<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE DE PRODUCTION DE FORCE MOTRICE PAR UTILISATION DE LA VAPEUR DE MATIERES ORGANIQUES
ET MOYENS DE MISE EN OEUVRE DU DIT PROCEDE
La. présente invention concerne un procédé de production de force matrice par utilisation de. la. vapeur de matières er- ganiques et. analogues ainsi que des meyens de mise en oeuvre du dit procéé.
La. caractéristique essentielle du précédée suivant l'invention consiste à utiliser de la vapeur de matières or- ganiques à une pression voisine de la pression atmosphérique et avec une forte surchauffe.
Suivant d'autres caractéristiques importantes de l'in- vantion (qu'on peut appliquer séparédment eu simultanément en diverses combinaisons) les installations pour la mise en oeuvre du dit procédé comprennent essentiellement une chaudière et un condenseur apprepriéset un certain nombre de turbines axiales à action, à marche lente et à mouvement de roues inversé..
Jusquà présents les recherches entreprises dans le but d'amélierer le rendement des installations à vapeur avaient été diriges dans deux voies différentessuivant certains systèmes on utilise de la. vapeur d'eau à. des pressions et à des températures très élevées: suivant d'autres,on produit
<Desc/Clms Page number 2>
simultanément dans la. même enceinte de la. vapeur d'eau et d'au- tres vapeurs présentant un point d'ébullition plus élevé que celui de l'eau, le condenseur d'un liquide étant utilisé. comme chaudière pour l'autre.
Cesinstallations utilisent la ou les vapeurs à des pressions élevées et généralement sous forme de vapeur saturée.
Les inventeurs ont observé que, si l'utilisation de matières organiques pour la production de force motrice présente des avantages qui leur sont propres, les conditions réalisées actuellement dans les installations à vapeur ne sont pas appli- cables avantageusement aux vapeurs de matières organiques car elles ne permettent pas de transformer en travail mécanique effectif dans les appareils d'utilisation (turbines ou autres) toute la différence de température.
Les inventeurs expliquent ce fait par la raison que pendant la détente l'entropie d'une vapeur organique diminue ce qui revient à dire que dans la formule exprimant le travail: travail = (T-To) C- Te (Se-S), le deuxième élément (Se-S) est négatif pour la vapeur de matières organiques (contrairement à la vapeur d'eau.) .
Les inventeurs en ont conclu que le rendement élevé recherché pour les installations à vapeur employant ces matières ne peut être obtenu qu'en adoptant une solution thermo-dynamique dégagée de l'influence nuisible de ce facteur SO-S.
C'est ainsi que, suivant la présente invention, la vapeur organique doit être utilisée uniquement dans le domaine de la surchauffe pour lequel So= S, le facteur Te (S@-S)étant dans ce cas égal à 0.
De plus, comme la plus grande surchauffe possible s'obtient sous de basses pressions, il est donc bien rationnel, comme indiqué suivant la présente invention, de se placer dans ces conditions qui présentent par ailleurs d'importants avanta- ges au point de vue constructif.
<Desc/Clms Page number 3>
Ces cenditions nouvelles exigent 1-*emploi de chaudières dont la surface de surchauffe est bien plus importante que la surface de vaporisation, de plus, suivant la présente invention, en effectue la surchauffe de la vapeur dans les mêmes tubes qui servent à la vaporisation du liquide. En outre, il est possible somme spécifié suivant la présente invention, d'employer plusieurs surchauffes dans les limites pourtant très étroites de pression considérées
En outre, suivant l'invention, une notable partie de la chaleur emmagasinée dans le condenseurdont la température est élevée relativement( est employée au réchauffage de 1$ air envoyé au foyer,
ainsi qu'à celui du liquide renvoyé à la chau- dière.
Cette récupération, qui se traduit par une augmentation du rendement de l'installation, est plus avantageuse que la récu pération de chaleur appliquée dans les installations bimédiales (à deux fluides)
Par suite du poids spécifique élevé et de la faible chaleur spécifique de la vapeur organique ainsi que de la basse pression à laquelle on l'utilise, la vitesse de la vapeur est diminuée et les pertes par frottement sont minimes, ce qui per- met, suivant l'invention d'utiliser des turbines axiales à action, de construction beaucoup plus simplea à ma rche lente et à mouvement de roues inversée où.
toute la différence de température est utilisée dans un nombre restreint d'étages de pression (par exemple, un deux ou trois), ce qui permet de réduire notablement l'encombrement de 13'installation.
Ainsi, le procédé suivant l'invention permet d'établir des installations de force motrice ayant un rendement thermique considérable, rendement qui non seulement dépasse celui des installations perfectionnées devapeur à haute pression, mais encore, surtout grâce à Inapplication possible de plusieurs surchauffes, dépasse beaucoup celui des moteurs ayant des rende- ments thermiques les plus élevés;, commepar exemple, les moteurs @
<Desc/Clms Page number 4>
Diesel.
Une installation suivant 11 présente invention est illus- frée à titre d'exemple, aux dessins annexés dans lesquels:
La fig. 1 est un diagramme de la double détente de la vapeur entre les limites de 1,5 atm. et 0,02 atm.
Les fig. 2 et 3 représentent respectivement et de façon schématique une vue en élévation et une vue en plan de l'ins- tallation ;
La fig. 4 est une coupe longitudinale d'une turbine:
Les figs. S et 6 sont relatives, respectivement, à des applications de l'invention à un bateau et à un aéronef.
Le diagramme de la fig. 1 montre, en pointillé, la courbe adiabatique de la vapeur d'un liquide organique entre les limites de 1,5 atm. et 0,02 atm. Les courbes en traits pleins correspondant aux détentes réalisées après des surchauffes suc- cessives, deux dans le cas illustré; dans la première période, la vapeur qui a été surchauffée d'environ 280 C à 450 C se détend de la pression de 1,5 atm. jusqu'à environ 1,18 atm; dans la deuxième, la vapeur est surchauffée de 180 C à 400 C et se détend jusqu'à une pression absolue de 0,02 atm. où elle est à la température de condensation.
Aux figs. 1 et 2, une chaudière 1 comporte des bruleurs 2 dans lesquels le combustible liquide est admis par le tube 3.
Des chicanes 4, 5 obligent les gaz de combustion à suivre le trajet sensiblement en S indiqué. par les flèches 6 et 7 pour revenir au-dessus des brûleurs 2 afin de réaliser une combustion complète. La matière organique'utilisée est placée en 8, dans un réservoir 9, qui communique par un* certain nombre de tubes 10 avec un collecteur 11 d'où. partent des rangées de tubes parallèles 12 dans lesquels a lieu la vaporisation : lesprolongements de ces tubes sont recourbés à environ 180 et constituent les éléments de surchauffe 13.
Ils viennent aboutir dans un collecteur 14, prolongé d'un distributeur de vapeur 15, avec vanne 16; un certain nombre de tubes 17, réunissent la par- , @
<Desc/Clms Page number 5>
tie supérieure du réservoir 9 au distributeur 15, la vapeur y est soumise à la surchauffe sur une certaine partie 18 de son parcours
Le liquide organique venant du condenseur 19, comme décrit ci-après, est conduit au réservoir 9 par des canalisations 20 qui, dans la région où elles traversent les gaz de combustion, sont munies d'ailettes ou de nervures de réchauffage 21 à grande surface spécifique. Les gaz chauds circulent dans le sens des flèches 22.
On voit de ce qui précède que la direction de l'écoule- ment des gaz chauds est toujours à peu près contraire à la direc- tion de l'écoulement du liquide ou de la vapeur dans les tubes 12, 13 et à celle du liquide amené au réservoir 9. On peut prévoie également,des parois réfractaires 23, 24 ou mieux, suivant l'invention, des parois doubles permettant entre-elles une circulation d'eau au du liquide organique même utilisé dans l'installation.
La vapeur surchaufféepénètre en 25 dans une turbine axiale à action 26.
La fig. 4 montre une turbine à marche lente suivant. l'invention. Cette vitesse réduite résulte non seulement du fait que c'est une turbine à action à couronne d'aubes tournant en sens inverse, mais également de ce fait que le liquide organique (de l'oxyde de phényle par exemple) possède une chaleur spécifique bien inférieure à celle de l'eau et qu'en outre la vapeur produite se détend entre des limites caloriques plus étroites de sorte que la vitesse qui est proportionnelle à la racine carrée de la différence de calories se trouve dans l'ensemble plus petite.
A la fig. 4 est représenté un carter Formé d'un socle 27, muni d'un couvercle amovible 28 et dans lequel sont montés deux arbres 29, 30 tournant en sens inverse qui reposent dans des paliers ordinaires ou à billes 31, 32. A l'extrémité de 1-'arbre 29 est fixé le moyeu 33 d'un rotor 34 muni d'une double
EMI5.1
6-% MW ('à SI F, e-lh
<Desc/Clms Page number 6>
couronne d'aubes 35,36. A l'extrémité de l'arbre 30 est fixé de la même façon le moyeu 37 d'un double rotor 38,39.
Le rotor 38 porte une double couronne d'aubes 50, 51 construites et disposées de telle sorte que les aubes d'un des rotors, 38 par exemple, pénètrent entre les aubes de l'autre. Le deuxième rotor 39 de l'arbre 30 est constitué par un rotor ordinaire Curtiss, muni d'aubes 52,53, mais les rotors 38 et 39 sont séparés par une cloison du diauhragme 54 servant à maintenir des pressions différentes de part et d'autre.
Des bagues d'étanchéité ,55, 56 sont logées dans les évidements ménagés dans les manchons 57, 58; elles sont rendues encore plus étanches au moyen de vapeur vive arrivant par des tubes 59, 60. La cloison de répartition des pressions 54 est munie de bagues 61 qui présentent des arêtes vives pour fournir l'étanchéité voulue. A la partie inférieure se trouve l'orifiee d'admission de vapeur 62, ainsi que l'orifice d'échappement 63.
Le rotor 39 peut en outre présenter une double couronne supplémentaire d'aubes 64, 65 qui sont disposées de façon à passer dans leur rotation en regard d'une ouverture d'admission particulière 66 pour la contre vapeur qui fera tourner le rotor 39 et par suite l'arbre 30 de ce dernier en sens inverse du sens normal.
Lorsqu'au lieu d'utiliser des arbres tournant en sens inverse, il est nécessaire d'avoir toute la puissance disponible sur un arbre unique tournant par conséquent dans le même sens, l'arbre 30 est relié à cet arbre unique de commande 67 au moyen d'une roue dentée 68, l'arbre 29 est relié à ce même arbre 67 au moyen de deux roues dentées 69 et 70.
Sur l'arbre de commande 67 peuvent être fixé un certain nombre de ventilateurs 72 servant à amener de l'air an foyer de la chaudière sous une pression constante, réglable au moyen du clapet 73 qui se soulève au delà d'une certaine vitesse de la turbine.
Le condenseur 19 présente une grande surface spécifique @
<Desc/Clms Page number 7>
constituée, par exemple par des saillies inférieures 75 en contact avec le liquide condensé et des nervures ou ailettes supérieures 76 disposées dans le trajet de l'air envoyé au foyer 77 par les ventilateurs 72.
De façon générale, la vapeur peut être utilisée soit dans une seule turbine à plusieurs étages de pression, soit dans plusieurs turbines à un ou plusieurs étages de pression.
Dans le cas de plusieurs surchauffes2 la vapeur sortant du pre- mier élément d'utilisation 26 gagne par un conduit 40 un sur- chauffeur 41 pourvu d'éléments 42 de grande surface spécifique convenablement disposée sur le passage des gaz chauds.
A sa sortie du surchauffeur 41, la vapeur est conduite par une canalisation 43 à lélément ou appareil d'utilisation suivant 43. A la sortie du dernier appareil d'utilisation, la vapeur passe dans un condenseur 19 d'où. la condensation est ramenée à la chaudière par la pompe 45 et le conduit 20.-
Dans le cas de Inapplication de la présente invention à une automobile l'arbre 67 peut porter un embrayage 71 à friction ou autre.
La fig. 5 montre schématiquement un exemple de réali- sation d'une installation sur un bateau La vapeur s'écoule de la chaudière 80 par les conduits 81 dans la turbine 82 dans laquelle elle travaille à une température élevée, cette vapeur se partageant avant son entrée dans la turbine en deux courants correspondant respectivement à la marche avant et à la marche arrière au moyen d'un robinet 83.-
La vapeur qui s'écoule de la turbine 82 passe dans le tube 84 pour revenir à la chaudière 80 en vue de la surchauffe-.
La vapeur surchauffée passe alors par un tube 85 dans la turbine à basse pression 86 en traversant de même un robinet 87 destiné à. la partager en deux courants, cette vapeur passant ensuite au condenseur 88, le liquide condensé retournant enfin à la chaudiè- re 80.
Chaque turbine comporte deux arbres pourvus chacun
<Desc/Clms Page number 8>
d'une hélice 89,90 l'un de ces arbres passant sous la quille dans un tannel, et l'autre sortant à la partie postérieure.du bateau. La marche arrière agit seulement sur les hélices posté- rieures 90.
La fig. 6 montre schématiquement en plan un avion muni de deux turbines 101 et 102, ainsi que d'une chaudière 103.
Comme indiqué par les flèches 104, la vapeur se rend de la chau- dière 103 à la turbine 102 pums retourne à la chaudière 103 où elle est surchauffée ; est amenée ensuite à la 2ème turbine 101 pour s'écouler enfin dans le condenseur 19. Derrière la chaudière 103 se trouve la cheminée 105 et, entre les deux tur- bines 101 et 102 les sièges 106 des occupants.
Bien entendu, les diverses installations appliquant le procédé suivant l'invention pourront comporter, suivant les cas, les modifications constructives les plus variées sans sortir pour cela du domaine de la présente invention.
L'invention n'est pas limitée aux applications décrites ci-dessus, non plus qu'à l'emploi de matières organiques ; elle peut en effet être appliquée dans tous les cas où on a besoin de force motrice, toute substance présentant les mêmes caracté- ristiques thermodynamiques que les matières organiques pouvant être substituées à ces dernières dans les installations précitées
REVENDICATIONS
EMI8.1
-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-
1) Procédé de production de force motrice par utilisa- tion de la vapeur de matières organiques et analogues consistant à produire et surchauffer la dite vapeur organique sous une pression voisine de la pression atmosphérique et à la laisser détendre dans un appareil approprié.
2) Procédé suivant 1) consistant à utiliser plusieurs détentes successives séparées par des périodes de surchauffe.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.