Procédé de production de force motrice et installation pour sa mise en oeuvre. L'invention a pour objet un procédé de production .de force motrice utilisant comma agent moteur de la vapeur de matières orga niques, et une installation pour sa mise en ceuvre.
Le procédé consiste à produire de la va peur -de matières organiques, à surchauffer la dite vapeur organique sous une basse pres sion et à la laisser détendre dans un appa reil utilisateur. Par basse pression, il faut en tendre une pression inférieure à 5 ou 6 kilo grammes environ par centimètre carré: Jusqu'à présent, les recherches entrepri ses dans le but d'améliorer le rendement des installations à vapeur avaient été dirigées dans deux voies différentes: suivant certains procédés, on utilise de la vapeur d'eau à -des pressions et à des températures très élevées:
suivant d'autres, on produit simultanément de la vapeur d'eau et des vapeurs d'autres fluides présentant un point d'ébullition plus élevé que. celui de l'eau, le condenseur d'un liquide étant utilisé comme chaudière pour l'autre.
Ces installations utilisent la ou les va peurs à des pressions élevées et généralement sous forme de vapeur saturée.
Les inventeurs ont observé que, si l'utili sation de matières organiques pour la produc tion de force motrice présente des avantages qui leur sont propres, les conditions réalisées actuellement dans les installations à vapeur d'eau ne sont pas applicables avantageuse ment aux vapeurs de matières organiques, car elles ne permettent pas d'utiliser ration- nelle-ment toute la chute de température pour la transformer en travail mécanique dans les appareils d'utilisation, turbine ou autres.
Des formes d'exécution d'une installation suivant la présente invention sont représen tées, à titre d'exemple, au dessin annexé.
Les fig. 1 et 2 représentent respectivt- ment et schématiquement une vue en éléva tion et une vue en plan de l'installation; La fig. 3 est une coupe longitudinale d'une turbine; Les fig. 4 et 5 sont relatives, respective ment; à des applications de l'objet de l'inven tion, à un bateau et à un aéronef.
Aux fig. 1 et 2, une chaudière 1 comporte des brûleurs 2, dans lesquels le combustible liquide est admis par un tube 3. Des chicanes 4, 5 obligent les gaz de combustion à suivre le trajet sensiblement en $ indiqué par des flèches 6 et 7 pour revenir au-dessus des brûleurs 2, afin de réaliser une combustion complète. La matière organique utilisée comme agent moteur est placée en 8, dans un réservoir 9 qui communique par des tubes 10 avec un collecteur 11 -d'où partent des rangées de tubes parallèles 12 dans lesquels a lieu la vaporisation; les prolongements de ces tubes sont recourbés à environ 180 et constituent les éléments de surchauffe 13.
Ils viennent aboutir dans un collecteur 14, prolongé par un obturateur 15 avec vanne 16; des tubes 18 réunissent la partie supérieure du réservoir 9 au collecteur 14.
Le liquide organique venant d'un conden- seur 19, comme décrit ci-après, est conduit au réservoir 9 par des canalisations 20, qui, dans la région où elles traversent les gaz de com bustion, sont munies d'ailettes de réchauf- fage 21 à grande surface. Les gaz chauds cir culent dans le sens des flèches 22.
On voit de ce qui précède que la direction de l'écoulement .des gaz chauds est toujours à peu près en sens inverse .de celui d'écoule ment du liquide ou de la vapeur dans les tu bes 12, 13 et à celui du liquide amené au ré servoir 9. On peut prévoir des parois réfrac taires 23, 24 ou mieux, des parois doubles permettant entre elles une circulation d'air ou même du liquide organique utilisé dans l'installation.
La vapeur surchauffée pénètre en 25 dans une turbine axiale à action 26.
La fig. 3 montre une turbine à marche lente. La vitesse réduite résulte non seule ment du fait que c'est une turbine à action à couronnes d'aubes tournant en sens inverses, mais également du fait que 1.e liquide organi- que, de l'oxyde de phényle, par exemple, pos sède une chaleur spécifique bien inférieurt# à celle de l'eau et qu'en outre la vapeur pro duite se détend entre des limites calorifiques plus étroites de sorte que la vitesse, qui est proportionnelle à la, racine carrée de la diffé rence de calories se trouve dans l'ensemble, plus petite.
La turbine comporte 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 inverses et qui reposent dans des paliers 31, 32. A l'extrémité de l'arbre 29 est fixé le moyeu 33 d'un rotor 34 muni d'une double 'couronne d'aubes 35, 36. A l'ex- tr6mité,de l'arbre 30 est fixé de la même fa çon 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 ou diaphragme 54 servant à maintenir des pressions différentes de part et d'autre.
Des bagues d'étanchéité 55, 56 sont lo- g6es dans les évidements ménagés dans des manchons 57, 58; elles sont. rendues encore plus étanches au moyen de vapeur vive ar rivant par des tubes 59, 60. La cloison 54 est munie -de bagues 61 qui présentent des arêtes vives pour fournir l'étanchéité voulue. A la partie inférieure se trouve l'orifice d'admis sion de vapeur en 62, ainsi que l'orifice d'é chappement en 63.
Le rotor 39 Présente en outre une double couronne supplémentaire d'aubes 64,<B>65</B> qui sont disposées de façon à passer dans leurs ro tation -en regard d'une ouverture d'une se conde admission 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 nor mal.
Pour avoir toute la. puissance disponible sur un arbre unique, l'arbre 30 est relié à cet arbre 67 au moyen d'une roue dentée 68, l'ar- lire 29 est relié à ce même arbre 67 au moyen de deux roues dentées 69 et 70.
Sur l'arbre 67 est fixé un ventilateur 72 servant à amener -de l'air au foyer de ta chau dière sous une pression constante, réglable au moyen d'un clapet 73 qui se soulève au delà d'une certaine vitesse de la turbine.
Le condenseur 19 présente une grande surface spécifique constituée par des saillies inférieures 75 en contact avec le liquide con densé -et des nervures supérieures 76 disposées dans le trajet de l'air envoyé au foyer 77 -par le ventilateur 72.
De façon générale, la vapeur peut être uti lisée soit dans une seule turbine à plusieurz, étages de pression, soit dans plusieurs turbi nes à un ou plusieurs étages de pression. Dans le cas de plusieurs surchauffes, repré senté aux fig. 1 et 2, la vapeur sortant. du premier élément 26 d'utilisation, gagne par un conduit 40 un -surchauffeur 41 pourvu d'é léments 42 de grande surface spécifique con venablement disposée sur le passage des gaz chauds.
A sa sortie du surchauffeur 41, la vapeur est conduite par une canalisation 43 à l'élé ment ou appareil d'utilisation suivant .44. A la sortie du dernier appareil d'utilisai;.ion, la vapeur .passe dans un condenseur <B>19</B> d'où le condensat -est ramené à la chaudière par une pompe 45 et le conduit 20.
Dans le cas de l'application de l'objet -de l'invention à une automobile, l'arbre 67 peut porter un embrayage 71 à friction, par exem ple.
La fig. 4 montre .schématiquement une installation sur un bateau. La vapeur s'écoule d'une chaudière 80 par une conduite 81 dans la turbine 82 .clans laquelle elle travaille à une température élevée, la conduite 81 se parta geant au moyen d'un robinet. 83, avant son entrée dans la turbine, en deux branches cor respondant respectivement à la marche avant et à la marche arrière, La vapeur qui s'écoule de la turbine 82 passe dans un tube 84 pour revenir à la chau dière 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 8"r .destiné à commander la marche avant ou arrière, cette vapeur p@! s sant ensuite au condenseur 88, le liquide cou- densé retournant enfin à la chaudière 80.
Chaque turbine comporte deux arbres pourvus chacun d'hélices 89, 90.
La fig. 5 montre schématiquement en plan un avion muni de deux turbines 141 et 142 ainsi que :d'une chaudière 143. Comme indiqué par les flèches 144, la vapeur .,e rend de '_a chaudière à la turbine 142, puis retourne à ladite chaudière où elle est surchauffée; elle est amenée, ensuite à la -deuxième turbine 141 pour s'écouler enfin dans le condenseur. En 145 est une cheminée.
Method of producing motive power and installation for its implementation. The object of the invention is a method for producing motive power using as a motive agent of the vapor of organic materials, and an installation for its implementation.
The process consists in producing vapor of organic matter, in superheating said organic vapor under a low pressure and in allowing it to relax in a user apparatus. By low pressure, it is necessary to strain it to a pressure lower than about 5 or 6 kilograms per square centimeter: Until now, research undertaken with the aim of improving the efficiency of steam installations had been directed in two different ways. : according to certain processes, water vapor is used at very high pressures and temperatures:
according to others, water vapor and vapors of other fluids having a higher boiling point are produced simultaneously. that of water, the condenser of one liquid being used as boiler for the other.
These installations use the vapor (s) at high pressures and generally in the form of saturated steam.
The inventors have observed that, while the use of organic materials for the production of motive power has advantages which are specific to them, the conditions currently achieved in water vapor installations are not advantageously applicable to steam. organic materials, because they do not make it possible to rationally use all the temperature drop to transform it into mechanical work in the operating devices, turbine or others.
Embodiments of an installation according to the present invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing.
Figs. 1 and 2 represent respectively and schematically an elevation view and a plan view of the installation; Fig. 3 is a longitudinal section of a turbine; Figs. 4 and 5 are relative, respectively; to applications of the object of the invention, to a ship and to an aircraft.
In fig. 1 and 2, a boiler 1 comprises burners 2, into which the liquid fuel is admitted through a tube 3. Baffles 4, 5 force the combustion gases to follow the path substantially in $ indicated by arrows 6 and 7 to return above the burners 2, in order to achieve complete combustion. The organic material used as a driving agent is placed at 8, in a reservoir 9 which communicates by tubes 10 with a collector 11 -from which leave rows of parallel tubes 12 in which the vaporization takes place; the extensions of these tubes are curved at about 180 and constitute the superheating elements 13.
They end in a manifold 14, extended by a shutter 15 with valve 16; tubes 18 join the upper part of the reservoir 9 to the collector 14.
The organic liquid coming from a condenser 19, as described hereinafter, is led to the reservoir 9 by pipes 20, which, in the region where they pass through the combustion gases, are provided with heating fins. fage 21 large area. The hot gases circulate in the direction of the arrows 22.
It can be seen from the above that the direction of the flow of the hot gases is always roughly in the opposite direction to that of the flow of liquid or vapor in the tubes 12, 13 and to that of the liquid brought to the tank 9. It is possible to provide refractory walls 23, 24 or better, double walls allowing between them a circulation of air or even of the organic liquid used in the installation.
The superheated steam enters at 25 into an axial impeller 26.
Fig. 3 shows a slow running turbine. The reduced speed results not only from the fact that it is a turbine with action with crowns of blades rotating in opposite directions, but also from the fact that the organic liquid, such as phenyl oxide, has a specific heat much lower than that of water and in addition the vapor produced expands between narrower calorific limits so that the speed, which is proportional to the square root of the difference in calories are found overall, smaller.
The turbine comprises a casing formed by a base 27 provided with a removable cover 28 and in which are mounted two shafts 29, 30 rotating in opposite directions and which rest in bearings 31, 32. At the end of the shaft 29 is fixed the hub 33 of a rotor 34 provided with a double crown of blades 35, 36. At the end of the shaft 30 is fixed in the same way the hub 37 of a double rotor 38, 39. The rotor 38 carries a double ring of blades 50, 51 constructed and arranged such that the blades of one of the rotors, 38 for example. enter between the blades of the other.
The second rotor 39 of the shaft 30 consists of an ordinary Curtiss rotor fitted with vanes 52, 53, but the rotors 38 and 39 are separated by a partition or diaphragm 54 serving to maintain different pressures on either side. .
Sealing rings 55, 56 are housed in the recesses made in sleeves 57, 58; they are. made even more sealed by means of live steam arriving through tubes 59, 60. The partition 54 is provided with rings 61 which have sharp edges to provide the desired seal. At the bottom is the steam inlet at 62, as well as the exhaust port at 63.
The rotor 39 also has an additional double crown of vanes 64, <B> 65 </B> which are arranged so as to pass in their rotation - opposite an opening of a second inlet 66 for the counter-vapor which will turn the rotor 39 and, consequently, the shaft 30 of the latter in the opposite direction to the normal direction.
To have all the. power available on a single shaft, the shaft 30 is connected to this shaft 67 by means of a toothed wheel 68, the arter 29 is connected to this same shaft 67 by means of two toothed wheels 69 and 70.
On the shaft 67 is fixed a fan 72 serving to bring air to the furnace of the boiler under a constant pressure, adjustable by means of a valve 73 which lifts beyond a certain speed of the turbine. .
The condenser 19 has a large specific surface area formed by lower projections 75 in contact with the condensed liquid - and upper ribs 76 arranged in the path of the air sent to the hearth 77 - by the fan 72.
In general, the steam can be used either in a single turbine with several pressure stages, or in several turbines with one or more pressure stages. In the event of several overheating, shown in fig. 1 and 2, the steam coming out. of the first element 26 of use, gains by a duct 40 a superheater 41 provided with elements 42 of large specific surface area suitably disposed on the passage of the hot gases.
On leaving the superheater 41, the steam is conducted through a pipe 43 to the following element or device for use .44. At the outlet of the last appliance, the steam passes into a condenser <B> 19 </B> from where the condensate -is returned to the boiler by a pump 45 and the conduit 20.
In the case of the application of the object of the invention to an automobile, the shaft 67 can carry a friction clutch 71, for example.
Fig. 4 schematically shows an installation on a boat. The steam flows from a boiler 80 through a pipe 81 in the turbine 82 .clans which it works at a high temperature, the pipe 81 is divided by means of a valve. 83, before entering the turbine, in two branches corresponding respectively to forward and reverse gear, the steam which flows from the turbine 82 passes through a tube 84 to return to the boiler 80 with a view to overheating.
The superheated steam then passes through a tube 85 into the low pressure turbine 86, likewise passing through a valve 8 "r. Intended to control the forward or reverse gear, this steam then passing through the condenser 88, the liquid. bent finally returning to the boiler 80.
Each turbine has two shafts each provided with propellers 89, 90.
Fig. 5 shows schematically in plan an airplane provided with two turbines 141 and 142 as well as: a boiler 143. As indicated by arrows 144, the steam returns from the boiler to the turbine 142, then returns to said boiler. where it is overheated; it is then brought to the second turbine 141 to finally flow into the condenser. In 145 is a fireplace.