peut être en outre récupérée, par échange thermique avec un fluide caloporteur dans un ou plusieurs échangeurs thermiques, en vue par exemple de production d'électricité dans une turbine. Une partie du CO2 récupéré dans le gaz de combustion d'un cycle de combustion peut avantageusement être réutilisée dans le gaz comburant, et/ou pour générer du trioxyde de carbone tel que décrit plus haut, pour un nouveau cycle de combustion. Une partie du CO2 récupéré dans le gaz de combustion peut être réutilisée dans une culture de microalgues, par exemple dans un réacteur de microalgues, la culture de microalgues fournissant de l'02 par photosynthèse. Au moins une partie de l'02 fourni par les microalgues peut être utilisée dans le gaz comburant, et/ou pour générer du trioxygène tel que décrit plus haut, pour un nouveau cycle de combustion.
Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un moteur thermique mettant en oeuvre une combustion de matières hydrocarbonées selon l'invention, et en particulier des moyens agencés pour mettre en oeuvre toutes les étapes du procédé de combustion selon l'invention.
Le moteur thermique selon l'invention peut comprendre, un moyen de génération de trioxygène à partir d'atomes d'oxygène, et plus particulièrement à partir d'un flux gazeux d'Oz. Un tel moyen de génération de trioxygène peut comprendre un moyen appliquant l'effet Corona sur des atomes d'oxygène, et plus particulièrement 30 sur un flux gazeux d'Oz, tel que par exemple un tube à effet Corona disposé sur un conduit dans lequel circule de l'02.
Le moteur thermique selon l'invention peut en outre comprendre, un moyen de génération de trioxyde de carbone à partir de molécules de CO ou préférentiellement à partir de molécules de CO2. Un tel moyen de génération de trioxyde de carbone peut comprendre un moyen appliquant l'effet Corona sur des molécules de CO ou préférentiellement sur des molécules de CO2, tel que par exemple un tube à effet Corona disposé sur un conduit dans lequel circule du CO2 en présence d'03/02.
Le moteur thermique selon l'invention peut en outre comprendre au moins un module d'ajustement : - de la quantité de CO2 et/ou CO3, et/ou - de la quantité d'oxygène sous forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'Oz ; utilisée dans le gaz comburant. Le moteur thermique peut en outre comprendre au moins un module d'ajustement de la quantité d'eau liquide introduite dans la chambre de combustion et éventuellement un module d'ajustement de la quantité de 20 matières hydrocarbonées pour chaque cycle de combustion. Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un véhicule muni d'un moteur thermique selon l'invention pour déplacer le véhicule, un tel véhicule pouvant par exemple être un bateau ou un train. 25 Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un système de production d'énergie, mécanique ou électrique, à partir de matières hydrocarbonées comprenant : - un moteur thermique selon l'invention, fournissant un gaz de 30 combustion comprenant du CO2 ; et - au moins un réacteur de microalgues produisant de l'02 par photosynthèse, - au moins un moyen pour alimenter ledit réacteur par au moins une partie du CO2 présent dans ledit gaz de combustion, et - 12 - - au moins un moyen pour récupérer au moins une partie dudit 02 produit par ledit réacteur de microalgues et réutiliser ledit 02 récupéré pour générer du trioxygène.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - la FIGURE 1 est une représentation schématique d'un premier exemple d'un moteur thermique selon l'invention ; - la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un deuxième exemple d'un moteur thermique selon l'invention ; et - la FIGURE 3 est une représentation schématique d'un système de production d'énergie à partir de matières hydrocarbonées selon l'invention mettant en oeuvre le moteur de la figure 2.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si c'est cette partie qui est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures gardent la même référence.
La FIGURE 1 est une représentation schématique d'un premier exemple d'un moteur selon l'invention. Le moteur 100 représenté sur la figure 1 comprend, de manière similaire aux moteurs thermiques actuellement connus, une pluralité de cylindres 1021, 1022, ..., 102e. Dans chaque cylindre 102 est agencé un - 13 - piston, référencé respectivement 1041, 1042, ..., 104n, mobile en translation et définissant dans chaque cylindre une chambre de combustion 1061, 1062, ..., 106n. Chaque piston 104 est entrainé en translation par la combustion dans la chambre de combustion, d'un produit combustible, et permet de mettre en rotation un arbre de transmission 108, tel que connu dans les moteurs thermiques actuels. Le moteur 100 comprend, pour chaque cylindre 102 et pour chaque cycle de combustion: - un premier module 110,, ajustant la quantité de matières hydrocarbonées HC, introduite dans la chambre de combustion 106, depuis un réservoir 112 de matières hydrocarbonées ; - un deuxième module 114,, ajustant la quantité d'oxygène, introduite dans la chambre de combustion 106, sous forme d'03 pur ou un mélange d'03 et d'Oz ; - un troisième module 116,, ajustant la quantité de CO2 pur ou de CO3 pur ou encore de CO2 mélangé avec du CO3, introduite dans la chambre de combustion 106 ; - un quatrième module 118,, ajustant la quantité de H2O liquide, introduite dans la chambre de combustion 106 depuis un réservoir de H2O 120. Le moteur 100 comprend en outre un tube à effet corona 122, disposé en sortie d'un réservoir d'Oz 124, et permettant de générer un flux gazeux composé soit d'03 pur soit d'un mélange d'03 et d'Oz, à partir de l'02 fourni par le réservoir 124. Le flux gazeux obtenu en aval du tube à effet corona 124 (et composé soit d'03 pur soit d'un mélange d'03 et d'02) est fourni au module 114, pour régulation de la quantité d'oxygène, puis injection dans la chambre de combustion 106,. Le moteur 100 comprend en outre un tube à effet corona 126, disposé en sortie d'un réservoir de CO2 128, et permettant de générer un flux gazeux composé soit de CO3 pur soit d'un mélange de CO3 et de CO2, à partir d'une part du CO2 fourni par le réservoir 128 et de l'02 fourni par le réservoir 124. Le flux gazeux obtenu en aval du tube à effet corona 126 est fourni au - 14 - module 116, pour régulation de la quantité de CO3 et CO2, puis injection dans la chambre de combustion 106,. La combustion du mélange formé par la charge de matières (hydrocarbonées + gaz comburant) est déclenchée dans la chambre de combustion 106, soit par une pression appliquée par le piston soit par une bougie (non représentée) produisant une étincelle électrique dans la chambre de combustion. Le gaz de combustion, obtenu par la combustion totale de la charge de matières hydrocarbonées avec l'oxygène admise dans la chambre de combustion 106 est évacué par un conduit d'évacuation 130. Le gaz de combustion GC est formé principalement de CO2, d'une part le CO2 admis dans la chambre de combustion 106 par le module de 116 et d'autre part le CO2 formé par l'oxydation des éléments carbone C présents dans les composées hydrocarbonées par les composés 03 (et éventuellement 02), et de H2O, d'une part le H2O éventuellement admis dans la chambre de combustion 106 par le module 118 et d'autre part le H2O formé par l'oxydation des éléments de dihydrogène H2 présents dans les composées hydrocarbonées. Il est possible que le gaz de combustion GC comprenne des composés d'02 résiduels, par exemple à hauteur de 1 ou 2% du gaz de combustion, admis en surabondance dans la chambre de combustion 106 pour s'assurer de la combustion totale de la charge de matières hydrocarbonées HC dans la chambre de combustion 106.
La FIGURE 2 est une représentation schématique d'un deuxième exemple d'un moteur selon l'invention. Le moteur 200 représenté sur la figure 2 reprend tous les éléments et l'agencement du moteur 100 de la figure 1. En plus du moteur 100 de la figure 1, le moteur 200 comprend un module 202 de traitement du gaz de combustion GC disposé sur le conduit 130 d'évacuation du gaz de combustion. Le module de traitement comprend un échangeur thermique (non représenté) réalisant un échange thermique entre le gaz de combustion GC pour amener le gaz de combustion GC à une température inférieure à 100°C - 15 - de sorte à condenser la vapeur d'eau H2O se trouvant dans le gaz de combustion GC. Ainsi, la vapeur d'eau se trouvant dans le gaz de combustion GC est séparée et alimente le réservoir d'eau 120 pour être réutilisée dans un prochain cycle de combustion.
Lorsque le gaz de combustion GC comprend de l'02 résiduel, ce dernier, incondensable à la température de condensation du CO2, est séparé par la condensation du CO2 et alimente le réservoir d'Oz 124 pour être réutilisé dans un prochain cycle de combustion. Enfin, après séparation de la vapeur d'eau et de V02, le gaz de 10 combustion GC ne comprend plus que du CO2 qui alimente le réservoir 128 de CO2 pour être réutilisé dans un prochain cycle de combustion. La FIGURE 3 est une représentation schématique d'un système de production d'énergie à partir de matières hydrocarbonées selon l'invention 15 mettant en oeuvre le moteur de la figure 2. Le système 300 de production d'énergie de la figure 3 comprend le moteur thermique 200 de la figure 2. En plus du moteur thermique de la figure 2, le système 300 comprend un réacteur de microalgues 302, recevant, grâce à un conduit 304 une partie 20 du CO2 extrait du gaz de combustion GC par le module 202. Ce réacteur de microalgues 302 produit de VO2 par photosynthèse. Un conduit 306 capte l'02 produit par le réacteur de microalgues 302 pour alimenter le réservoir d'Oz 124 pour être utilisé dans un prochain cycle de combustion. 25 Dans tous les exemples décrits, l'invention permet de produire de l'énergie mécanique par mise en rotation de l'arbre 108. Cette énergie mécanique peut par exemple être utilisée pour déplacer un véhicule sur le sol, dans les airs ou dans l'eau, tel qu'un bateau. Dans ce cas, le moteur thermique peut être par exemple et de manière non limitative 30 un moteur diesel alimenté par un dérivé du pétrole tel que le fuel-oil lourd. L'énergie mécanique peut également être utilisée pour la génération d'électricité, par exemple par un groupe électrogène à moteur et/ou turbine à gaz et/ou à hydrocarbure liquide et en combinaison avec une turbine à vapeur entrainant un alternateur. - 16 - Dans tous les exemples décrits, les modules 110, 114, 116 et 118 peuvent être agencés pour introduire dans la chambre de combustion 106 une quantité prédéterminée, respectivement, de matières hydrocarbonées HC, d'oxygène sous forme de d'03 pur ou mélangé à de l'02, du CO2/CO3, et de l'eau liquide, ces quantités étant déterminées en fonction d'une part de la quantité de molécules de carbone C et d'hydrogène H présentes dans la charge de matières hydrocarbonées admise dans la chambre de combustion et de sorte que la charge de matières hydrocarbonées subisse une combustion complète, c'est-à-dire une oxydation complète, et d'autre part de la taille du cylindre 102 et du piston 104 et de la puissance désirée en sortie du moteur. Chacun des modules 110, 114-118 peut être un module électronique commandable par un calculateur.
Dans tous les exemples décrits, chacun des acteurs de la combustion est admis séparément dans la chambre de combustion 106. Bien entendu, il est également possible de réaliser un mélange d'au moins de deux des acteurs de la combustion préalablement à l'introduction dans la chambre de combustion 106 et de leur appliquer un traitement thermique et/ou mécanique, par exemple une compression. Dans tous les exemples décrits, chacun des acteurs de la combustion peut subir un traitement thermique ou une compression avant d'être admis dans la chambre de combustion. Dans les exemples décrits, le tube à effet corona 126 est optionnel et 25 le gaz comburant peut ne pas comprendre de CO3. Alternativement, un seul tube à effet corona peut être utilisé à la place des tubes 122 et 126. Dans ce cas, l'02 fourni par le réservoir 124 est mélangé au CO2 fourni par le réservoir 128, puis le mélange gazeux 02+CO2 est passé au travers d'un unique tube à effet corona. 30 Nous allons maintenant décrire une combustion de matières hydrocarbonées selon l'invention dans le cas où la matière hydrocarbonée est uniquement composée d'hexadécane de formule C16H34 comparativement à une combustion sous air atmosphérique. - 17 - Le tableau ci-dessous donne les caractéristiques de l'hexadécane C161-134: Caractéristiques de la molécule d'hexadécane (Cétane) C16H34 (rapport par kg) masse molaire = 226,44 g/mol = 4,42 moles/kg PCS oxygène (02) utile à la combustion complète (stoechiométrique) C16 C = 70,66moles/kg CO2 : 394 oxygène = 70,66 moles/kg kJ/mol 02 = 27 839,36 kJ/ka H34 H2 = 75,075moles/kg H20 : 242 oxygène = 37,54 moles/kg kJ/mol 02 = 18 168,01 kJ/ka Totaux = 46 Total = 108,20 moles/kg 007,37 kJ/kg = 12,78 kWh/ka Oxygène (02) par kg de C16H34 masse molaire : = 32,00 Totaux = 3,46 g/mol kg/kg = 2,425 Nm3/kg Où il est écrit : - qu'un kilogramme d'hexadécane a un pouvoir calorifique supérieur (PCS) de 12,78 kWh, et le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est de 11,48 kWh ;k,' - 9% ; - que l'oxydation complète d'une mole de carbone en une mole de CO2 génère une exothermie de 394 kilojoules alors que l'oxydation incomplète d'une mole de carbone en une mole de CO ne génère qu'une exothermie de 111 kilojoules soit 3,55 fois moins ; - que chaque particule est du carbone et que chaque gramme de carbone peut générer 32,83 kilojoules d'énergie thermique avec 1 mole de carbone = 12 g.15 - 18 - Le rendement "thermodynamique" d'un moteur à explosion, à allumage contrôlé ou à compression, Otto ou Diésel est relatif au rendement de combustion et au transfert de l'énergie thermique en énergie mécanique.
La présente invention permet d'optimiser le rendement de combustion et, se faisant, de diminuer la consommation de carburant, pour un produit énergétique identique. La combustion à l'air "atmosphérique" dépend de facteurs atmosphériques (humidité) et géographiques (altitude, diminution du pourcentage d'oxygène). Dans un moteur Diésel à volume constant la quantité d'air comburant est constante et doit être surdimensionnée pour permettre la meilleure combustion. La quantité d'oxygène interactif de l'air ne dépasse pas 65% des 21% de l'oxygène que contient l'air, et ce au niveau de la mer. Pour obtenir l'oxygène de la combustion stoechiométrique il faut donc doubler le volume d'air comburant. Le volume d'air comburant interagit sur la combustion en apportant l'oxygène actif, mais en contrepartie il augmente le volume de gaz neutre qu'est l'azote qui agit à contrario en réduisant les zones de combustion dont il occupe l'espace.
Un des avantages du procédé selon l'invention est que la molécule de trioxygène est générable sur le lieu de son usage avec de grandes possibilités de réglage quantitatif et qualitatif. Un autre avantage du procédé selon l'invention est que la molécule de trioxygène est instable et qu'elle interagit immédiatement avec son milieu, dès lors qu'il contient des matières organiques "catalysantes" ou que sa polarité électrique (négative/positive) est l'opposé de celle appliquée à l'ozone. L'interaction première du trioxygène avec la molécule de dioxyde de carbone dans le mélange gazeux comburant, avant son injection dans la chambre de combustion, procède à la génération de trioxyde de carbone (CO3). La liaison du troisième atome d'oxygène sur la molécule de CO2 est très instable, tout voisinage avec une matière organique provoque la réaction catalytique de transfert de cet atome vers la matière organique, et la captation de cet atome d'oxygène active la déstabilisation de la molécule - 19 - catalyseuse; Cette oxydation partielle rend les composants de la molécule organique plus oxydables ; elle est plus inflammable. Le mélange gazeux comburant (02/03 + CO2/CO3) interagit directement avec le combustible : L'instabilité des liaisons trioxygènes et l'instantanéité de leur captation par les catalyseurs organiques créent une précombustion "autogène" des matières combustibles, l'oxygène interagit alors directement avec le combustible dans des conditions plus favorables que celles habituelles de combustion/oxydation, sans que le fait d'être en mélange avec du CO2/CO3 handicape cette réaction qui est exothermique. Un autre avantage du procédé selon l'invention est que l'injection d'eau dans la chambre de combustion, avec le mélange gazeux comburant, favorise aussi la répartition du front d'inflammation du combustible. Dans ce milieu hautement exothermique et à des températures supérieures à 1000°C, le CO2/CO3 et le H2O interagissent aussi directement avec le combustible par une réaction "rédox" qui favorise, répartit et accélère la combustion : o dans une combustion atmosphérique nombre de particules de carbone sont imbrûlées ainsi que des molécules hydrocarbonées qui n'ont pas été oxydées par le mélange air comburant, o dans le procédé selon l'invention l'oxygène atomique et moléculaire réagit directement avec le combustible et désassemble la molécule hydrocarbonée en oxydant C et H. Dans le même temps, une réaction "rédox" s'active par les CO2 et H2O du mélange, qui réagit lui aussi avec les C et H des molécules désassemblées selon les réactions rédox suivantes : ^ C + CO2 2C0 + 172 kJ/mol ^ H2 + CO2 H2O+CO + 41 kJ/mol Ces réactions sont endothermiques, elles participent à la régulation de la température du milieu et réduisent la dissipation thermique. La réaction (C + CO2 2C0) gazéifie les structures de carbones et les éléments de carbones amorphes (particules, suies) qui ne seraient pas oxydés - 20 - directement par 1'02. Ainsi converties en molécules gazeuses (CO) qui sont plus réactives à l'oxydation complète (éminemment plus inflammables de par leur statut gazeux, lequel fait que les molécules de CO se répartissent mieux sur le ou les fronts de flammes du système thermique, et par les conditions thermochimiques du milieu) en présence d'oxygène libre : - CO + O e c02 - 283 kJ/mol - la complétude de la combustion se fait ainsi progressive durant le temps de poussée (travail) des pistons du moteur, ce qui augmente sa capacité thermodynamique pour une même unité de carburant, améliore l'efficacité linéaire en répartissant les effets thermiques sur toute la course dudit piston et donc réduit les usures dues aux différentiels thermiques en réduisant la dissipation thermique globale. ^ Il en est de même pour la molécule de H2O qui réagira avec CO selon : H2O + CO e H2 + CO2 - 41 kJ/mol et H2 + O e H2O - 242 kJ/mol, - la complétude de la combustion se poursuit ainsi progressivement durant le temps de poussée (travail) des pistons du moteur en augmentant l'efficacité thermodynamique par l'homogénéisation de la répartition thermique par ces suites de réactions simultanées qui sont exothermiques. Un autre avantage du procédé selon l'invention est que le mélange CO2/oxygène ne génère pas de pollution par les oxydes d'azote, puisque la molécule d'azote n'est pas présente dans la combustion. Dans le présent exemple, le carburant est de l'hexadécane, de formule C16 H34, la densité moyenne de ce combustible est 1. - 21 - Comme décrit dans le tableau, pour réaliser la combustion stoechiométrique d'1 litre d'hexadécane il faut 3,46 kg d'oxygène (02) (2,425 Nm3). Pour une combustion atmosphérique à 50% de rendement d'efficience, les caractéristiques des procédés et moteurs actuelles, il faut considérer le volume d'air en fonction du coefficient d'efficacité de la séparation 02 du mélange azoté, environ 60/ 65%. Pour obtenir le rendement de combustion de ces moteurs il faut considérer délivrer un excédent d'oxygène de 15% minimum, soit : - 3,98 kg ou 2,79 Nm3 d'Oz En considérant un coefficient d'efficacité de la séparation 02 de 65% : - 2,79 / 65% = 4,29 Nm3 d'Oz En considérant un pourcentage de 21% d'Oz par m3 d'air : - 20,43 Nm3 d'air par litre d'hexadécane Cette combustion n'a que 50% d'efficience. Un moteur est donc dimensionné en fonction de ces paramètres. Les moteurs actuels fonctionnent donc avec une proportion de 1/5ème d'oxygène dans le mélange comburant (en fait le même rapport que l'air).
Le procédé selon l'invention ne nécessite qu'un excès d'02 de 2 à 5% pour un rendement de combustion supérieur à 93%, soit : - 3,57 kg ou 2,50 Nm3 d'Oz, Comme il n'existe pas de contrainte liée à la séparation de mélange gazeux l'oxygène est totalement actif. Le rendement de combustion est maximisé. La combustion complète du carbone génère du CO2 et 3,6 fois l'énergie produite par la combustion incomplète en CO, - C+0 = CO 111 kJ/mol - C+02=CO2 394 kJ/mol Cet état de fait fournit l'énergie d'une meilleure expansion des gaz de combustion. - 22 - Le CO2 remplace l'azote comme gaz « ballast » pour l'expansion thermo-gazeuse qui fournit le travail mécanique en repoussant le piston. À 800°C le CO2 a un coefficient de dilation supérieur de 30% à celui de l'air, pour 23% de capacité thermique (chaleur sensible) en moins. Partant de cet état de fait, si on compare les valeurs "atmosphériques", transposées en 02/CO2 on aura : - 20,43 Nm3 d'air par litre d'hexadécane moins l'oxygène comburant "2,425 Nm3 d'Oz" (voir le tableau) = 18 Nm3 de "ballast" (azote + gaz rares) : o À 800°C ces 18 Nm3 de "ballast" représentent 48,021 m3 pour une capacité thermique de 9,283 kWh. 1 kg d'hexadécane a un PCI de 11,48 kWh, ce qui donne un rendement de combustion de 80,86% - 18 Nm3 de "ballast" CO2 o À 800°C ces 18 Nm3 remplacés par du CO2 s'expansent à 62,654 m3 pour une capacité thermique de 7,174 kWh; ^ Environ 15 m3 de capacité "travail" d'excédent ^ 1 kg d'hexadécane a un PCI de 11,48 kWh, ce qui laisse plus de 4 kWh d'énergie thermique excédentaire, soit : - La capacité de générer environ 35 m3 de CO2 à 800°C, soit, en cumul, un total excédentaire de 50 m3 de CO2 à 800°C.
En alternative: 1 kg d'hexadécane + 2,425 Nm3 d'Oz + 18 Nm3 de CO2 produisent 2 fois la capacité de travail que 1 kg d'hexadécane en combustion atmosphérique.
Ou encore: 1/2 kg d'hexadécane + 1,213 Nm3 d'Oz + 9 Nm3 de CO2 produisent le même travail que 1 kg d'hexadécane en combustion atmosphérique. - 23 - Autre exemple, 1 kg d'hexadécane comprend 70,66 moles de carbone (voir tableau). Le minimum de CO2, (pour justifier l'idéal d'une réaction de Boudouard qui homogénéise la combustion), est 70,66 moles de CO2, soit 1,6 Nm3 de CO2 (environ) au minimum et 27 m3 de CO2 au maximum pour exploiter 95% du PCI d'1 kg d'hexadécane : la valeur pour un moteur donné dépendant du type de moteur, à savoir la cylindrée, la course du piston, etc., se situant entre ces deux chiffres. Complémentairement, une petite partie du CO2 "ballast" peut être substituée par de l'eau "liquide" qui est injectée en même temps que l'02 et le CO2 du mélange gazeux comburant. Cet apport peut avoir pour intérêt de : - réguler la température de combustion en absorbant une grande quantité d'énergie en chaleur latente pour la transformer en énergie dynamique par l'expansion volumique de la vapeur d'eau, et - homogénéiser la combustion par la réaction redox qui peut se produire lors du changement d'état (liquide/vapeur) si la molécule H2O vapeur côtoie une molécule de CO. Cette réaction exothermique libère une molécule de dihydrogène (H2) dans le milieu qui réagira de toute façon avec l'oxygène dudit milieu, soit avec un atome (0) libre soit avec un atome (0) d'une molécule trioxydée, - diminuer les pertes thermiques par dissipation, la chaleur latente étant récupérée lors de la condensation de la vapeur d'eau par le caloporteur froid (CO2 liquide et/ou gazeux, oxygène, eau liquide). En tout état de cause, le procédé selon l'invention réduit l'usure du matériel et la maintenance, la totalité du gaz de combustion produit est recyclable : - H2O est condensable en eau distillée, - CO2 est en partie recyclé pour être réutilisé dans le procédé selon l'invention, et - 24 - - le CO2 et l'H20 excédentaires peuvent être recyclés dans une installation de culture de microalgues qui, à son tour produira des matières hydrocarbonées. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de combustion de matières hydrocarbonées (HC) solides, liquides 5 ou gazeuses dans un moteur thermique (100 ; 200) comprenant au moins une chambre de combustion (106), ledit procédé comprenant au moins une itération des étapes suivantes composant un cycle de combustion : - introduction, dans ladite chambre de combustion (106), d'une charge de matières hydrocarbonées (HC) et d'un gaz comburant, 10 et - déclenchement d'une combustion de ladite charge de matières hydrocarbonées avec ledit gaz comburant ; caractérisé en ce que ledit gaz comburant comprend : - du trioxygène (03), et 15 - du dioxyde de carbone (CO2) et/ou du trioxyde de carbone (CO3).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz comburant comprend uniquement du trioxygène (03) et du dioxyde de carbone (CO2) 20 et/ou du trioxyde de carbone (CO3).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz comburant comprend en outre du dioxygène (02). 25
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge de matières hydrocarbonées (HC) est mélangée avec au moins un composant du gaz comburant avant d'être introduit dans la chambre de combustion (106). 30
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déclenchement de la combustion est réalisé : - par application d'une pression dans la chambre de combustion (106) ; et/ou- 26 - - par apport d'une énergie électrique dans ladite chambre de combustion (106).
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une injection d'une quantité donnée d'eau liquide (H2O) et/ou gazeuse dans le mélange.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz comburant comprend entre 15 et 25% 10 d'oxygène sous forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'02, et 85 et 75% de CO2 et/ou CO3.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz comburant comprend pour une mole de carbone 15 dans la matière hydrocarbonées au minimum une mole de CO2 et/ou CO3, et au maximum 17 moles de CO2 et/ou CO3.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une récupération du CO2 présent dans le 20 gaz de combustion (GC) obtenu après combustion, par refroidissement dudit gaz de combustion (GC), et une utilisation d'au moins une partie du CO2 récupéré dans le gaz de combustion (GC) dans le gaz comburant pour un nouveau cycle de combustion. 25
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une utilisation d'une partie du CO2 récupéré dans le gaz de combustion (GC) dans une culture de microalgues, ladite culture de microalgues fournissant de l'02 par photosynthèse, au moins une partie dudit 02 étant utilisée pour obtenir du trioxyde composant le gaz comburant pour un nouveau cycle de 30 combustion.
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de génération de trioxyde (03), respectivement de trioxyde de carbone (CO3), par effet corona appliqué à- 27 - des molécules de dioxygène (02), respectivement à des molécules de dioxyde de carbone (CO2).
  12. 12. Moteur thermique (100, 200) mettant en oeuvre une combustion de matières hydrocarbonées selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
  13. 13. Moteur thermique (100, 200) selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module (114, 116) d'ajustement : - de la quantité de CO2 et/ou CO3, et/ou - de la quantité d'oxygène sous forme d'03 pur ou sous forme d'un mélange d'03 et d'Oz ; utilisée dans le gaz comburant.
  14. 14. Système (300) de production d'énergie à partir de matières 15 hydrocarbonées (HC) comprenant : - un moteur thermique (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, fournissant un gaz de combustion (GC) comprenant du CO2 ; et - au moins un réacteur (302) de microalgues produisant de l'02 20 par photosynthèse, - au moins un moyen (202, 304) pour alimenter ledit réacteur (302) par au moins une partie du CO2 présent dans ledit gaz de combustion (GC), et - au moins un moyen (306) pour récupérer au moins une partie 25 dudit 02 produit par ledit réacteur de microalgues et le réutiliser pour générer une partie du gaz comburant.
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PCT/BR2014/000435 WO2015085383A1 (fr) 2013-12-11 2014-12-10 Procédé de combustion de matières premières hydrocarbonées (hc) solides, liquides ou gazeuses dans un moteur thermique, moteur thermique et système de production d'énergie à partir de matières hydrocarbonées (hc)
ES14869529T ES2755325T3 (es) 2013-12-11 2014-12-10 Procedimiento de combustión para materiales de partida hidrocarbonados (HC) sólidos, líquidos o gaseosos en un motor térmico, motor térmico y sistema para producir energía a partir de materiales hidrocarbonados (HC)
US15/103,722 US20160327267A1 (en) 2013-11-12 2014-12-10 Process of combustion of solid, liquid or gaseous hydrocarbon (hc) raw materials in a heat engine, heat engine and system for producing energy from hydrocarbon (hc) materials
PT148695299T PT3081289T (pt) 2013-12-11 2014-12-10 Processo de combustão para matérias-primas de hidrocarbonetos (hc) sólidos, líquidos ou gasosos num motor térmico, motor térmico e sistema para produção de energia a partir de materiais de hidrocarbonetos (hc)
EP14869529.9A EP3081289B1 (fr) 2013-12-11 2014-12-10 Procédé de combustion de matières premières hydrocarbonées (hc) solides, liquides ou gazeuses dans un moteur thermique, moteur thermique et système de production d'énergie à partir de matières hydrocarbonées (hc)
BR112016013128-2A BR112016013128B1 (pt) 2013-12-11 2014-12-10 Processo de combustão de matérias primas hidrocarbonadas (hc) sólidas, líquidas ou gasosas em motor térmico, motor térmico e sistema de produção de energia a partir de matérias hidrocarbonadas (hc)

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113470763B (zh) * 2021-07-14 2023-03-14 中国航发贵阳发动机设计研究所 一种碳氢燃料燃烧热离解燃气成分测算***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315034A1 (de) * 1992-05-12 1993-11-18 Hilarius Dipl Ing Drzisga Mehrstufenprozeß zum Betrieb eines Zweitakt-Verbrennungsmotors und Zweitakt-Verbrennungsmotor-Anlage zur Durchführung des Prozesses
US20040144338A1 (en) * 2003-01-21 2004-07-29 Goldman Arnold J. Low emission energy source
JP2007120397A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4498289A (en) * 1982-12-27 1985-02-12 Ian Osgerby Carbon dioxide power cycle
JP2004066091A (ja) * 2002-08-06 2004-03-04 Meidensha Corp 二酸化炭素含有ガス処理方法及びその装置
US6851413B1 (en) * 2003-01-10 2005-02-08 Ronnell Company, Inc. Method and apparatus to increase combustion efficiency and to reduce exhaust gas pollutants from combustion of a fuel
JP2004218613A (ja) * 2003-01-17 2004-08-05 Kazuo Motochi 内燃機関のオゾン供給装置
US6990965B2 (en) * 2003-12-16 2006-01-31 Birasak Varasundharosoth Combustion-engine air-intake ozone and air ion generator
US7798133B2 (en) * 2005-07-15 2010-09-21 Clack Technologies Llc Apparatus for improving efficiency and emissions of combustion
US8991364B2 (en) * 2005-07-15 2015-03-31 Clack Technologies Llc Apparatus for improving efficiency and emissions of combustion
US8485163B2 (en) * 2005-07-15 2013-07-16 Clack Technologies Llc Apparatus for improving efficiency and emissions of combustion
US8136510B2 (en) * 2005-07-15 2012-03-20 Clack Technologies, Llc Apparatus for improving efficiency and emissions of combustion
AU2006348506B2 (en) * 2006-09-20 2013-02-21 Imagineering, Inc. Ignition device, internal combustion engine, ignition plug, plasma apparatus, exhaust gas decomposition apparatus, ozone generation/sterilization/disinfection apparatus, and deodorization apparatus
JP4285528B2 (ja) * 2006-11-06 2009-06-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気再循環システム
JP3151353U (ja) * 2009-04-09 2009-06-18 ポン，ハン−タオ 自動車用完全燃焼補助構造
DE102010018703A1 (de) 2010-04-29 2011-11-03 Messer Group Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor
JP5480862B2 (ja) * 2011-09-22 2014-04-23 株式会社日立製作所 動力変換システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315034A1 (de) * 1992-05-12 1993-11-18 Hilarius Dipl Ing Drzisga Mehrstufenprozeß zum Betrieb eines Zweitakt-Verbrennungsmotors und Zweitakt-Verbrennungsmotor-Anlage zur Durchführung des Prozesses
US20040144338A1 (en) * 2003-01-21 2004-07-29 Goldman Arnold J. Low emission energy source
JP2007120397A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置

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