Installation de turbine à gaz. Cette invention a. pour objet une installa tion de turbine à gaz à circuit fermé com prenant un compresseur entraîné par une tur bine, un réchauffeur dans lequel le gaz de travail est réchauffé avant son entrée dans la turbine par du liquide chaud, im dispositif de chauffage servant à. chauffer ce liquide avant son passage dans le réchauffeur, et. un récupérateur traversé par le gaz après sa sortie de la. turbine.
Cette installation est caractérisée, selon l'invention, en ce que le liquide et le gaz cir culent en sens inverse l'un de l'autre dans le réchauffeur, le liquide, après avoir traversé le réchauffeur, étant envoyé dans le récupé rateur, dans lequel le gaz s'échappant de la turbine lui cède clé la chaleur, et revenant ensuite au dispositif de chauffage.
Le dessin représente schématiquement, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation faisant l'objet de la présente in vention.
Dans cette forme d'exécution, le gaz de travail peut, par exemple, être de l'azote, et le liquide servant au transfert clé la chaleur peut, par exemple, être du gallium liquide.
Le gallium liquide circule dans un serpen tin tt enfermé dans une enveloppe B et le ser pentin est. chauffé, par exemple par la com bustion d'un combustible, au moyen d'un brfi- leur C.
De l'air pénètre dans l'enveloppe B en Bl et les gaz chauds, après avoir passé sur le serpentin, s'échappent en B2. L'air pénétrant dans l'enveloppe et les gaz chauds s'échap pant de cette dernière passent à travers un régénérateur D, qui peut être du type rotatif et dans lequel les gaz chauds passent à travers une matrice exécutée en une matière conduc trice de la. chaleur à laquelle ils cèdent de la chaleur qui est ensuite cédée par cette ma trice à l'air pénétrant en Bl et qui la traverse en sens opposé.
Le gallium liquide chauffé dans le serpen tin 9. est envoyé par une pompe Ai à un in jecteur A2 qui le pulvérise sous forme d'un jet dirigé vers le bas à l'intérieur de la cham bre d'un réchauffeur E qui fonctionne à la fagon d'un laveur. L'azote fourni par un com presseur F, entraîné par une turbine à gaz G, parvient à travers la conduite H dans la par tie inférieure de la chambre du réchauffeur E dans laquelle ce gaz circule vers le haut et.
rencontre le jet. de gallium liquide dirigé vers le bas provenant de l'injecteur 11.2. A partir de la partie supérieure du réchauffeur E, l'azote chauffé pénètre par une conduite El dans un séparateur J dans lequel tout le gallium pul vérisé provenant du réchauffeur E et se trou vant dans l'azote est éliminé.
Le gallium liquide ainsi éliminé revient en arrière par la conduite<B>E2.</B> jusque dans la chambre du ré chauffeur E et tombe au fond de cette der nière où il est repris avec. le reste du gallium liquide introduit dans le réchauffeur par l'in jecteur 32. L'azote provenant. du compresseur F et qui a été chauffé dans le réchauffeur E se trouve sous une pression notable et il est. conduit par une conduite b: à la. turbine G.
Après avoir traversé la turbine G, l'azote est. conduit par une conduite L1 dans la par tie inférieure du récupérateur L dans lequel il s'écoule vers le haut et rencontre un jet di rigé vers le bas de gallium liquide pulvérisé par un injecteur :I'1 auquel le gallium liquide qui s'est accumulé au fond de la chambre dit réchauffeur E est amené par une conduite E-3, par exemple par gravité. Ce gallium fondu se trouve à une température inférieure à la température de l'azote qui pénètre dans ce second échangeur L et, de ce fait, l'azote cède de la chaleur au jet de gallium.
L'azote passe ensuite du récupérateur L, par une conduite <B>311,</B> dans un réfrigérant N dans lequel il est refroidi au moyen d'eau qui y pénètre en 0 et s'échappe en 01. Dans le réfrigérant N, la température de l'azote est ramenée à une va leur aussi basse que possible, et cet. azote s'écoule ensuite par un conduit N1 vers le compresseur F.
Le gallium liquide pulvérisé par le jet Il est récolté au fond du récupérateur L et con duit par une conduite L2 à l'extrémité supé rieure du serpentin A dans lequel il est à nouveau chauffé.
Dans luie variante de l'installation repré sentée, on pourrait disposer un troisième échangeur de chaleur, intercalé entre le coin presseur F et. le réchauffeur E et dans lequel l'azote comprimé serait réchauffé en circulant à contre-courant avec le liquide venant chi récupérateur L, ce liquide étant ensuite en voyé au serpentin de chauffage A.
L'installation décrite présente les avan tages suivants: Le coefficient de transfert de chaleur de la. surface de chauffage du serpen tin de chauffage .l, en direction du gallium liquide, est tellement supérieur au coefficient de transfert de chaleur gaz-tube des échan geurs de chaleur des installations connues tra vaillant avec un fluide de transfert. de cha leur gazeux, que la température de la paroi du serpentin peut être pratiquement. la. même que celle du gallium liquide. En conséquence, des surchauffes locales accidentelles de la. pa roi du serpentin sont. moins à craindre.
Ceci permet de réduire la. surface de transfert de chaleur du serpentin -l et d'employer de façon plus complète la. chaleur de radiation produite par la combustion des produits provenant du brûleur C. Du fait que le gallium liquide est chauffé dans le serpentin A à basse pression en comparaison avec la. pression, qui peut atteindre jusqu'à ?0 atmosphères, dans les installations connues employant un fluide clé transfert de chaleur gazeux, le métal consti tuant le serpentin -l n'est soumis qu'à de faibles contraintes.
Les appareils échangeurs de chaleur en forme de tour E et I. offrent clé grandes sur faces d'échange de chaleur dans un espace réduit entre le ;album liquide et l'azote. Le fonctionnement de ces appareils est facilité par le fait que le gallium liquide a. une den sité élevée, ce qui augmente le débit admis sible pour les dimensions données de l'appa reil.
A part le serpentin < l, le seul échangeur de chaleur à surface tubulaire ou plane que présente l'installation décrite est le refrigé- rant refroidi à l'eau N. Le compresseur F pourrait, le cas échéant, être pourvu d'échan geurs intermédiaires de refroidissement du même type que le réfrigérant fi et travaillant à des températures relativement. basses.
Dans une autre variante de l'installation décrite, comprenant une turbine à plusieurs étages, on pourrait utiliser une partie du gal- liunt liquide chauffé dans le serpentin À pour réchauffer l'azote entre deux étages de la tur bine dans lin réchauffeur intermédiaire ana logue au réchauffeur T.
L'utilisation de gallium liquide dans l'ins tallation décrite présente de nombreux avan tages. En effet, le gallium: 1 n'attaque pas le métal constituant le serpentin A jusqu'à des températures (le l'ordre de 750 C; ? ne se décompose pas jusqu'à des tempé ratures de l'ordre de<B>7500</B> C ; 3 ne réagit pas chimiquement avec l'azote utilisé comme gaz de travail; 4 a un point de fusion de l'ordre de 30 C, ce qui facilite le démarrage de l'installation et permet de la dégeler facilement, par exemple à l'aide de vapeur, après qu'elle est restée hors service; 5 n'est. ni inflammable ni toxique;
6 présente un point d'ébullition élevé (en viron l800 ), ce qui réduit la quantité de vapeur qui circule; 7 présente une haute conductibilité ther mique; 8 présente une densité élevée (environ 6), ce qui facilite le fonctionnement des appareils échangeurs de chaleur E et L et la pulvéri sation.
On pourrait aussi utiliser, dans l'installa tion décrite, d'autres substances pour le trans fert de chaleur. Ces substances, par exemple certains sels, devront répondre dans la. mesure du possible aux conditions énoncées ci-dessus.
On pourrait aussi employer dans l'installa tion décrite des alliages de métaux, par exem ple des alliages à. point de fusion bas et à point d'ébullition élevé similaires au métal de 'ood dont le point clé fusion est. de 65 5 C, ou (les métaux alcalins, notamment. le sodium et le potassium, car ces derniers présentent l'avantage d'être peu coûteux et de ne pas attaquer les métaux ferreux.
Certains alliages de ces métaux alcalins présentent un point (le fusion et un point. d'ébullition convenables et pourraient être utilisés bien qu'ils ne rem plissent pas entièrement. toutes les conditions énumérées ci-desssus. Un tel alliage comprend, par exemple, 50 à 6011/o de sodium et 50 à 10% de potassium et présente un point de fusion d'environ 20 C.
Si dans l'installation décrite on emploie une substance qui se dilate en se solidifiant, les inconvénients provenant de cette dilatation peuvent être éliminés, par exemple par les deux méthodes suivantes cc.) L'insertion dans les conduites d'un tube intérieur aplati en métal mince qui peut ab sorber la dilatation sans que les tubes princi paux soient soumis à des contraintes inadmis sibles ou que le tube aplati soit déformé de faeon permanente. Dans les cas oiz un tube intérieur de ce genre est employé; ce dernier peut aussi servir pour faire circuler de la vapeur, pour dégeler l'installation lorsque cette dernière a été hors service.
b) L'emploi de moyens par lesquels la substance constituant le liquide de transfert de chaleur peut. être dirigé dans un carter muni de serpentins de chauffage parcourus par de la. vapeur, pour permettre de fondre à nouveau cette substance, au moment. de la mise en marche de l'installation.
L'emploi de l'air comme gaz de travail n'est pas recommandable du fait qu'il est apte à provoquer l'oxydation du liquide de trans fert de chaleur et des parois des appareils échangeurs et des conduites. L'argon rempli rait les conditions requises, mais son coût élevé est prohibitif car des pertes sont inévitables. L'azote est économique et satisfaisant.