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u. Machine thermiqUe "
La présente invention a pour objet une machine conçue en vue de l'utilisation, pour la produc- tion de l'énergie mécanique, des sources de chaleur et de froid constituées par les eaux de surface et de fond' des océans, plus généralement par des eaux chaudes et froides, naturelles ou résiduelles, ayant entre elles de faibles différences de température, Mais plus généralement enco're, elle peut être réalisée avec des différences de températures quelconques-et avec tous autres fluides que l'eau et sa -vapeur.
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dette machine est caractérisée en co que l'on y donne d'abord une vitesse à un fluide, qui est un mélange en proportions quelconques, d'un liquide et de sa vapeur par la propre expansion de la vapeur issue du liquide, la force vive étant ensuite utilisée dans une turbine ou tout autre moteur approprié à l'application.
Le dessin annexé à la description ci-après permettra de bien comprendre les caractéristiques de d'in- vomi,ion.
La figure 1 est une vue schématique donnée pour permettre de comprendre le principe de l'invention.
La figure 2 est une vue en détail montrant un dispositif permettant de supprimer la divergence du jet fluide à la sortie du tube qui amène le liquide-chaud.
La figure 3 montre un dispositif d'utilisa- tion de la force vive produite par le dispositif de la fig. I
La figure 4 est relative à une variante de la figure 3.
Les figures 5, 6, 7 et 8 montrent différents autres dispositifs d'utilisation de la force vive.
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0n r3uppoacxrrx quo, daua nnn cmcotnto A ( rlCol) mn:ll1t.01111n (1 \1}10 pl'f1ilfJ1J)1l r111rr1r1r}l)nnnnt, 1111:1:1n pl11' ln l1\o;Y'r)n d'une source froide B; Glace ou eau froide ronouveléu, ot d'une machine pneumatique faisant le vide par un tube C, on fasse arriver par un tubo cylindrique D de l'eau chaude, ou meme simplement tiède, à une vitesse approptiée de un à @ quelques mètres par seconde; cette eau se vaporise en partie dans sa masse même, en,sa refroidissant. Si, par exemple, la centième partie de l'eau est vaporisée, la chaleur latente de vaporisation étant 600 fois plus grande environ que la chaleur spécifique du liquide, de l'abaissement de tempéra- ture est de 6 environ;
il est de 12 pour une vaporisation
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de il centi&hh;5; etc....La vapeur, dans annhxpans1on; /,)-, but?u entraine le liquide; ce sont d'abord de petites de vapeur en grand nombre, qui cheminent dans la masse liquide à peu prés à la même vitesse; puis brusquement, sur un très court ..trajet, les bulles de vapeur grossissent et crévent, et 'l'on a uno projection do fines goutteletton d'onu, trèsnombreuses et divergentes, comme représenté dans la figure 1 ; la vitesse des gouttelettes passe brusquement à quelques dizaines de mètres par seconde sur un trajet qui est de l'ordre de gran- deur de quelques millimètres à quelques centimètres et le c8ne de divergence a un angle au sommet plus ou moins grand selon les circonstances, compris entre 30 et 180 pour fixer les idées.
Si l'on suppose que la vapeur et l'eau entrai- née par elle ont la même vitesse, ce qui ne doit être vrai que pour une expansion modérée de la vapeur, il est facile de calculer cette vitesse en fonction de la températuredu mélange et de la vitesse initiale de l'eau chaude.
Par exemple, pour de l'eau introduite à 25 de l'atmosphère dans le vide absolu, c'est-à-dire à une . vitesse initiale inférieure à 14 métros par seconde, on trouve des vitesses de 22, 37, 60, 93,mètres par seconde pour des tempérdtures du mélange de 20 , 15 , 10 , 5 centigrades, correspondant à des proportions de sapeur de 0,85; 1,65,
2,5; 3,3. centiemess en poids, et à des volumes spécifiques du mélange de 376, 1000., 2250, 6000 centimètres cubes par gramme.
Pour de l'eau à 100 , l'augmentation de vitesse canculés est à pau près régulière et de 35 mètres par seconde environ pour chaque refroidissement de 10 correspondant à une augmentation de la teneur en vapeur de 1,5 pour cent
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environ.
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Pour Mttt mercure à 3600e les vitesses sont beau- coup moindres, à Egalité do refroidiasamont, d'abord parce que la densité est beaucoup plus grande, mais en outre, parce que le rapport de la chaleur spécifique du liquide à sa chaleur
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de vaporiaation est aussi plus petit.
Les vitesioo du pluide-me lange sont ain8i oonaiâô- rablemont inférieuroa !'t celles quo prend la vapour SE) d6ten- dnhti ofavtl,fn, parup cjtuj 1!1 duu0:n.u r>71, bununrmr. iJ]iifl anm7 i.flf - rable, et ce paut être là un grand avantage par la diniinut8:on. de volume des turbines à employer pour. utiliser la force vive.
Les vitesses du liquide et de sa vapeur seront forcément différentes vers le fin de 1'-expansion. Jais l'or.
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pourra réduire cette diff(,,Yorice, ainsi qu'il sombl.a i:ztCras ' sant de le faire, pour améliorer le rondement du systèmes par un artifice ailzutdiû, cm rrt.gcu7.:t,at pa:
' l'unmuu).!)tiun du nombre des bulles de vapeur qui se produisentdès le début de l'expansion. Comme,il est problble que chacune do ces bulles est formée, tout a.u dabut, à la faveur d'un peu de gaz dissous pu pourra augmenter leur nombre on ajoutant, des gaz de diver- ses manières.'On peut signaler, des maintenant, pour agir
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Cl'i 11 fi (', ,:3Ythr J."lnf,i, <11.;1.ii>ii rto 'l 1 , " ;fl,hll!tn;'7 <üYi;
7 1'r<f<n chaude avant qon entrée dans la chambra d'expansion, au moyen d'une solution de gaz carbonique, ou autre, comprimé, ou au moyende réactions chimiques donnant des gaz, ou au moyen de l'électrolyse, facile à réaliser dans. le cas de l'eau de mer etc... été ...
La force vive peut alors être utilisée de plu-
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sieurs maniérea différentes qui vont être 'expos6es '. Mais dans l'un ou l'autre oas, on peut avoir int6ret à supprimer la' divergence du jet fluide à la sortie du tube qui amène le
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liquide chaud..On y arrive aisément (fig.2) en entourant ce
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tube D,par*Un autre E de diamètre plus grand, etbqui dépasse le premier' d'une longueur convenable';
le jet prend alors de lui-même une forme parabolique et, à la sortie du tube E,
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tuuk,es ius vittl6a de6 gùutLeletbds sont à peu près parallèles
On peut aussi changer l'orientation des goutte lettes en les chargeant d'électricité et en les soumettant à l'action d'un champ électrique, ainsi qu'il sera expliqué plua en détail, plus loin, à propos du rassemblement des gouttelettes de liquide.
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Dans tous les cas, on pf)ut, , AV<d J' Un plus ou moins grand nombre de jets agissant sur le moteur.
Voici alors quelques unes des variantes dans' l'utilisation de la force-vice, variantes qui peuvent d'ailleus être combinées entre elles.
I - On peut chercher 4 utiliser directement l'énergie cinétique du mélange fluide sur une roue de turbine
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rd, O0'ir)nt1f)a)" 9nO\111'<:1 le) "!111n\n fia ni:l,!tyc lai''fJr)t1'll 41 pdt'dU presque toute la vitesse. La turbine, qui peut être de l'un quelconque don types connus, doit éviàemrient 8tre dimension- née eu égard à la densité et à la vitesse du, fluide., dont les valeurs sont alors intermédiaires entre celles des fluides qui agissent dans les turbinps hydrauliques et les turbines à vapeur.
La vapeur du mélange après absorption de sa force- vivo dans la turbine, est condensée par l'un des moyens connus, condenseur à surface ou à mélange, par de l'eau froide dont on dispose; on peut d'ailleurs au préalable, en séparer le liquide, soit en utilisant simplement la pesanteur, les deux fluides n'ayant presque plus de vitesse, soit en utitli- sant la force centrifuge dans un séparateur, soit en atili- sant l'attraction ou la répulsion électrique sur le liquide , n
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chargé d'électricité.
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La f1F\11(I 3 r>I1Pl'ÔI101d.n nohÓrnn 1. i ']111)molÜ" on éléva- tion; la première de ces variantes dans le cas d'une turbine axiale à un seul disguo. Les lettres y ont; la même ai,nii"ca- tion que dans les figures précédentes-. A est la chambre d'ex- pansion; B est le condenseur; C la conduite d'extraction des
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gaz; D.DaD. les tubes d'arrivée de l'eau chaude; E...E"E los tubes directeurs des jetsudes, lesquels arrivant normale- ment au plan de rotation de la turbine H, si elle est cons- tituée par une hélice, ou obliquement qi elle constituée par un disque genre de Lavai; 1 est le collecteur'de vapeur allant au condenseur et J la conduite d'évacuation de l'eau chaude usée qui doit être remontée à la pression atmosphérique, soit par sa vitesse, soit par une. pompe.
Il est à remarquer que, déjà dans une telle dis-
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poa1,1,10I1, 11'1 fot'op ooni,rlf'tyo pl'OVOlJLI')t'!1 In ficpat'mt.iun (lu liquide et de la vapeur à la sortie do la roue-turbine, et même dans cette roue. Aussi se dispensera t-on do décrire en détail les autres variantes, qui seront d'ailleurs mieux comprises après ce qui va suivre.
2 - En peut séparer la vapeur et le liquide dès que l'expansion est produite et que le mélange a pris sa vitesse, et utiliser séparément leurs énergies ninétiques dans deux turbines appropriées à ces deux genres de fluides.
Mais comme l'énergie cinétique de la vapeur est petite en comparaison,de celle du liquide, puisque sa masse n'est que
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de quelques centii'h\eS'8 de celle do l'eau, et cornue sa vitesse d 41J,et'\'\,ltúJ\. est de l'ordcelle des vapoura que l'on rejette au condon-
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seur dans les maohj.rieg ordin!ai^nn, i1 nombi.n p'6f6i-'a'h3o (1, condenser la vapeur, sana utiliser son énergie cinétique.
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' Cette séparation préalable peut se faire méca- niquement par la force centrifuge. On supposera, pour un instant, que l'on dirige tous les jets fluides à l'intérieur ,,.d'une paroi cylindrique et presque tangentiellement le fluide ,-''se mettra à tourner en glissant sur la paroi et la force centrifuge appliquera le liquide sur la parole tandis que la vapeur s'échappera par l'intérieur; on aurait ainsi une séparation, mais avec une perte de vitesse du liquide assez considérable par les frottements sur la paroi; on peut éviter cotte perte d'énergie en faisant tourner la paroi autour de son axe synchroniquement avec le liquide.
On a ainsi un séparateur dont l'eau peut être évacuée par des orifices ou des ajutages placés sur la paroi même; cette'eau qui a cen- servé-sa vitesse peut alors être dirigée sur les aubes d'une roue-turbine; elle peut encobee être dirigée sur'des aubages fixes et le séparateur fait alors en même temps l'office de roue-turbine, ou de moulinet hydraulique.
La figure 4 représente, en élévation, l'applica- tion de cette idée, les lettres sont encore la même signifi- cation que dans les-figures précédentes; mais H est à la,fois le séparateur et 'la turbine.
La séparation de la vapeur er du liquide peut encore se faire d'autres manières, en particulier par l'éleo- trisation des goutteleiles liquides et leur passage dans un champ électrique. La flgure 5 montre schématiquement l'une de ces dispositions appliquée à un jet de fluide-mélange déjà orienté par un tube directementE.
La machine électrique
K servant à cet effet, peut-être soit une machine électros- tatique, soit un transformateur de courant alternatif de -fréquence convenable et de haute tension, Autour du tube il
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d'entrée de l'eau chaude dans la chambre d'expansion est disposée une électrode L, reliée à l'un des pôles de la machine (+ par exemple) et qui électrise par influence les gouttelttes liquidess.
L'ensenble du fluide passe dans un cylindre métallique M qui peut-être, soit à l'intérieur , soit à l'extérieur de la chambre d'expansion et qui eat relié à l'autre pôle (-) de la machine électrique; enfin au centre de ce cylindre est un tube plus potit ou un fil N relié au même pâle que l'électrode L ; le champ électrique radial qui est ainsi produit à l'intérieur de cylindre M rassamble les gouttelettes vers le centre et concentre leur action sur mes aubes de la turbine genre PELTON H.
3 - On peut encore provoquer la condensation de la vapeur dans le mélange morne dès que celui"ci a pria sa vitesse, au sortir du tube directeur avant son envoi dans la turbine, on refroidissant ce mélange mobile, soit qu'on lui fasse longer des surfaces métalliques, de l'autre coté des- quelles qinqulen dn l'eau freide, soit que l'dn injecta de l'eau froide dans ce mélangea soit qu'on utilise les deux procédés simultanément ou successivement,
La condensation faite par surface froide, peut. se produite avec une nouvelle augmentation de la vitesse du fluide ai la circuàation de l'eau froide est en sens inverse de celle de ce fluide.
Au contraire, si. la condenstion est faite par mélange avec l'eau froide, la masse de celle- CI qui doit être mise. en mouvement, a pour effet de réduire la vitesse, la masse totaie d'eau étant plus grande on fin de compte, Mais on peut aussi, dans ce cas, donner à l'eau froide, au moyen d'une pompé, une vitesse égale, ou presque . à oelle du fluide-mélange puisque l'énergie ainsi fournie à
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ce.tte eau froide sera récupérée plus tard dans la turbine hydraulique.
Il n'est guère possible de décrire toutes les
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vur1antt;fl poatiiblua. LI.\ figura 8 roprôdonto l'Jchém(1\lquamè)1"lt le cas où l'on condense la vapeur par mélange ; l'eau froide
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étant douée de vltess,e arrive par les conduites P"F"Poee 4 Enfin$ dn peut ,se proposer de Íai:d1rec. tement de l'énergie électrique sans passer pa,l'éneg1e , mécanique). En effet puisque par aa nature rnflme, le phéno- mène de l'expansion du liquide dans le vide produit un grand nombre de gouttelettes animées de vitesse .à peu près égales, on peut utiliser ce phénomène en combinaison avec la machi-
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ne électrique dite à écoulement imaginée jadis par Lord KELVIN.
La figure 7 représente schématiquement l'appli- cation de cette idée; autour du tube D, d'entrée de l'eau chaude dans la chambre d'expansion A, est disposée une élec- trode L, reliée à l'une des armatures d'un condensateur chargé en permanence; cette électrode L électrise par influ"- once les gouttelettes liquides; un autre électrode M, de forme appropriées est reliée à l'autre armature du.condensa- teur reçoit les gouttelettes quand elles ont presque toutes leurs force vive par le -freinage du champ électrique qui existe dans l'espace compris entre L et M;
cette électrode
M rassemble les gouttelettes dans la conduite d'évacuation
J, et rassemble leurs charges qui s'écoulent dans les appa- reils d'utilisation branchés entre les bornes du condensa- teur Q. La vapeur est supposée, dans cette figure, envyés dans .les condenseurs B,B... mais on peut concevoir aussi que l'électrode M soit creuse parcourue à l'intérieur par l'eau froide, et serve ainsi, en même temps de surface con-
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densante de la vapeur.
Enfin la figure 8 représente schématiquement une variante dans laquelle la condensation de la vapeur ost faite par mélange, l'eau de condensation servant en même temps d'électrode. Les lettres ont, toujours, la même signi-
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fication; l'eau froide, qui IndiT8 par le bas du l'appa.ptj11 s'élève sous la forme d'un jet conique M et tombe dans une capacité annulaire R d'où elle est expulsée, mélangés à l'eau chaude refroidie par l'expansion. Il faut évidemment que les sources chaude et froide soient isolées l'une de l'autre électriquement.
Comme déjà dit, le fluide meployé peut ôtre autre que l'eau. On peut môme employer dans toutes les va- riantes indiquées plusieurs fluidos différents dans un même appareil; non seulement le fluide de la source froide peut être autre que celui de la source chaude, mais on peut employer pour le liquide chaude un mélange de deux ou plu-
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sieurs liquides ayant des tenons do vapeur d3.'fér'emtt3s à uno m3m<> \'OIII1'{))'nLu1'tJ.