Procédé et appareil pour l'aspiration et la compression d'un fluide gazeux. La présente invention a pour objet un procédé pour l'aspiration et la compression d'un fluide gazeux destiné à aspirer un fluide gazeux contenu à basse pression p, dans un espace déterminé pour le refouler dans un second espace à une pression P, supérieur à p, l'aspiration ayant lieu sous l'action d'un fluide moteur, un liquide convenablement pulvérisé étant refoulé dans le mélange de fluide aspiré et de fluide moteur, dans le but de réaliser le travail de compression du fluide aspiré sous le régime isothermique L'invention a également pour objet un ap pareil réalisant ce procédé, et constitué par la combinaison de chambres successives de dé tente,
à pression décroissante et munies de tuyères convergentes divergentes munies elles- mêmes de tuyères annulaires d'amenée de fluide moteur sous pression dans le but de ré- eupérer sous forme d'énergie cinétique les pertes de force vive transformée en chaleur, la dernière chambre étant reliée à un diffuseur muni d'un dispositif d'amenée de liquide pul vérisé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appa reil objet de l'invention. Fig. 1 en est une coupe verticale axiale; Fig. 2 est une élévation d'un détail. Le procédé de l'invention a pour but d'as pirer un fluide gazeux, se trouvant sous une pression p dans un espace déterminé, et de le refouler dans un autre espace sous une pres- sion" P en récupérant sous forme d'énergie cinétique les pertes de force vive transformée en chaleur et en réalisant le travail de @com- pression du fluide aspiré sous le régime iso- thermique. Pour ,
cela l'aspiration du fluide à la pression p se fait sous l'action d'un fluide moteur sous pression, ces deux fluides étant mélangés pour obtenir une pression moindre que p; -ce mélange reçoit ensuite une nouvelle quantité de fluide moteur qui abaisse à nou veau la pression; finalement, un liquide pul vérisé est refoulé dans le mélange -des fluides aspiré et moteur, qui ramène l'ensemble à une pression P.
L'appareil réalisant ce procédé comporte une tubulure d'aspiration 1 destinée ,à être reliée à l'évacuation (de la .chambre .de laquelle on désire aspirer les vapeurs. Cette tubulure aboutit .dans une .chambre 2 comportant à sa partie inférieure une tuyère convergente et divergente 3 aboutissant dans une chambre de mélange 4.
Dans cette chambre aboutit également une tuyère annulaire 5 en communication par une vanne 6, avec une conduite 7 d'arrivée de va peur à haute pression.
Le tuyère annulaire 5 est cloisonnée par des rainures radiales non visibles au dessin, de forme convenable, en vue d'obtenir la dé tente totale du fluide moteur, amené par cette tuyère annulaire, à la pression de la chambre de mélange 4.
La chambre 4 se termine vers la base par une tuyère convergente divergente 8 aboutis sant à une deuxième chambre de mélange 9 dans laquelle débouche également une tuyère annulaire 10 semblable à la tuyère 5, mais destinée de préférence à recevoir une portion de fluide moteur plus faible que celle admise par la tuyère 5.
La chambre de mélange 9 débouche dans un diffuseur 11 dont la section augmente gra duellement et à l'extrémité supérieure duquel est disposée une chambre annulaire 12 dans laquelle débouche une conduite 13 d'arrivée d'eau chaude ou froide. La paroi intérieure de la chambre 12 est constituée par une bague 14 dont la partie inférieure conique s'applique exactement sur la paroi conique correspon dante du diffuseur. La surface externe de cette partie conique 15 présente des stries obliques sur son pourtour formant de petits canaux. Les stries de la bague se croisent deux à deux comme indiqué en 16, à leur entrée dans le diffuseur, de façon que les courants d'eau se rencontrent sous un certain angle en provo quant ainsi leur pulvérisation.
Le fonctionnement est le suivant: Le fluide à la pression p entre dans l'ap pareil par la tubulure 1 et traverse la tuyère 3 pour se rendre dans la première chambre de mélange 4. Le fluide moteur pénétrant par la tuyère annulaire 5 dans cette chambre, par des rainures radiales, de forme telle qu'on réalise dans cette chambre la détente totale du fluide moteur à la, pression de cette chambre d l'énergie calorifique disponible du fluide moteur est transformée en énergie cinétique qui est communiquée en partie au fluide aspiré, la perte de force vive occasionnée par le choc des deux courants, étant transformée en chaleur.
La section de la tuyère 3 est réglée de telle façon que la pression p' dans le mélan geur 4 soit inférieure à la pression primitive p du fluide aspiré, de sorte que celui-ci, après son passage dans la tuyère 3, a acquis la. vi tesse maximum venant de la. différence de pression p-pi et de l'énergie contenue dans le fluide aspiré.
Le fluide moteur n'agit sur le fluide aspiré qu'après que .celui-ci a pris sa vitesse maxi mum résultant rie son énergie propre, etdans ces circonstances, la. perte de force vive par le choc des deux veines fluides est réduite au minimum. L'ensemble des fluides moteur et aspiré traverse la deuxième tuyère 8 pour aboutir à. la nouvelle chambre de mélange 9 qui reçoit une nouvelle portion de fluide moteur. La pression dans cette chambre 9 est réglée à, la valeur p\ inférieure à la valeur pi.
Dans cette chambre également, il y a. détente totale du mélange avec utilisation de l'énergie dispo nible entre les pressions pi et p\, et en outre du réchauffage résultant des pertes intérieures d'énergie cinétique, et, par conséquent, récu pération de ces pertes dans le passage à tra vers la tuyère 8.
Après la, dernière chambre ,de mélange 9. il n'y a pas de nouvelle détente, mais le dif fuseur augmente graduellment la pression du fluide total jusqu'à la pression P, et il n'y a pas de récupération possible des pertes d'éner gie cinétiques intérieures. C'est pour cette raison que dans le présent dispositif, les débits de fluide moteur dans les chambres succes sives de mélange vont en décroissant; la<B>,</B> der nière perte,de force vive n'étant plus récupé- rable. En second lieu, le fluide total après avoir traversé le col du diffuseur augmente gra duellement de pression.
Pendant cette période de compression il y a dépense d'un travail. qui est d'ailleurs fourni par l'énergie cinétique du fluide total. Cette dépense de travail est plus importante dans le cas où la compression est produite sous le régime adiabatique que dans le cas où la compression est isothermique.
Lorsqu'on réalise cette dernière forme de compression, il y a évidemment moins de tra vail à dépenser et on obtient un meilleur ren dement de l'appareil. Dans l'appareil décrit, on se rapproche dans toute la mesure possible du régime de la compression isothermique. Par suite de la disposition de la bague 14, 15, les courants d'eau amenés par la conduite 13 se rencontrent sous un certain angle en pro duisant la pulvérisation du liquide qui est ainsi distribué dans le diffuseur à l'état vési culaire pour faciliter l'échange de tempéra ture entre les fluides comprimés et l'eau in jectée dont l'action refroidissante favorise l'é tablissement du régime de compression iso- thermique ou au moins polytropique.
Une partie des vésicules liquides passe à l'état de vapeur à la pression du milieu dans lequel elles évoluent. Les vésicules non vapo risées qui occupent le pourtour de la veine cen trale de vapeur et fluide tendent à s'opposer par leur masse aux courants parasites tels que remous et tourbillons qui se produisent dans les diffuseurs non munis de cette injection d'eau en absorbant une certaine partie de l'é nergie cinétique au détriment du rendement de l'appareil.
L'injection d'eau peut être répartie sur une ou plusieurs chambres successives depuis le col jusqu'à la sortie du diffuseur. Suivant qu'on emploiera de l'eau froide ou de l'eau chaude, on récupérera des calories de sur chauffe sous forme d'eau chaude ou de va peur, ce qui a son importance suivant le fonc tionnement de l'appareil, soit comme extrac teur d'air soit comme compresseur de vapeur.
L'objet de l'invention s'applique dans les diverses industries où l'on évapore des liqui des au moyen de chauffage à vapeur et per met de remonter la pression de la vapeur émise dans les chambres d'ébullition à une pression supérieure pour l'utiliser de nouveau à tous usages quelconques de chauffage. Il peut servir également à l'extraction de gaz incondensablesdans les installations de con densation de vapeur, à établir le vide dans un espace quelconque en refoulant les gaz aspi rés dans toute enceinte à une pression quel conque ou<B>à</B> l'atmosphère. Elle peut aussi servir à l'établissement de machines frigori fiques où l'agent frigorifique est la vapeur d'eau.
A method and apparatus for the suction and compression of a gaseous fluid. The present invention relates to a method for the suction and compression of a gaseous fluid intended to suck a gaseous fluid contained at low pressure p, in a determined space in order to discharge it into a second space at a pressure P, greater than p, the suction taking place under the action of a working fluid, a suitably atomized liquid being forced back into the mixture of suction fluid and working fluid, in order to perform the work of compressing the suction fluid under the isothermal regime The invention also relates to an apparatus carrying out this method, and consisting of the combination of successive de-tent chambers,
at decreasing pressure and provided with converging divergent nozzles themselves provided with annular nozzles for supplying pressurized working fluid with the aim of recovering in the form of kinetic energy the losses of living force transformed into heat, the last chamber being connected to a diffuser fitted with a device for supplying pulverized liquid.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus which is the subject of the invention. Fig. 1 is an axial vertical section thereof; Fig. 2 is an elevation of a detail. The object of the process of the invention is to suck up a gaseous fluid, which is under a pressure p in a determined space, and to discharge it into another space under a pressure "P while recovering in the form of energy. kinetic losses of live force transformed into heat and by performing the work of @ compression of the fluid sucked under the isothermal regime.
that the suction of the fluid at the pressure p takes place under the action of a pressurized working fluid, these two fluids being mixed to obtain a pressure less than p; this mixture then receives a new quantity of motor fluid which again lowers the pressure; finally, a pulverized liquid is discharged into the mixture of the suction and driving fluids, which brings the assembly back to a pressure P.
The apparatus carrying out this method comprises a suction pipe 1 intended to be connected to the discharge (of the .chambre .from which it is desired to suck the vapors. This pipe ends. In a .chambre 2 comprising at its lower part a converging and divergent nozzle 3 ending in a mixing chamber 4.
In this chamber also ends an annular nozzle 5 in communication by a valve 6, with an inlet pipe 7 for the high pressure pressure.
The annular nozzle 5 is partitioned by radial grooves not visible in the drawing, of suitable shape, in order to obtain the total expansion of the working fluid, brought by this annular nozzle, to the pressure of the mixing chamber 4.
Chamber 4 ends at the base with a converging divergent nozzle 8 leading to a second mixing chamber 9 into which also opens an annular nozzle 10 similar to nozzle 5, but preferably intended to receive a smaller portion of working fluid. than that admitted by the nozzle 5.
The mixing chamber 9 opens into a diffuser 11, the cross section of which increases gradually and at the upper end of which an annular chamber 12 is arranged into which opens a pipe 13 for the hot or cold water supply. The inner wall of the chamber 12 is formed by a ring 14, the conical lower part of which is exactly on the corresponding conical wall of the diffuser. The outer surface of this conical part 15 has oblique ridges on its periphery forming small channels. The striations of the ring intersect in pairs as indicated at 16, as they enter the diffuser, so that the water currents meet at a certain angle, thereby causing them to spray.
The operation is as follows: The fluid at pressure p enters the apparatus through the pipe 1 and passes through the nozzle 3 to reach the first mixing chamber 4. The driving fluid entering through the annular nozzle 5 into this chamber , by radial grooves, shaped such that in this chamber the total expansion of the working fluid is achieved at the pressure of this chamber d the available heat energy of the working fluid is transformed into kinetic energy which is partly communicated to the fluid sucked, the loss of life force caused by the shock of the two currents, being transformed into heat.
The section of the nozzle 3 is adjusted so that the pressure p 'in the mixer 4 is lower than the primitive pressure p of the fluid sucked in, so that the latter, after passing through the nozzle 3, has acquired the . maximum speed coming from the. difference in pressure p-pi and the energy contained in the aspirated fluid.
The motive fluid acts on the fluid sucked in only after the latter has taken its maximum speed resulting mum rie its own energy, and in these circumstances, the. loss of life force by the collision of the two fluid veins is minimized. All of the engine and aspirated fluids pass through the second nozzle 8 to arrive at. the new mixing chamber 9 which receives a new portion of motor fluid. The pressure in this chamber 9 is set at, the value p \ lower than the value pi.
Also in this room there is. total expansion of the mixture with use of the energy available between the pressures pi and p \, and in addition of the reheating resulting from the internal losses of kinetic energy, and, consequently, recovery of these losses in the passage through the nozzle 8.
After the last mixing chamber 9. there is no further expansion, but the diffuser gradually increases the pressure of the total fluid up to the pressure P, and there is no possible recovery of losses. of internal kinetic energies. It is for this reason that in the present device, the flow rates of working fluid in the successive mixing chambers are decreasing; the <B>, </B> last loss of living force is no longer recoverable. Second, the total fluid after passing through the diffuser neck gradually increases in pressure.
During this period of compression there is expenditure of work. which is moreover supplied by the kinetic energy of the total fluid. This labor expenditure is greater in the case where the compression is produced under the adiabatic regime than in the case where the compression is isothermal.
When this latter form of compression is carried out, there is obviously less work to be spent and a better efficiency of the apparatus is obtained. In the apparatus described, the isothermal compression regime is approached as closely as possible. As a result of the arrangement of the ring 14, 15, the water streams supplied by the pipe 13 meet at a certain angle producing the spraying of the liquid which is thus distributed in the diffuser in the vesicular state to facilitate the exchange of temperature between the compressed fluids and the injected water, the cooling action of which promotes the establishment of the isothermal or at least polytropic compression regime.
Some of the liquid vesicles pass to the vapor state at the pressure of the medium in which they evolve. The non-vaporized vesicles which occupy the periphery of the central vapor and fluid vein tend to oppose by their mass the parasitic currents such as eddies and eddies which occur in the diffusers not provided with this injection of water by absorbing a certain part of the kinetic energy to the detriment of the efficiency of the apparatus.
The water injection can be distributed over one or more successive chambers from the neck to the outlet of the diffuser. Depending on whether you use cold water or hot water, the calories from overheating will be recovered in the form of hot water or scared, which is important depending on the operation of the appliance, i.e. as an air extractor or as a steam compressor.
The object of the invention applies in the various industries where liquids are evaporated by means of steam heating and allow the pressure of the steam emitted in the boiling chambers to be raised to a higher pressure for use it again for any heating purposes. It can also be used for the extraction of non-condensable gases in vapor condensation installations, to establish a vacuum in any space by delivering the gases sucked into any chamber at any pressure or <B> at </B> the atmosphere. It can also be used in the establishment of refrigeration machines where the refrigerating agent is water vapor.