BE489030A - - Google Patents

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BE489030A
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    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
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Description


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  Procédé et installations de transformation de la chaleur en force motrice. 



     On   sait que le cycle de fonctionnement des installa- tions de force motrice à gaz chauds s'accomplit en comprimant d'abord le fluide moteur, en préchauffant le fluide moteur comprimé par échange de chaleur (échange de chaleur principale avec les gaz détendus,en le chauffant à la température ma- ximum du cycle, en le détendant en fournissant du travail et en utilisant, ainsi Qu'il a été dit, les gaz détendus au préchauffage du fluide moteur comprimé, par échange de chaleur 

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 Par exemple, en cas de cycle fermé, les gaz. xxxxxx cèdent de la chaleur, une fois rechange de chaleur terminé, pour subir ensuite une nouvelle compression. 



   Le problème à résoudre suivant l'invention consiste à diminuer la perte de chaleur résultant du refroidissement et à augmenter ainsi le rendement. 



   Cn résout ce problème suivant l'invention en préle- vant au moins une portion du fluide moteur détendu avant que la compression soit terminée, en la comprimant séparément et en la remélangeant avec la portion non prélevée, une fois comprimée. 



   On procède généralement en   remél&ngeant   la portion prélevée comprimée séparément avec l'autre portion au cours de son préchauffage. 



   Le prélèvement peut s'effectuer avant que la totali- té de la chaleur soit cédée.   On   peut aussi effectuer le prélèvement une fois la totalité de la chaleur cédée et avant le commencement de la compression, faire détendre la portion prélevée, l'utiliser au refroidissement de la quantité totale du fluide moteur en circulation, la comprimer séparément et la remélanger ensuite avec l'autre portion, une fois compri-   mée.   



   Enfin, une autre forme de réalisation du procédé consiste à effectuer le prélèvement au cours de la compres - sion, à préchauffer la portion prélevée partiellement compri- mée à l'aide de la quantité totale du fluide moteur en cir- culation détendu et ayant déjà servi à l'échange de chaleur principal; à la comprimer et à la remélanger avec l'autre portion comprimée. 



   Pour réaliser le procédé, on comprime par exemple de l'acide carbonique, en partant d'une température de   25OC2   par exemple en partant du point d'intersection de l'isotherme 

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 de 25 C avec la courbe limite du côté gauche, d'une pression d'environ 65,6   kg/cm   à 200   kg/cm .   Cette compression provo- que l'élévation de la température de l'acide carbonique à 47 C environ, puis on fait subir un préchauffage à l'acide carbonique ainsi comprimé, par un échange de chaleur décrit plus loin et par un apport de chaleur supplémentaire, on lui fait prendre la température maximum du cycle, par exemple de   600 C.   La machine motrice, par exemple une turbine, est actionnée par cet acide carbonique gazeux à haute pression et surchauffé.

   Les gaz détendus qui s'échappent de la turbi- ne servent à préchauffer, par échange de chaleur, l'acide carbonique comprimé, ainsi qu'il a été dit ci-dessus. Puis, pendant que, suivant le cycle connu, les gaz sortant de l'é- changeur de chaleur se refroidissent, pour subir ensuite une nouvelle compression dans le circuit, on partage les gaz, par exemple à leur sortie de l'échangeur de chaleur, suivant le procédé de l'invention,   c'est-à-dire   qu'on en prélève une portion.

   On prélève par exemple 40% de la quantité totale en circulation et on comprime cette portion séparément pour faire revenir ensuite dans le circuit principal les gaz pré- levés comprimés séparément, c'est-à-dire les remélanger avec l'autre portion comprimée, qui a antérieurement cédé de la chaleur, préchauffer davantage les deux portions par échange de chaleur avec les gaz détendus, les surchauffer- et les faire détendre de nouveau,   etc.   



   Dans ce cas, on fait revenir dans le circuit princi- pal la portion de gaz prélevée, comprimée en parallèle, au cours de son préchauffage, par échange de chaleur. 



   On peut aussi partager la totalité du fluide moteur   -avant   sa sortie de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire en prélever une portion et la comprimer séparément. 



   D'autre part, il serait également possible de préle- ver la portion du fluide moteur, non pas avant mais pen- dant qu'il cède de la chaleur. 

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   Une forme de réalisation spéciale consiste à soustraire la chaleur au fluide moteur, qui peut se trouver à l'état d'agrégat gazeux en partie liquide ou liquide, comme dans le cycle connu, et à n'effectuer le prélèvement qu'avant la compression. Dans ce cas, la portion non pré- levée subit une compression d'une manière connue, un préchauf fage par échange de chaleur, une surchauffe, une détente, etc, pendant que la. portion prélevée se détend d'abord. Le froid ainsi obtenu sert en   mme   temps à refroidira la quanti- té totale du fluide moteur en circulation, c'est-à-dire l'acide carbonique dans le cas présent, la portion prélevée subit ensuite une compression et revient dans le circuit principal de la manière indiquée ci-dessus. 



   Du fait de la chaleur soustraite à la totalité du fluide moteur en circulation à l'aide de la portion prélé- vée détendue, celle-ci absorbe de la chaleur qui revient dans le circuit principal et par suite doit être retranchée de la quantité totale de chaleur perdue, de sorte que la chaleur à soustraire est réduite. 



   Une autre forme de réalisation consiste à effectuer le prélèvement au cours de la compression du fluide moteur, c'est-à-dire de l'acide carbonique dans le cas présent. 



  Après avoir enlevé la chaleur du fluide moteur, on le compri me d'abord en partie, et on effectue alors le prélèvement d'une partie dudit fluide, par exemple de 40%. On comprime davantage l'autre portion jusqu'à la pression finale du cycle, on la préchauffe, la surchauffe, on la fait détendre, ainsi qu'il est décrit ci-dessus, etc. La portion prélevée, comprimée en partie, subit un préchauffage. Etant donné que cette portion comprimée en partie est à une température plus basse que la portion non prélevée,   complètement.com-   primée, qui subit un préchauffage par échange de chaleur, il est possible d'utiliser une portion de la chaleur de la 

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 quantité totale des gaz sortant de l'échangeur de chaleur principal au préchauffage de cette portion prélevée et compri- mée en partie.

   Dans ces conditions, la quantité de chaleur des gaz détendus sortant de la machine motrice est mieux utilisée que lorsqu'elle n'est utilisée que dans l'échangeur de chaleur principal. Cette utilisation supplémentaire de la chaleur des gaz constitue le gain de cette forme de réa- 'lisation du procédé, qui résulte du fait que la chaleur sous- traite à la quantité totale du fluide moteur en circulation et perdue est moindre. 



   Bien entendu, il est possible dans toutes les formes de réalisation du procédé décrites ci-dessus d'effectuer la détente fournissant du travail par échelons, de réchauffer le fluide moteur entre ces échelons, puis d'effectuer la compression d'au moins une des portions par échelons , de soustraire de la chaleur à cette portion entre les échelons et de l'amener en contact avec le fluide de refroidissement, c'est à dire la faire échapper à l'extérieur, ou de l'utili- ser par échange de chaleur au préchauffage du fluide moteur comprimé et d'effectuer non seulement un prélèvement, mais plusieurs. Il en résulte, dans tous les cas, que la diminu- tion en pour cent de la quantité de chaleur à soustraire pendant le cycle est plus grande que la diminution en pour cent de la quantité de chaleur à fournir pendant le cycle. 



   L'invention concerne en outre un procédé de trans- formation de la chaleur en force motrice au moyen d'un fluide moteur qui subit dans un circuit principal une compression, un apport de chaleur en échange de chaleur et de l'extérieur, une détente fournissant du travail, une soustraction de cha- leur en échange de chaleur et vers l'extérieur jusqu'à l'état initial de la compression, l'échange de chaleur s'effectuant entre des portions détendues et comprimées du fluide moteur. 

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  L'invention est caractérisée en ce que, en appliquant un fluide moteur dont la température critique est comprise entre 260 et 6200 Kelvin, ainsi qu'en choisissant la nature de ce fluide et en accomplissant le cycle, une partie au moins de la période pendant laquelle la quantité de chaleur à soustraire définitivement au fluide moteur pendant son cycle principal lui est soustraite et pendant laquelle il se comprime et reçoit au moins la première partie de la quan- tité de chaleur qui doit lui être cédée, est comprise , au moins lorsque la puissance débitée est normale, dans une gamme d'états renfermant le point critique et dans laquelle les températures Kelvin sont égales au moins à   0,95   fois et au plus 1,1 fois la température- critique et sont   inférieu-   res à la température maximum du cycle principal,

   et dans laquelle les pressions absolues sont égales au moins à la pression de vaporisation correspondant à 0,95 fois la tempé- ratire critique et au plus à10 fois la pression critique pour "corriger" l'échange de chaleur, et après détente du fluide moteur à la pression la plus basse du cycle principal et avant le commencement de l'arrivée de la chaleur de l'extérieur, on dérive au moins une fois une portion du fluide moteur du circuit principal, on lui fait reprendre finalement par un traitement séparé la pression des portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal, et on la réunit avec ces dernières portions en un point où la température de ces portions du fluide moteur est sensible- ment égale à la température finale atteinte par la portion dérivée. 



   L'invention concerne encore une installation thermo- motrice convenant à l'application du procédé suivant l'in- vention, qui consiste en principe en au moins un appareil de chauffage qui transmet au fluide moteur comprimé la   chai#   

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 à faire arriver de l'extérieur dans son circuit principal, au moins un dispositif de détente dans lequel le fluide moteur comprimé et chauffé se dëtend en fournissant du tra- vail, au moins un échangeur de chaleur qui soustrait de la chaleur aux portions détendues du fluide moteur et la trans- met aux portions comprimées du fluide moteur, au moins un réfrigérant qui soustrait au fluide moteur la quantité de chaleur qui doit être soustraite définitivement à son   circui:   principale et au moins un compresseur'.

   Cette installation thermo-motrice est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif supplémentaire qui, une fois le fluide moteur détendu à la pression la plus basse du circuit prin- cipal et avant le commencement de l'arrivée de la chaleur de l'extérieur, dérive une portion du fluide moteur du cir-- cuit principal, lui fait prendre finalement par un traite- ment séparé la pression des portions du fluide moteur com- primées dans le circuit principal, et la réunit avec des dernières portions en un point où la tempérsture de ces por- tions du fluide moteur est sensiblement égale à la tempéra- ture finale atteinte par la portion dérivée. 



   Le principe de l'invention, le procédé suivant l'in- vention et l'installation thermo-motrice convenant à   l'appli-=   cation du procédé suivant l'invention sont décrits en détail ci-après à l'aide d'exemples de réalisation. A cet effet, les figures 1, 3, 5, 7, 9, 11 des dessins ci-joints représentent sous forme de diagrammes T/S (température/entropie) des exemples de réalisation du procédé suivant l'invention et les figures 2,   4,   6,   8,   10, 12 représentent sous forme schémati- que des exemples de réalisation de l'installation thermo- motrice, l'exemple de la figure 2 convenant à l'application du cycle de la figure 1, celui de la figure 4 à l'application du cycle de la figure 3, et ainsi de suite. 

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   Toutes les figures 1 à 12 comportent un cycle princi- pal suivant lequel le fluide moteur passe en principe par les états représentés par les points 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1 des diagrammes T/S. 



   Les portions comprimées du fluide moteur reçoivent, suivant la courbe 1-2, la quantité de chaleur Qui doit être cédée par l'extérieur -au cycle principal ainsi que l'indiquen les flèches dirigées vers   cete   courbe. Cette chaleur peut provenir d'une source quelconque. Elle peut être dégagée par exemple à la température existante la plus élevée, puis avant ou pendant qu'elle est transmise au fluide moteur du circuit principal sa température peut être abaissée à la valeur admissible .pour les matériaux à envisager pour obtenir du travail. Elle peut aussi avoir la température qui convient à sa source par exemple lorsqu'elle provient d'un fluide mo- teur d'un autre cycle ou consiste en un véhicule de chaleur à une température admissible (par exemple le gaz naturel chaud, l'eau chaude provenant du sol).

   La source de chaleur choisie à titre d'exemple dans les représentations schématiques, consiste en un simple appareil de chauffage 8, chauffé par un foyer   7,   qui peut être équipé avec un récupérateur   9,   et un ventilateur aspirant de tirage 10. 



   Le fluide se détend suivant la courbe 2-3 en four- nissant du travail au moyen d'un dispositif de détente qui, dans les exemples schématiques choisis, est une turbine 11. 



  La détente à un étage peut être remplacée d'une manière con- nue par une détente à plusieurs étages, avec réchauffages Intermédiaires. 



   La chaleur est soustraite par échange de chaleur suivant la courbe 3-4. 



   La chaleur à soustraire par l'extérieur et par suite définitivement du cycle principal, est soustraite suivant 

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 la courbe 4-5, ainsi que l'indiquent les flèches s'éloignant de cette courbe, par exemple par un réfrigérant 12.   L'état   initial de la compression est atteint au point 5. 



   La compression   s'effectue   suivant la courbe 5-6 au moyen de compresseurs 13 (qui peuvent aussi être des pom-   pes).   La compression peut s'effectuer en plusieurs étages. 



  Le point 6 indique la fin de la compression. 



   Le fluide reçoit de la chaleur par échange de chaleur suivant la courbe   6-1.   



   Le cycle principal se ferme au point   1.   



   Le fluide moteur employé dans tous les exemples de réalisation a une température critique comprise entre 260 et 6200 Kelvin et il est choisi et on accomplit le cycle de fa-   çon à   faire coïncider une partie au moins de la période pen- dant laquelle la quantité de chaleur qui doit être définiti- vement soustraite au fluide moteur pendant son cycle princi- pal lui est soustraite, et pendant laquelle il se comprime e:

   reçoit au moins la première partie de la quantité de chaleur qui doit lui être cédée, au moins lorsque la puissance débi- tée est   normale.   avec celle pendant laquelle   l'état   du fluid- est compris dans un intervalle contenant le point critique   e:   dans lequel les températures Kelvin sont égales au moins à 0,95 fois et au plus à 1,1 fois la température critique et sont inférieures à la température   maximum   du cycle principal, et dans lequel les pressions absolues sont égales au moins à la pression de vaporisation correspondant à 0,95 fois la température critique et au plus à 10 fois la pression cri- tique.

   Pour rendre ce qui précède facile à comprendre, on a porté sur tous les diagrammes T/S le point critique K du fluide moteur et on à tracé à une hauteur correspondant à   0,95   fois la température critique une isotherme 14 et à la hauteur correspondant à 1,1 fois la température critique, 

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 une isotherme 15. De plus on a tracé l'isobare 16 corres- pondant à la pression de vaporisation qui correspond à 0,95 fois la température critique et l'isobare 17 correspondant à 10 fois la pression critique, et on a hachuré la surface limitée par les isothermes 14 et 15 et les isobares 16 et 17 qui représente les états du fluide moteur et contient le point critique K. 



     A   droite du point critique K on a tracé la courbe limite du   côté   droit 18 et à gauche la courbe limite du côté gauche 19 du fluide moteur, les diverses figures con- cernant généralement des fluides moteurs différents et par suite la forme des courbes limites étant différente. 



   Le choix du fluide moteur ainsi que le mode d'accom- plissement dû cycle dépendent de la nature du fluide de re- froidissement qui sert à soustraire de la chaleur suivant la courbe 4-5 du cycle principal. Ce fluide de refroidissement peut par exemple être aussi un fluide moteur d'un autre cycle dont la température varie s'il est gazeux pendant   qu'il   sous- trait de la chaleur, ou un véhicule de chaleur dont la tempo rature varie également. Cependant on a choisi dans les dia- grammes T/S de toutes les figures 1 à 12, à titre d'exemple, un fluide de refroidissement qui soustrait la chaleur au moins à peu près   isothermiquement,   c'est-à-dire un corps don on dispose en quantité abondante ou un corps qui se vaporise pendant qu'il soustrait la chaleur. 



   Sur toutes les figures schématiques 1 à 12 la machi- ne qui absorbe le travail utile de l'installation est, à ti- tre d'exemple, une génératrice électrique   20   qui, de môme qu les divers compresseurs, peut être commandée par le moteur 11 d'une manière quelconque. 



   Sur la figure 1, le fluide moteur est choisi et le cycle d'accomplit de façon à faire passer une partie de la 

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 courbe 6-1 dans la région hachurée des états du fluide moteur limitée par les droites 14, 15, 16 et   17.   La ligne 4-5 passe en grande partie dans la région des états semi-liquides et par suite la quantité de chaleur à soustraire définitive- ment au cycle lui est soustraite en grande partie sous forme   isothermique.   La ligne 5-6 se trouve dans la région des état liquides et, par suite, le travail de compression est très faible et par conséquent les pertes du compresseur sont très faibles, alors que dans les cycles des turbines à gaz ces pertes ont pour effet de diminuer notablement le rendement. 



  C'est pourquoi le cycle principal de la figure 1 est parti- culièrement avantageux, s'il est possible en outre d'y faire arriver la totalité de la chaleur qui doit lui être fournie de l'extérieur suivant la ligne 1-2   c' est-à-dire   dans la rég gion de la température maximum, d'obtenir aussi la chaleur qui doit être cédée suivant la courbe 6-1 par échange de chaleur à soustraire suivant la courbe 3-4 et enfin de réa- liser cet échange de chaleur avec aussi peu de perdes que possible. 



   Pour faire comprendre le moyen préconisé d'arriver à ce résultat, il convient de donner d'abord quelques   détail-   au sujet de cet échange de chaleur : 
Soient Q la quantité de chaleur par unité de poids, S l'entropie, T la température Kelvin,   cI' la   chaleur spécifi que sous pression constante, dite, pour abrèges, chaleur spécifique. On a les équations différentielles connues : dQ = cp.dT et dS =   dQ/dT   d'où on tire :   dT/âS =   T/cp qui .s'exprime de la manière suivante: l'inclinaison de   l'isc   bare du diagramme T/S est directement proportionnelle à la 

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 température Kelvin et Inversement proportionnelle à la   chale   spécifique. 



   Suivant les figures 1 et 2 la chaleur soustraite par l'échangeur de chaleur 22 suivant l'isobare 3-21 est retrans- mise au cycle principal suivant l'isobare 23-1, comme l'indi-   quent,les     flèches.   Cette transmission n'est accompagnée que d'une faible baisse de température résultant de la transmis- sion de la chaleur   dans l'échangeur   de chaleur et indiquée par l'inclinaison des   lignes* limites   en traits mixtes 3-1 et   21-23.   Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, on voit d'a- près l'inclinaison des portions d'isobares que les chaleurs spécifiques des éléments participant à l'échange de chaleur,   c'est-à-dire   des portions du fluide moteur qui suivent d'une part la ligne 3-21 et d'autre part la ligne 23-1,

   sont suf- fisamment égales dans toutes les sections de l'échangeur de chaleur   22,   de sorte que la quantité de chaleur cédée par un des éléments par degré d'abaissement de température est suf- fisamment égale à celle qui est absorbée par l'autre élément par degré d'élévation de température. L,échange de chaleur qui s'effectue suivant ces portions d'isobares 3-21 et 23-1 est donc réalisé sans perte. Mais cette situation se modifie suivantles portions d'isobares 2l-4 et 6-23. Au voisinage du point 6 il résulte de l'inclinaison de la ligne 6-23 que la chaleur spécifique est encore sensiblement la même que celle de la ligne 21-4 au voisinage du point 4.

   Mais la ligne 6-23 commence ensuite à prendre une forme plus aplatie, c'est-à- dire que la chaleur spécifique commence à devenir supérieure, à une température correspondante, à celle de la ligne 21-4, puis l'inclinaison de la ligne 6-23 augmentant de nouveau, on retrouve finalement la même égalité approximative au voisi- nage des points respectifs 23 et 21. Il en résulte que ni en partie ni en totalité, la quantité de chaleur nécessaire 

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 suivant la ligne 6-23 ne pourrait être fournie par   la   quan- tité de chaleur soustraite suivant la ligne 21-4.

   Le point 23 et par suite le point 1 ne pourraient donc jamais occuper la position dans laquelle ils sont représentés et viendraient dans une position sensiblement plus basse sur. la ligne 6-2, en augmentant ainsi d'une manière fâcheuse la chute de tempé- rature de l'échange de chaleur (par exemple entre les points 3 et 1 ainsi qu'entre les points 21 et   23).   



   Pour "corriger" cet échange de chaleur qui ne s'effectue plus sans perte, on dérive en un point, qui est le point 4 sur la figure 1, c'est-à-dire à une grande distant avant le point 6 qui indique la fin de la compression, une portion du fluide moteur du cycle principal en le prélevant par une dérivation 24 dans l'échangeur de chaleur 25 qui effectue l'échange de chaleur entre les lignes 21-4 et 6-23, on lui fait prendre par une compression dans le compresseur 26 suivant la ligne 4-23 une pression égale à celle des portions du fluide moteur comprimées dans le cycle principal, et on la réunit avec ces dernières portions en un point où la température de ces portions du fluide moteur est au moins approximativement égale à celle qui est atteinte par la por- tion dérivée. Sur la figure 1 ce point est le point 23 et su la figure 2 l'orifice   27.

   Il   en résulte qu'on fait ainsi cir- culer dans la partie supérieure du circuit principal 23-1-2- 3-21-4 une quantité de fluide moteur plus grande que dans la partie inférieure 4-5-6-23 cette augmentation étant re- présentée par la quantité du fluide dérivée. On compense ainsi la différence en plus entre les chaleurs spécifiques de la ligne   6-23   et à celles de la ligne 21-4, en diminuant le débit par seconde du fluide moteur suivant la ligne 6-23 par rapport à son débit suivant la ligne 2l-4 et on "corrige" ainsi globalement l'échange de chaleur du fait 

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 que la quantité de chaleur soustraite suivant la ligne 21-4 devient au moins approximativement égale à la quantité de chaleur fournie suivant la ligne 6-23. 



   Outre cette "correction globale", il convient aussi d'effectuer des "corrections de détail", qui seront décrites à propos des autres exemples donnés plus loin. 



   Mais il est important, d'une manière tout à fait générale, pour corriger l'échange de chaleur, de choisir le fluide moteur et d'accomplir le cycle de façon que la portion d'isobare 6-23 se trouve au-dessus ou à l'extrême rigueur (en formant uneisotherme de vaporisation de courte longueur) légèrement au-dessous du point critique K, ce qui résulte di rectement des indi cations.; données au sujet de   l'établisse   ment de la région contenant le point critique K et limitée par les lignes 14,   15,   16 et 17.

   En effet   si:. la   ligne 6-23 était à une hauteur moindre, elle contiendrait une isotherme devaprotisation relativement longue et par suite l'élément ab   sorbant   de la chaleur suivant cette ligne recevrait une por- tion relativement grande de la quantité de chaleur, lorsque la chaleur spécifique est infinie, tandis .que l'élément   @   cédant de la chaleur suivant la ligne   21-4 "serait   à l'état de vapeur et par suite n'aurait qu'une chaleur spécifique finie.   ;,lais   un échange de chaleur de cette nature ne peut être corrigé que théoriquement par une compression à nombre d'étages infini avec un nombre également infini de transmis- sions de chaleur intermédiaires, mais non dans la pratique. 



  En effet, les machines et appareils à très grand nombre d'é- tages, nécessaires à cette réalisation dans la pratique, son' non seulement coûteux, volumineux et compliqués, mais encore ils donnent lieu eux-mêmes à des pertes supplémentaires, qui à pertir d'un certain nombre d'étages deviennent si considé- rables que l'amélioration à escompter théoriquement est ré- duite à néant ou même plus que compensée. 



    @   

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Les exemples de réalisation des figures 3 et 4 com- portent une "correction de détail" supplémentaire. Ils com- portent un double prélèvement partiel, la première fois au point 28 au moyen d'une dérivation 29, la   (Quantité   partielle étant comprimée par le compresseur 31 suivant la ligne 28-30 et réintroduite dans le circuit principal au point 30 par un orifice 32. Le second prélèvement d'une quantité partielle (qui doit être en général différente de la première) s'effec- tue en un point qui,sur la figure 3,est le point 4, au moyen d'une dérivation qui se trouve au point 33 sur la figure 4, cette portion du fluide moteur étant comprimée par un   compres   seur 35 suivant la ligne 4-34 et réintroduite dans le circuit principal au point 34 par l'orifice 36.

   L'échange de chaleur entre les portions d'isobares   3-38   et 30-1 s'effectue dans l'échangeur de chaleur   37,   entre les portions 38-40 et 34-30 dans l'échangeur de chaleur 39 et entre les portions 40-4 et 6-34 dans l'échangeur de chaleur 41. 



   Il en résulte que la correction de l'échange de chaleur ne s'effectue pas, comme dans le cas de la figure 1, seulement à partir du point 34 qui correspond à peu près au point 23 de la figure 1, mais en supplément dès le point 30 vers le bas. Cette correction supplémentaire est particuliè- rement à recommander lorsque les chaleurs spécifiques du flui de moteur choisi prennent non plus à partir du point 34 sur la courbe, mais dès le point 30 en descendant des valeurs exagérément plus grandes que celles du fluide moteur aux températures correspondantes suivant la portion d'isobares 3-4.

   Il résulte de cette double correction que, d'une part, seule la portion 38-28 du cycle est parcourue par la totalité du fluide moteur, la portion 28-4 par cette quantité diminuée de la première quantité prélevée et d'autre part la portion 6-34 par cette quantité diminuée des deux portions prélevées, et la portion 34-30 par cette quantité diminuée seulement de 

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 la première portion prélevée. La "correction globale" de rechange de chaleur qui s'effectue entre les portions d'isobares 38-4 et 6-30 est donc complétée par une "correc- tion de détail". 



   Dans les exemples de réalisation des figures 5 et 6, une portion du fluide moteur est prélevée au point 42,   c'est   à-dire encore loin du point 6 qui caractérise la fin de la compression, au moyen d'une dérivation 43 dans le circuit principalepuis subit une compression intermédiaire dans un compresseur 45 suivant la portion   4-44,   puis une nouvelle compression dans un compresseur 48 suivant la portion   46-47   et enfin une compression suivant la portion 49-50 dans un compresseur 51 qui lui fait prendre la pression des portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal et se remélange avec cas dernières portions au point 50 au moyen d'un orifice 52.

   Les échanges de chaleur s'effectuent ainsi de la manière suivante : 
L'échangeur de chaleur 53 soustrait de la ch.aleur suivant la portion de courbe 3-54 à la totalité du fluide moteur, et la transmet également à la totalité du fluide moteur suivant la ligne 55-1. Cet échange de chaleur n'a pas   besoin   de correction, étant donné que les chaleurs spécifi- ques suivant les lignes 55-1 et 3-54 sont encore suffisamment égales. 



   Mais à partie du point 55 en   descendant,la   correction s'effectue globalement et en détail de la manière suivante: 
L'échangeur de chaleur 56 soustrait de la chaleur suivant la ligne 54-57 à la totalité du fluide moteur et en outre suivant la ligne 44-58 à la portion prélevée et transmet ces deux quantités de chaleur ensemble suivant la ligne 50-55 à la totalité du fluide moteur. Cette "correction 

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 tient compte du fait que les chaleurs spécifiques sont déjà sensiblement plus grandes   quivant   la ligne 50-55 que suivant la ligne 54-57. 



   Les chaleurs spécifiques sont encore plus grandes sur la ligne 59-50 et pour corriger cet échange de chaleur, l'échangeur de chaleur   6,  .soustrait   de la chaleur suivant la ligne 57-61 à-la totalité du fluide moteur, puis suivant la ligne 58-46 et suivant la ligne 47-49, à la portion préle- vée du fluide moteur et transmet ces trois quantités de cha- leur ensemble suivant la ligne 59-50 à la totalité du fluide moteur diminuée de la portion prélevée. 



   L'échangeur de chaleur 62 soustrait de la chaleur suivant la ligne   61-42   à la totalité du fluide moteur et la transmet suivant la ligne 63-59 au fluide moteur diminué de la portion prélevée. 



   Enfin, l'échangeur de chaleur 64 soustrait de la chaleur suivant la ligne 42-4 au fluide moteur diminué de la portion prélevée, et la transmet suivant la ligne 6-63 à la quantité du fluide moteur également diminuée de la portion prélevée. 



   Dans les exemples de réalisation des figures   7   et 8, une fraction du fluide moteur est dérivée du circuit princi- pal au point 65, c'est-à-dire avant le point 6 qui caracté- rise la fin de la compression, au moyen de la dérivation 66, puis est comprimée par un compresseur 68, une première fois suivant la ligne 65-67 et par un compresseur 71, une seconde fois, suivant la ligne 69-70 en lui faisant ainsi prendre la pression des portions du fluide moteur comprimé dans le circuit principal, et en la remélangeant au point 70 avec ces dernières portions au moyen de l'orifice 72;

   Les échanges de chaleur s'effectuent ainsi de la manière suivante: 
L'échangeur de chaleur 73 soustrait de la chaleur suivant la ligne 3-74 à la totalité du fluide moteur et la 

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 transmet suivant la ligne 70-1 également à la totalité du fluide moteur. 



   L'échangeur de chaleur 75 soustrait de la chaleur à la totalité du fluide moteur suivant la ligne 74-76 et la transmet suivant la ligne 6-70 au fluide moteur diminué de la portion prélevée. 



   L'échangeur de chaleur 77 soustrait de la chaleur à la totalité du fluide moteur suivant la ligne 76-4 et la transmet suivant la ligne 67-78-69 à la portion prélevée. Il en résulte que la fraction prélevée se vaporise définitivement suivant la ligne 67-78 et se surchauffe suivant la ligne 78-69. 



   Dans les exemples de réalisation des figures 9 et 10, la compression   s'effectue   à deux étages dans le circuit prin- cipal,à savoir: une première fois suivant la ligne 5-79 par un compresseur 13a, et une seconde fois suivant la ligne 79-6 par un compresseur 13b. Une fraction est prélevée entre ces deux étages au point   79,     c'est-àdire   avant le point 6, qui caractérise la fin de la compression, dans le circuit principal, au moyen de la dérivation 80, subit une compression suivant la ligne   par   le compresseur 83, qui lui fait prendre la pression des portions du fluide moteur comprimé dans le circuit principal, et se remélage   avec   ces dernières portions au point 82, au moyen d'un orifice 84.Les échanges de chaleur s'effectuent ainsi de la manière suivante :

   
L'échangeur de chaleur 85 soustrait de la chaleur suivant la ligne 3-86 à la totalité du fluide moteur et la transmet suivant la ligne 82-1 également à la totalité du fluide moteur. 



   L'échangeur de chaleur 87 soustrait de la chaleur suivant la ligne 86-88 à la totalité du fluide moteur et la 

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   transmet   suivant la ligne 6-82 au fluide moteur diminué de la fraction prélevée. 



   L'échangeur de chaleur 89 soustrait de la chaleur suivant la ligne   88-4   à la totalité du fluide moteur et la transmet suivant la ligne   78-81   à la fraction prélevée. 



   Ainsi qu'on peut le voir, on choisit dans ce cas la nature du fluide moteur et on accomplit le cycle de façon que la portion   4-5-&   de la courbe passe dans la région hachurée contenant le point critique K, mais que la portion 6-1 passe à une ;hauteur relativement grande au-dessus du point critique K.   Il   en résulte d'une part qu'une "correction globale" de l'échange de chaleur parait suffisante entre les portions 86-88 et 6-82, mais d'autre part que, étant donné que le point 6 est élevé, il faut également que le point 88 jusqu'auquel cet échange de chaleur peut s'effectuer, soit élevé et que par suite la soustraction de la quantité de cha- leur à soustraire définitivement, qui devrait commencer au point 88, devrait s'effectuer en partie avec une forte baisse de température nuisible.

   Mais on peut remédier à cet incon- vénient en ne transmettant pas la chaleur suivant la ligne 88-4 au fluide de refroidissement, mais à la fraction préleva par échange de chaleur suivant la 1 igne 79-81, de sorte que la soustraction de la quantité de chaleur à soustraire défi- nitivement ne commence qu'au point 4 et par suite commence sous une chute de température sensiblement plus faible. 



   Dans les exemples de réalisation des figures   11   et 12 la fraction du fluide moteur est prélevée dans le circuit principal au point 90 au moyen d'une dérivation   91,   se détend en fourbissant du travail au moyen de la turbine 93 suivant la ligne 90-92, est recomprimée suivant la ligne 94-95 au moyen d'un compresseur 96 à la pression des portions du   finir?,   moteur comprimées dans le circuit principal, et se remélange avec   ce ¯dernières   portions au point 95 au moyen de l'orifice 

 <Desc/Clms Page number 20> 

 97.

   Les échanges de chaleur s'effectuent ainsi de la manière suivante : 
L'échangeur de chaleur 98 soustrait de la chaleur suivant la ligne 3-99 à la totalité du fluide moteur et la transmet suivant la ligne 95-1 également à la totalité du fluide moteur." 
L'échangeur de chaleur 100 soustrait de la chaleur suivant la ligne 99-101 à la totalité du fluide moteur et la transmet suivant la ligne 90-95 au fluide moteur diminué de la fraction prélevée. 



   L'échangeur de chaleur 102 soustrait de la chaleur suivant la ligne   101-103   à la totalité du fluide moteur et la transmet suivant la ligne 6-90 également à la totalité du fluide moteur. 



   L'échangeur de chaleur 104 soustrait de la chaleur suivant la ligne   103-4   à la totalité du fluide moteur et la transmet suivant la ligne 92-84 à la fraction prélevée. 



   Ainsi qu'on peut le voir, la correction de l'échange de chaleur s'effectue principalement suivant la ligne 90-95. 



  Vais il en résulte en outre Que le point 4 se trouve alors sur l'isotherme de condensation et que par suite, la totalité de la chaleur à soustraire définitivement au circuit princi- pal est soustraite isothermiquement. 



   REVENDICATIONS. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

  1. 1.- Procédé de fonctionnement d'installations de force motrice 'à gaz chauds, qui consiste à comprimer le flui- de moteur, à le préchauffer par transmission de chaleur du fluide moteur détendu au fluide moteur comprimé, puis à le chauffer par un apport de chaleur extérieur à la température maximum, ensuite à le détendre en fournissant au travail et <Desc/Clms Page number 21> à lui soustraire encore de la chaleur, de préférence vers l'extérieur, par un fluide de refroidissement, pour le re- froidir à la température du commencement de la compression, caractérisé en ce qu'on prélève au moins une portion du fluide moteur déjà détendu dans le circuit principal à la pression la plus basse, avant la fin de sa nouvelle compres- sion,
    en ce qu'on la comprime séparément et qu'on la remé- lange avec la portion restante une fois comprimée.
    2.- Procédé suivant la revendication 1,caractérisé en ce qu'on amène,au coursdu préchauffage, la portion pré- levée,comprimée séparément, à l'autre portion comprimée.
    3.- Procédé d'après la revendication 1, caractérisé en ce que le prélèvement s'effectue avant achèvement de la soustraction de chaleur.
    4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le prélèvement s'effectue avant le commencement ensuite de la compression, en ce qu'on détend/la portion prélevée et on l'utilise à soustraire de la chaleur à la totalité du fluide moteur en circulation, et en ce qu'onla comprime sé- parément et on la remélange avec la portion restante compri- mée.
    5. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le prélèvement est effectué au cours de la com- pression, en ce que la portion prélevée subit un préchauffa- ge au moyen de la quantité totale du fluide moteur en cir- culation, détendu, ayant déjà servi à l'échange de chaleur principal, puis une compression,et en ce qu'elle est ramenée à la portion restante comprimée.
    6.- Procédé de transformation de la chaleur en force motrice au moyen d'un fluide moteur qui subit, dans un cir- <Desc/Clms Page number 22> cuit principal, une compression,un apport de chaleur en échange de chaleur et de l'extérieur, une détente fournissant du travail, une soustraction de chaleur en échange de chaleur et vers 1'extérieur, jusqu'à l'état initial de la compression, l'échange de chaleur s'effectuant entre des portions détendues et comprimées du fluide moteur, caractérisé en ce ,que, en appliquant un fluide moteur dont la température critique est comprise entre 260 et 6200 Kelvin, ainsi qu'en choisis- sant la nature de ce fluide et en accomplissant le cycle,
    on fait en sorte qu'une partie au moins de la période pen- dant laquelle la quantité de chaleur à soustraire définiti- vement au fluide moteur pendant son cycle principal lui est soustraite, et pendant laquelle il se comprime et reçoit au moins la première partie de la quantité de chaleur qui doit lui être cédée, est comprise, au moins lorsque la puissance débitée est normale, dans une gamme d'états renfermant le point critique et dans laquelle les températures Kelvin sont égales au moins à 0,95 fois et au plus à 1,1 fois la tempé- rature critique et sont inférieures à la température maximum du cycle principal, et dans laquelle les pressions absolues sont égales au moins à la pression de vaporisation corres- pondant à 0,95 fois la température critique et au plus à 10 fois la pression critique,
    pour "corriger" l'échange de chaleur, et après détente du fluide moteur à la pression la plus basse du cycle principal et avant le commencement de l'arrivée de la chaleur de l'extérieur, on dérive au moins une fois une portion du fluide moteur;du-cycle principal, on lui fait reprendre finalement par un traitement séparé la pression des portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal, et on la réunit avec ces dernières portions en un point où la température de ces portions du fluide moteur est au moins sensiblement égale à la tempé- rature finale atteinte par la portion dérivée. <Desc/Clms Page number 23>
    7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on prélève ladite fraction du fluide moteur dans le circuit principal avant la fin de la compression et on lui fait prendre par une compression séparée la pressLon des portions du fluide moteur comprimées dans le circuit princi- pal.
    8.- Procédé suivant les revendications 6 et 7, carac- térisé en ce que la compression de la fraction du fluide mo- teur s'effectue en plusieurs étages, de la chaleur est sous- traite à cette fraction entre deux étages successifs de com- pression et cette chaleur est transmise aux portions du flui- de moteur comprimées dans le circuit principal.
    9.- Procédé suivant les revendications 6 à 8, carac- térisé en ce qu'on soustrait de la chaleur aux portions détendues, du fluide moteur du circuit principal et on trans- met cette chaleur à la fraction prélevée entre deux étages de compression successifs.
    10.- Procédé suivant les revendications 6 à 9, ca- ractérisé en ce que la chaleur soustraite aux portions dé- tendues du fluide moteur du circuit principal est transmise à la fraction prélevée, avant le commencement d'un étage de compression (voir par exemple la figure 9).
    11.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la fraction prélevée du fluide moteur se détend séparément en fournissant du travail, dans un étage de détend au- moins, en ce qu'on lui fait reprendre par un étage de com- pression au moins la pression des portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal et en ce que les étages de détente et/ou de compression suivent et/ou précèdent l'ap- port de chaleur à la fraction prélevée (voir par exemple la figure 11). <Desc/Clms Page number 24>
    12.- Installation thermo-motrice pour la réalisation du procédé suivant les revendications 1 à 11, qui consiste en principe en au moins un appareil de chauffage Qui trans- met au fluide moteur comprimé la chaleur à amener de l'exté- rieur dans son circuit principal, au moins un dispositif de déteinte dans lequel le fluide moteur comprimé et chauffé se détend en fournissant du travail, au moins un échangeur de chaleur qui soustrait de la chaleur aux portions détendues du fluide moteur, et la transmet aux portions comprimées du fluide moteur, au moins un réfrigérant qui soustrait au fluide moteur la quantité de chaleur qui doit être soustraite définitivement à son circuit principal et au moins un compres seur, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispo- sitif supplémentaire qui,
    une fois le fluide moteur détendu à la pression. la plus basse du circuit principal et avant le commencement de l'amenée de la chaleur de l'extérieur, déri- ve une fraction du fluide moteur du circuit principal, lui fait prendre finalement par un traitement séparé la pression des portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal et la réunit avec ces dernières portions en un point où la température de ces portions du fluide moteur est au moins sensiblement égale à la température finale atteinte par la fraction dérivée* (voir par exemple figures 2 et 4) .
    13.- Installation suivant la revendication 12, carac- térisée en ce que le dispositif supplémentaire consista en principe en une dérivation Qui prélève la fraction du fluide moteur dans le circuit principal avant la fin de la compres- sion, en au moins un compresseur pour la compression à plu- sieurs étages de la fraction à la pression des portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal, en au mois un échangeur de chaleur qui soustrait de la chaleur à <Desc/Clms Page number 25> la fraction entre chaque fois deux étages successifs de compression et transmet cette chaleur à des portions de flui- de moteur comprimées dans le -circuit principal, et en un orifice par lequel la fraction dérivée se remélange avec ces portions du fluide moteur(par exemple voir figures 2 et 4) .
    14.- Installation suivant la revendication 12, ca- ractérisée en ce que le dispositif supplémentaire consiste en principe en une dérivation qui soustrait la fraction du cir- cuit principal avant terminaison de la compression en au moins un compresseur à plusieurs étages et au moins un échan- geur de chaleur qui soustrait de la chaleur à la fraction prélevée entre deux étages de compression successifs et trans met cette chaleur aux portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal et en un orifice par lequel la fraction dérivée se remélange avec ces portions du fluide moteur comprimées dans le circuit principal (voir par exemple figure 8).
    15. - Installation suivant la revendication 12, ca- ractérisée en ce que le dispositif supplémentaire consiste en principe en une dérivation qui soustrait la fraction du circuit principal avant terminaison de la compression, en au moins un compresseur qui amène la fraction en au moins un étage de compression, à la pression des portions de fluide moteur comprimées dans le circuit principal, en au moins un échangeur de chaleur qui soustrait de la chaleur des por- tions de fluide moteur détendues du circuit principal et transmet cette chaleur à la fraction dhaque fois avant le commencement d'un étage de compression et en un orifice qui réunit à nouveau la fraction aux portions de fluide moteur comprimées dans le circuit principal (voir par exemple la figure 10). <Desc/Clms Page number 26>
    16.- Installation suivant la revendication 12, carac- térisée en ce que le, dispositif., supplémentaire*, consiste, en principe en une dérivation qui soustrait la fraction au circuit principal, en au moins un dispositif dé détente pour détendre en fournissant du travail la fraction dans au moins un étage de détente, en au moins un compresseur qui amène la fraction à au moins un étage de compression, à la pression des portions de fluide moteur comprimées dans le circuit principal, en au moins un dispositif qui amène de'la chaleur après ou avant les étages de détente et/'ou de compression , et en un orifice qui réunit à nouveau la fraction aux por- tions de fluide moteur comprimées dans le circuit principal (voir par exemple figure 12).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1870646A2 (fr) * 2006-06-19 2007-12-26 Fritz Egger GmbH & Co Procédé et dispositif destinés à la récupération de chaleur de condensation à partir d'un cycle thermodynamique

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1870646A2 (fr) * 2006-06-19 2007-12-26 Fritz Egger GmbH & Co Procédé et dispositif destinés à la récupération de chaleur de condensation à partir d'un cycle thermodynamique
EP1870646A3 (fr) * 2006-06-19 2011-08-03 Fritz Egger GmbH & Co. OG Procédé et dispositif destinés à la récupération de chaleur de condensation à partir d'un cycle thermodynamique

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