FR2478264A1 - Steam generating plant with heat pump - has evaporator with heat pump circuit containing liquid condensed to heat water - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet des dispositifs de production de vapeur d'eau. The present invention relates to devices for producing water vapor.
Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des appareils générateurs de vapeur d'eau, notamment de vapeur à basse et moyenne pression. The technical sector of the invention is that of the construction of devices generating water vapor, in particular low and medium pressure steam.
La vapeur d'eau à basse et moyenne pression est utilisée dans de nombreuses installations industrielles comme fluide caloporteur. Il a été calculé que plus de la moitié de l'énergie consommée dans les installations industrielles autres que les centrales électriques est transportée sous forme de vapeur d'eau, qui est obtenue traditionnellement en chauffant l'eau sous une pression égale ou supérieure à la pression atmosphérique, à une tem pérature égale ou supérieure à 1000, dans des chaudières où l'on brûle des combustibles fossiles. Low and medium pressure water vapor is used in many industrial installations as a heat transfer fluid. It has been calculated that more than half of the energy consumed in industrial installations other than power plants is transported in the form of water vapor, which is traditionally obtained by heating the water under a pressure equal to or greater than the atmospheric pressure, at a temperature of 1000 or more, in boilers burning fossil fuels.
La raréfaction et l'augmentation du prix des combustibles fossiles, notamment des hydrocarbures, entraînent la nécessité d'économiser cette source d'énergie et plus particulièrement de rechercher des moyens qui permettent de produire de la vapeur d'eau en consommant moins d'énergie prove nana de la combustion de produits pétroliers ou fossiles. The scarcity and increase in the price of fossil fuels, especially hydrocarbons, leads to the need to save this source of energy and more particularly to seek means which make it possible to produce water vapor by consuming less energy come from the combustion of petroleum or fossil products.
On sait que la chaleur totale d'un kilogramme de vapeur d'eau qui est par exemple à une pression de 5 bars et à une température de l'ordre de 1500C, est de l'ordre de 6500KC. Si cette vapeur d'eau est obtenue par vaporisation de l'eau dans une chaudière à une température égale ou supérieure à 1000C, la chaleur totale comporte une grande part de chaleur latente de vaporisation, qui doit être founie à une température supérieure à 1000C. It is known that the total heat of a kilogram of water vapor which is for example at a pressure of 5 bars and at a temperature of the order of 1500C, is of the order of 6500KC. If this water vapor is obtained by vaporization of water in a boiler at a temperature equal to or higher than 1000C, the total heat comprises a large part of latent heat of vaporization, which must be provided at a temperature higher than 1000C.
On rappelle que la chaleur latente de vaporisation d'un kilogramme d'eau varie de 537 KC, pour une vaporisation à 100 C, à 500 KC, pour une vaporisation à 5 bars et 150 C. Remember that the latent heat of vaporization of a kilogram of water varies from 537 KC, for a vaporization at 100 C, to 500 KC, for a vaporization at 5 bars and 150 C.
Un objectif de l" invention est de produire de la vapeur d'eau par des moyens qui permettent de vaporiser l'eau à basse température, c'est-àdire à des températures inférieures à 100 C, par exemple à des températures comprises entre 45C et 90 C, de telle sorte que la chaleur latente de vaporisation qui constitue la majeure partie de la chaleur totale, puisse être fournie par des sources de chaleur à basse température autres que des chaudières dans lesquelles on brûle des combustibles fossiles. An object of the invention is to produce water vapor by means which make it possible to vaporize the water at low temperature, that is to say at temperatures below 100 ° C., for example at temperatures between 45 ° C. and 90 C, so that the latent heat of vaporization which constitutes the major part of the total heat, can be supplied by low temperature heat sources other than boilers in which fossil fuels are burned.
Un autre objectif de la présente invention est de procurer des moyens qui permettent de produire de la vapeur d'eau en récupérant les calories à basse température contenues dans les effluents de nombreuses industries utilisant la vapeur d'eau comme fluide caloporteur. Another object of the present invention is to provide means which make it possible to produce water vapor by recovering the calories at low temperature contained in the effluents of many industries using water vapor as heat transfer fluid.
Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un dispositif pour produire de la vapeur d'eau, qui comporte
- une cuve d'évaporation d'eau contenant une phase liquide en équilibre avec la phase vapeur;
- une pompe à chaleur dont l'évaporateur reçoit des calories d'une source froide, qui servent à vaporiser un fluide caloporteur, tel qu'un fluorocarbone qui condense dans un échangeur en chauffant la phase liquide de ladite cuve d'évaporation à une température comprise entre 450C et 90 C;
- et un compresseur qui aspire la phase vapeur contenue dans ladite cuve d'évaporation, en maintenant dans celle-ci une pression comprise entre 0,1 et 0,7 bar et qui comprime la phase vapeur à une pression d'utilisation supérieure à 1 bar.The objectives of the invention are achieved by means of a device for producing water vapor, which comprises
- a water evaporation tank containing a liquid phase in equilibrium with the vapor phase;
a heat pump, the evaporator of which receives calories from a cold source, which are used to vaporize a heat transfer fluid, such as a fluorocarbon which condenses in an exchanger by heating the liquid phase of said evaporation tank to a temperature between 450C and 90 C;
- And a compressor which sucks the vapor phase contained in said evaporation tank, maintaining in it a pressure between 0.1 and 0.7 bar and which compresses the vapor phase to a working pressure greater than 1 bar.
L'invention a pour résultat la production de vapeur d'eau sans utiliser des chaudières chauffées par la chaleur de combustion d'un combustible fossile d'où une économie de formes d'énergie onéreuses. The invention results in the production of water vapor without using boilers heated by the combustion heat of a fossil fuel, thereby saving expensive forms of energy.
La chaleur totale ou énergie interne d'un poids déterminé de vapeur d'eau est déterminée par la température de cette vapeur d'eau, quel que soit le processus utilisé pour l'obtenir. The total heat or internal energy of a determined weight of water vapor is determined by the temperature of this water vapor, regardless of the process used to obtain it.
Toutefois, les dispositifs selon l'invention permettent de fournir à basse température la majeure partie de la chaleur totale, qui est constituée par la chaleur latente de vaporisation et ils permettent donc d'utiliser des quantités de chaleur disponibles à basse température, et notamment de récupérer des quantités de chaleur importantes contenues dans les effluents de nombreuses industries en utilisant ces effluents à basse température comme source froide de la pompe à chaleur, ce qui présente, en outre, l'avantage de refroidir ces effluents avant de les rejeter et d'éviter ainsi des pollutions thermiques. However, the devices according to the invention make it possible to supply at low temperature most of the total heat, which is constituted by the latent heat of vaporization and they therefore make it possible to use quantities of heat available at low temperature, and in particular to recover significant amounts of heat contained in the effluents of many industries by using these effluents at low temperature as the cold source of the heat pump, which has, moreover, the advantage of cooling these effluents before discharging them and thus avoid thermal pollution.
Un avantage des dispositifs selon l'invention réside dans les économies importantes de combustibles qu'il permet de réaliser par rapport aux générateurs de vapeur du type chaudières, équipées de brûleurs de combustibles. An advantage of the devices according to the invention resides in the significant savings in fuels which it makes it possible to achieve compared with steam generators of the boiler type, equipped with fuel burners.
Les dispositifs selon l'invention consomment de l'énergie électrique nécessaire à l'entraînement de la pompe à chaleur et du compresseur, mais la quantité d'énergie électrique consommée est de l'ordre de 20 à 40 Z seulement de l'énergie totale d'où une économie d'énergie noble de l'ordre de 60 à 80 Z. The devices according to the invention consume electrical energy necessary for driving the heat pump and the compressor, but the amount of electrical energy consumed is only about 20 to 40% of the total energy. hence a noble energy saving of the order of 60 to 80 Z.
Un autre avantage des dispositifs selon l'invention réside dans le fait qu'ils permettent de produire de la vapeur à partir d'une source froide dont la température est comprise par exemple entre 150 et 500 avec un très bon coefficient de performance de la pompe à chaleur qui travaille sur un écart de température de l'ordre de 20 à 500. Cette source froide peut être par exemple de l'eau de source chaude ou de l'eau chauffée par des capteurs solaires. Another advantage of the devices according to the invention lies in the fact that they make it possible to produce steam from a cold source whose temperature is for example between 150 and 500 with a very good coefficient of performance of the pump. heat which works on a temperature difference of the order of 20 to 500. This cold source can for example be hot spring water or water heated by solar collectors.
La description suivante se réfère aux dessins annexés qui repré- sentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation dtun dispositif selon l'invention. The following description refers to the appended drawings which represent, without any limiting character, an exemplary embodiment of a device according to the invention.
La figure 1 est un schéma d'ensemble d'un dispositif selon l'invention. Figure 1 is an overall diagram of a device according to the invention.
La figure 2 est un diagramme représentant le cycle thermique d'un dispositif selon l'invention. FIG. 2 is a diagram representing the thermal cycle of a device according to the invention.
La figure 1 représente un dispositif selon l'invention qui comporte un évaporateur 1 qui est une cuve fermée contenant de l'eau en phase liquide 2 en équilibre avec de la vapeur 3. FIG. 1 represents a device according to the invention which comprises an evaporator 1 which is a closed tank containing water in the liquid phase 2 in equilibrium with steam 3.
Le dispositif comporte des moyens pour chauffer la phase liquide 2 à la température d'évaporation de l'eau qui dépend évidemment de la pression qui règne dans la cuve 1. Selon les cas d'application, on choisit une pression dans la cuve 1 comprise entre 0,1 et 0,7 bar, ce qui conduit à des températures d'avaporation comprises entre 450C et 900C environ. The device comprises means for heating the liquid phase 2 to the temperature of evaporation of the water, which obviously depends on the pressure prevailing in the tank 1. Depending on the application cases, a pressure in the tank 1 is chosen. between 0.1 and 0.7 bar, which leads to evaporation temperatures of between 450C and 900C approximately.
Les moyens pour chauffer l'eau 2 sont constitués par une pompe à chaleur d'un modèle courant, composée d'un compresseur 4 entraîne par un moteur électrique 5, et d'un circuit ferme 6, qui passe successivement à travers un condenseur 7, un détendeur 8 et un évaporateur 9. Dans le circuit fermé 7 circule un fluide caloporteur qui est généralement un hydrocarbure halogéné. Les pompes à chaleur sont bien connues de l'homme de l'art et il n'est donc pas nécessaire d'en donner une description plus détaillée. The means for heating the water 2 are constituted by a heat pump of a current model, composed of a compressor 4 driven by an electric motor 5, and of a closed circuit 6, which passes successively through a condenser 7 , a regulator 8 and an evaporator 9. In the closed circuit 7 circulates a heat transfer fluid which is generally a halogenated hydrocarbon. Heat pumps are well known to those skilled in the art and therefore need not be described in more detail.
On rappellera qu'on appelle coefficient de performance de la pompe le rapport entre l'énergie calorifique transférée par la pompe et l'énergie électrique consommée par le moteur 5. Dans les conditions d'utilisation de l'invention, le coefficient de performance est de l'ordre de 4. It will be recalled that the coefficient of performance of the pump is called the ratio between the heat energy transferred by the pump and the electrical energy consumed by the motor 5. Under the conditions of use of the invention, the coefficient of performance is around 4.
L'évaporateur 9 est par exemple un échangeur liquide dans lequel le fluide caloporteur se vaporise. La chaleur de vaporisation est fournie par une source froide qui est un liquide à basse température qui circule dans un circuit 10 à travers l'échangeur. La source froide peut être par exemple de l'eau tiède provenant d'une source ou d'un rejet industriel ou bien de l'eau chauffée par des capteurs solaires. Cette eau arrive à l'échangeur à une température comprise entre 150 et 500. The evaporator 9 is for example a liquid exchanger in which the heat transfer fluid vaporizes. The heat of vaporization is supplied by a cold source which is a low temperature liquid which circulates in a circuit 10 through the exchanger. The cold source may for example be lukewarm water from a source or an industrial discharge or water heated by solar collectors. This water arrives at the exchanger at a temperature between 150 and 500.
En variante, l'évaporateur 9 peut etre un échangeur liquide-gaz et, dans ce cas, la source froide 10 peut être une circulation d'air chaud par exemple de l'air ayant servi à sécher des produits. As a variant, the evaporator 9 can be a liquid-gas exchanger and, in this case, the cold source 10 can be a circulation of hot air, for example air used to dry products.
On a représenté sur la figure I un circuit 11 qui peut être connecte sur le circuit 10 par deux vannes à trois voies 12a et 12b. Ce circuit permet d'utiliser comme source froide des eaux chaudes ou de l'air chaud rejetés par l'installation elle-mEme. FIG. 1 shows a circuit 11 which can be connected to circuit 10 by two three-way valves 12a and 12b. This circuit makes it possible to use hot water or hot air rejected by the installation itself as a cold source.
L'intérêt de la pompe à chaleur réside dans le fait qu'elle permet d'élever le niveau de température et d'utiliser des calories contenues dans des eaux résiduaires ou dans de l'air à des températures relativement faibles, de l'ordre de 150 à 500, qui sont des températures courantes pour des rejets. The advantage of the heat pump lies in the fact that it makes it possible to raise the temperature level and to use calories contained in waste water or in air at relatively low temperatures, of the order from 150 to 500, which are common temperatures for releases.
On a représenté également sur la figure 1 une conduite 13 qui est connectée, d'une part, sur le circuit 10 et, d'autre part, sur une vanne à trois voies 14, sur laquelle est connectée une canalisation 15 dont la fonction sera expliquée ultérieurement. Also shown in Figure 1 a pipe 13 which is connected, on the one hand, on the circuit 10 and, on the other hand, on a three-way valve 14, to which is connected a pipe 15 whose function will be explained later.
Le dispositif comporte un circuit 16 équipé d'une pompe de circulation 17 qui prélève de l'eau 2 dans la cuve 1 et qui fait circuler celle-ci à travers le condenseur 7 dans lequel 11 eau s'échauffe en prélevant la chaleur de condensation du fluorocarbone. The device comprises a circuit 16 equipped with a circulation pump 17 which takes water 2 from the tank 1 and which circulates the latter through the condenser 7 in which the water heats up by taking the heat of condensation fluorocarbon.
On connaît des fluorocarbones qui condensent à des températures comprises entre 450 et 900C et il est donc possible d'élever l'eau 2 à des températures de cet ordre avec une pompe à chaleur. Fluorocarbons are known which condense at temperatures between 450 and 900C and it is therefore possible to raise the water 2 to temperatures of this order with a heat pump.
Le dispositif comporte un compresseur 18 entraîné par un moteur électrique 19. Ce compresseur aspire la vapeur 3 contenue dans la cuve 1 par une canalisation 20. Il fait ainsi fonction de pompe à vide qui maintient dans la cuve une pression inférieure à la pression atmosphérique et qui est comprise, selon les cas d'utilisation, entre 0,1 bar et 0,7 bar. The device comprises a compressor 18 driven by an electric motor 19. This compressor draws the steam 3 contained in the tank 1 through a pipe 20. It thus acts as a vacuum pump which maintains in the tank a pressure below atmospheric pressure and which is, depending on the use case, between 0.1 bar and 0.7 bar.
Le compresseur 18 refoule la vapeur comprimée à une pression supérieure à la pression atmosphérique dans un réservoir de stockage 21.The compressor 18 delivers the compressed steam at a pressure higher than atmospheric pressure into a storage tank 21.
Selon les cas d'utilisation, la pression dans le réservoir 21 peut être comprise par exemple entre 1 bar et 12 bars. Depending on the use case, the pressure in the reservoir 21 can be for example between 1 bar and 12 bar.
Le circuit 15 représente une conduite d'eau d'appoint pour la cuve qui sert en même temps d'eau de refroidissement du compresseur, dans le cas où un refroidissement est nécessaire pour le bon fonctionnement mécanique. Ce circuit 15 -aboutit à la vanne motorisée 14. L'eau de re-froidissement entre dans le compresseur par exemple à 200C et ressort du compresseur à 600C. The circuit 15 represents a make-up water pipe for the tank, which at the same time serves as cooling water for the compressor, in the case where cooling is necessary for good mechanical operation. This circuit 15 - ends at the motorized valve 14. The cooling water enters the compressor for example at 200C and leaves the compressor at 600C.
Les deux autres voies de la vanne 14 sont connectées l'une sur le circuit 13 et 11 autre sur une canalisation 15a qui aboutit à la cuve. S'il est nécessaire d'envoyer un appoint d'eau dans la cuve 1, on disp#ose la vanne 14 dans la position qui envoie l'eau de refroidissement vers la cuve. -Dans le cas contraire, la vanne 14 est disposée dans la position qui envoie l'eau de refroidissement vers la source froide 10. Dans tous les cas, les calories de refroidissement du compresseur sont récupérées. The other two ways of the valve 14 are connected one on the circuit 13 and another 11 on a pipe 15a which ends at the tank. If it is necessary to send additional water to the tank 1, the valve 14 is available in the position which sends the cooling water to the tank. Otherwise, the valve 14 is placed in the position which sends the cooling water to the cold source 10. In all cases, the cooling calories of the compressor are recovered.
Le repère 22 représente, à titre d'illustration, un appareil qui utilise la vapeur contenue dans le réservoir 21. Cet utilisateur peut être par exemple une cuve contenant un bain, par exemple un bain de cuisson ou de stérilisation, chauffé par un serpentin 23 dans lequel la vapeur circule. Bien entendu, cet exemple n' a rien de limitatif et les appareils utilisateurs de vapeur peuvent être de tout type connu, tels que des échangeurs vapeur-gaz ou vapeur-liquide, destinés à chauffer par exemple de l'air de séchage, des bains chimiques, des colonnes de distillation etc.... The reference 22 represents, by way of illustration, an appliance which uses the steam contained in the tank 21. This user can for example be a tank containing a bath, for example a cooking or sterilization bath, heated by a coil 23 in which the steam circulates. Of course, this example is not limiting and the steam user devices can be of any known type, such as steam-gas or steam-liquid exchangers, intended for heating, for example, drying air, baths chemical, distillation columns etc ...
On a représenté sur la figure 1 un circuit 24 de vidange et de trop plein de la cuve 22 qui rejoint un égoût 25 en passant à travers un échangeur 26 dans lequel le bain chaud qui s'écoule de la cuve 22 cède des calories à un liquide caloporteur qui circule dans le circuit 11 et qui transporte ces calories vers la source froide 10, de sorte que ces calories à basse température sont récupérées en grande partie. FIG. 1 shows a circuit 24 for emptying and overfilling the tank 22 which joins a drain 25 by passing through an exchanger 26 in which the hot bath which flows from the tank 22 transfers calories to a heat transfer liquid which circulates in the circuit 11 and which transports these calories to the cold source 10, so that these calories at low temperature are largely recovered.
Le circuit 24 peut également représenter un circuit de refroidissement des unités d'utilisation de vapeur, par exemple un circuit dans lequel circule de l'eau chaude ayant servi à refroidir des moules. The circuit 24 can also represent a cooling circuit of the steam use units, for example a circuit in which circulates hot water which has been used to cool molds.
Dans le cas où l'appareil 22 est un appareil de séchage utilisant de l'air chaud, l'échangeur 26 est un échangeur gaz-liquide à travers lequel passe l'air use chargé d'humidité. In the case where the apparatus 22 is a drying apparatus using hot air, the exchanger 26 is a gas-liquid exchanger through which the used air laden with moisture passes.
Dans l'échangeur 23, la vapeur se condense en libérant la chaleur latente. A la sortie de l'échangeur 23, l'eau retourne à la cuve 1 par un circuit 27. In the exchanger 23, the vapor condenses, releasing the latent heat. At the outlet of the exchanger 23, the water returns to the tank 1 through a circuit 27.
Dans le cas où la température des condensats à la sortie des appareils utilisateurs 22 est supérieure à la température de la vapeur 3 sortant de la cuve 1, les condensats peuvent passer à travers un échangeur 28, qui est disposé sur la canalisation 20 reliant la cuve 1 à l'aspiration du compresseur et qui permet de surchauffer la vapeur avant qu'elle entre dans le compresseur 18, ce qui a pour effet d'éviter des condensations et de diminuer le taux de compression du compresseur. In the case where the temperature of the condensates at the outlet of the user devices 22 is higher than the temperature of the steam 3 leaving the tank 1, the condensates can pass through an exchanger 28, which is disposed on the pipe 20 connecting the tank 1 at the compressor intake and which makes it possible to superheat the steam before it enters the compressor 18, which has the effect of avoiding condensation and reducing the compression rate of the compressor.
Le repère 29 représente une armoire ou un coffret contenant les appareils de régulation. The reference 29 represents a cabinet or a cabinet containing the control devices.
On a représenté sur la figure 1, une sonde de température 30 qui capte la température de l'eau 2 contenue dans la cuve. Cette sonde est reliée au coffret 29 par une liaison 30a. Dans le coffret se trouve un régulateur du type comparateur qui compare la température à une valeur de référence et qui commande automatiquement l'arrêt du moteur 5 de la pompe à chaleur lorsque la température de référence est dépassée et la remise en route lorsque la température de l'eau 2 descend au-dessous de la température de référence. FIG. 1 shows a temperature probe 30 which detects the temperature of the water 2 contained in the tank. This probe is connected to the box 29 by a link 30a. In the box is a regulator of the comparator type which compares the temperature with a reference value and which automatically controls the stopping of the motor 5 of the heat pump when the reference temperature is exceeded and the restarting when the temperature of water 2 drops below the reference temperature.
Les repères #31 et 32 sont deux capteurs de niveau bas et de niveau haut de l'eau dans la cuve 1. On arrête automatiquement le compresseur 18 et la pompe 4 lorsque le niveau d'eau descend au-dessous du seuil minimum et on arrête l'arrivée d'eau neuve dans la cuve en agissant sur la vanne automatique 14 lorsque le seuil de niveau haut est dépassé. The marks # 31 and 32 are two low level and high level sensors for the water in the tank 1. The compressor 18 and the pump 4 are automatically stopped when the water level drops below the minimum threshold and stops the arrival of new water in the tank by acting on the automatic valve 14 when the high level threshold is exceeded.
Le repère 33 représente un capteur de pression dans le réservoir 21. Les circuits contenus dans le coffret 29 comparent la pression à une valeur de référence et dès que la pression dans la cuve 21 descend audessous de cette valeur de référence, à la suite d'une demande de vapeur par les utilisateurs, la régulation met en route automatiquement le moteur 19 du compresseur 18 et l'arrête dès que la pression de référence est à nouveau atteinte. Bien entendu, le dispositif comporte,en outre, les régulations propres à la sécurité de fonctionnement de la pompe à chaleur 4 et du compresseur 18. The reference 33 represents a pressure sensor in the tank 21. The circuits contained in the box 29 compare the pressure with a reference value and as soon as the pressure in the tank 21 drops below this reference value, following a request for steam by the users, the regulation automatically starts the motor 19 of the compressor 18 and stops it as soon as the reference pressure is again reached. Of course, the device also comprises the regulations specific to the operational safety of the heat pump 4 and of the compressor 18.
A titre d'illustration sans aucun caractère limitatif, on décrit ci-après, un exemple de fonctionnement chiffré. By way of illustration, without any limiting character, an example of encrypted operation is described below.
Le thermostat 30 maintient par exemple l'eau 2 dans la cuve à une température de 600C et le capteur de pression 33 maintient, par exemple, la pression dans le réservoir 21 à 4 bars. The thermostat 30 maintains for example the water 2 in the tank at a temperature of 600C and the pressure sensor 33 maintains, for example, the pressure in the tank 21 at 4 bars.
Dans cet exemple, le compresseur 18,/qui agit comme une pompe à vide à l'aspiration, maitient dans la cuve 1 une pression de 0,2 bar qui est la pression d'équilibre entre les phases liquide et vapeur de l'eau à 600C. On suppose que les condensats sont récupérés à raison de 90% environ. In this example, the compressor 18, / which acts as a vacuum pump at the aspiration, controls in the tank 1 a pressure of 0.2 bar which is the equilibrium pressure between the liquid and vapor phases of the water at 600C. It is assumed that the condensates are recovered at a rate of approximately 90%.
La figure 2 est un diagramme qui représente le cycle thermodynamique de l'eau dans les conditions de l'invention. Ce diagramme représente en abscisses, la chaleur totale ou énergie interne d'un kilogramme d'eau exprimée en kilo calories, en prenant comme origine la chaleur totale à OOC. Les ordonnées représentent la température en degrés centigrades. FIG. 2 is a diagram which represents the thermodynamic cycle of water under the conditions of the invention. This diagram represents on the abscissa, the total heat or internal energy of a kilogram of water expressed in kilo calories, taking as origin the total heat at OOC. The ordinates represent the temperature in degrees centigrade.
Le point A est le point figuratif de la phase liquide 2 à la température de 600 dans la cuve. Point A is the figurative point of the liquid phase 2 at the temperature of 600 in the tank.
La ligne horizontale An représente la vaporisation d'un kilogramme d'eau qui absorbe une chaleur latente de vaporisation égale à 565 KC à cette température. The horizontal line An represents the vaporization of a kilogram of water which absorbs latent heat of vaporization equal to 565 KC at this temperature.
On remarquera que la chaleur latente de vaporisation croît lorsque la température de vaporisation diminue et passe de 537 KC à 1000 à 575 KC à 450
Un des avantages de l'invention est donc de fournir une plus grande partie de la chaleur totale sous forme de chaleur latente à basse température. Au point B, la chaleur totale est passée à 625 KC et le volume 3 de vapeur est de 7,78 m3/Kg. It will be noted that the latent heat of vaporization increases when the vaporization temperature decreases and goes from 537 KC to 1000 to 575 KC to 450
One of the advantages of the invention is therefore to provide a greater part of the total heat in the form of latent heat at low temperature. At point B, the total heat increased to 625 KC and the volume 3 of steam is 7.78 m3 / Kg.
Le point C représente la chaleur totale à la sortie de l'échangeur 28, dans lequel la vapeur d'eau est surchauffée à 1200. La chaleur spécifique de la vapeur d'eau est de 0,33 et la chaleur totale est augmentée de 2Q KC et passe à 645 SC, ce qui donne l'abscisse du point C. Point C represents the total heat at the outlet of the exchanger 28, in which the water vapor is superheated to 1200. The specific heat of the water vapor is 0.33 and the total heat is increased by 2Q KC and goes to 645 SC, which gives the abscissa of point C.
La pression de la vapeur d'eau au point C augmente légèrement par suite de l'élévation de température et passe à environ 0,236 bar. The pressure of the water vapor at point C increases slightly as a result of the temperature rise and drops to approximately 0.236 bar.
Le point D représente la vapeur saturée à 4 bars et 143 C, dont la chaleur totale est de 650 KC. Le compresseur fournit donc à la vapeur une énergie très faible, qui est de l'ordre de 5 KC. Le taux de compression du compresseur est de l'ordre de 17. Le volume du kilogramme de vapeur à 4 bars est de l'ordre de 0,486 m/Kg. Point D represents saturated steam at 4 bars and 143 C, the total heat of which is 650 KC. The compressor therefore supplies very low energy to the steam, which is around 5 KC. The compression ratio of the compressor is around 17. The volume of the kilogram of steam at 4 bars is around 0.486 m / Kg.
La ligne horizontale DE représente la condensation de la vapeur 2 en cours d'utilisation sous une pression de 4 Kg/cm , qui correspond à une chaleur latente de 506 KC. La chaleur totale devient donc égale à 144 KC et ce point est représenté par le point E du diagramme. The horizontal line DE represents the condensation of the vapor 2 in use under a pressure of 4 Kg / cm, which corresponds to a latent heat of 506 KC. The total heat therefore becomes equal to 144 KC and this point is represented by point E of the diagram.
En fait, si l'on tient compte d'une perte de matière de 10 % en cours d'utilisation, l'énergie totale restante 'est plus que de 130 KC, ce qui correspond au point F du diagramme. In fact, taking into account a 10% loss of material during use, the total remaining energy is more than 130 KC, which corresponds to point F of the diagram.
Le point G représente l'énergie interne à la sortie de ltéchan- geur 28. On a vu que dans cet échangeur, l'énergie interne de la vapeur était augmentée de 20 KC. En admettant que le rendement de l'échange thermique soit de 90% les condensats perdent dans l'échangeur 28 une chaleur totale de l'ordre de 22 KC et ne contiennent plus que 108 KC, leur température étant alors de l'ordre de 1200 d'où le point G du diagramme. Les condensats sont alors recyclés dans la cuve 2 où ils descendent à la température de 600. De plus, il faut reconstituer la masse d'eau pour compenser les pertes égales à 10 %. On suppose que l'eau complémentaire qui sert à refroidir le compresseur sort de celui-ci à la température de 600.Le kilogramme d'eau retournant à la cuve est donc composé de 0,9 Kg d'eau à 1200 et de 0,1 Kg d'eau à 600 d'où une énergie interne moyenne de 110 KC environ, ce qui réduit d'autant l'énergie que la pompe à chaleur doit fournir, laquelle n'est plus que de 515 KC environ par kilogramme d'eau. The point G represents the internal energy at the outlet of the exchanger 28. We have seen that in this exchanger, the internal energy of the vapor was increased by 20 KC. Assuming that the efficiency of the heat exchange is 90%, the condensates lose in the exchanger 28 a total heat of the order of 22 KC and only contain 108 KC, their temperature then being of the order of 1200 hence point G in the diagram. The condensates are then recycled in the tank 2 where they drop to the temperature of 600. In addition, the water mass must be reconstituted to compensate for losses equal to 10%. It is assumed that the additional water which is used to cool the compressor leaves it at a temperature of 600. The kilogram of water returning to the tank is therefore composed of 0.9 Kg of water at 1200 and 0, 1 Kg of water at 600, hence an average internal energy of around 110 KC, which reduces the energy that the heat pump must provide, which is only about 515 KC per kilogram of water.
Cet exemple chiffré de fonctionnement permet d'établir une comparaison entre les bilans énergétiques d'une chaudière traditionnelle chauffée par un brûleur et un dispositif selon l'invention. This quantified example of operation makes it possible to establish a comparison between the energy balances of a traditional boiler heated by a burner and a device according to the invention.
La chaleur totale d'un kilogramme de vapeur d'eau saturée sous une pression de 4 bars est de 650 KC. The total heat of a kilogram of saturated steam under a pressure of 4 bars is 650 KC.
On suppose que 90% des condensats sont recyclés à une température de 1430C, ce qui représente une chaleur totale de l'ordre de 130KC. La chaudière doit donc fournir environ 520 KC. Le rendement maximum d'une chaudière étant de 85 %? elle consommera donc une énergie de l'ordre de 610 KC pour produire un kilogramme de vapeur saturée à une pression de 4 bars. Pour produire ce même kilogramme de vapeur saturée avec un dispositif selon 1 invention, on doit fournir également 520 KC dont 515 doivent être fournis par la pompe à chaleur à une température comprise selon les cas entre 450 et 900C. It is assumed that 90% of the condensates are recycled at a temperature of 1430C, which represents a total heat of the order of 130KC. The boiler must therefore supply approximately 520 KC. The maximum efficiency of a boiler being 85%? it will therefore consume energy of the order of 610 KC to produce one kilogram of saturated steam at a pressure of 4 bars. To produce this same kilogram of saturated steam with a device according to 1 invention, 520 KC must also be supplied, 515 of which must be supplied by the heat pump at a temperature between 450 and 900C depending on the case.
Le coefficient de performance de la pompe à chaleur étant de l'ordre de 4, la consommation d'énergie électrique du moteur 5 sera de l'ordre de 130 KC par kilogramme de vapeur. Le moteur électrique du compresseur a une consommation d'énergie électrique de l'ordre de 30 à 40 KC par kilogramme de vapeur comprimé. La consommation totale d'énergie électrique sera donc de l'ordre de 170 KC pour produire un kilogramme de vapeur à 1430C. The coefficient of performance of the heat pump being of the order of 4, the electrical energy consumption of the motor 5 will be of the order of 130 KC per kilogram of steam. The electric motor of the compressor has an electrical energy consumption of the order of 30 to 40 KC per kilogram of compressed steam. The total consumption of electrical energy will therefore be around 170 KC to produce one kilogram of steam at 1430C.
Le reste de la chaleur totale sera fourni par des sources de calories à basse température ou par des récupérations de calories contenues dans les rejets, c'est-à-dire sans consommation de combustibles fossiles. The rest of the total heat will be supplied by sources of calories at low temperature or by recovering calories contained in the waste, that is to say without consumption of fossil fuels.
On voit donc que le dispositif selon l'invention permet de produire de la vapeur avec une consommation réduite de formes d'énergie onéreuse qui est de l'ordre de 170 KC contre une consommation de l'ordre de 610 KC lorsque cette même vapeur est produite dans une chaudière équipée de bruleurs. L'économie d'énergie onéreuse est donc de 440 KC par kilogramme de vapeur, soit de l'ordre de 70 % de l'énergie consommée actuellement, ce qui est considérable. It can therefore be seen that the device according to the invention makes it possible to produce steam with a reduced consumption of expensive forms of energy which is of the order of 170 KC against a consumption of the order of 610 KC when this same steam is produced in a boiler fitted with burners. The costly energy saving is therefore 440 KC per kilogram of steam, or around 70% of the energy currently consumed, which is considerable.
Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs du dispositif qui vient d'être décrit à titre d'exemple, pourront être remplacés par des éléments équivalents, remplissant les mêmes fonctions. Of course, without departing from the scope of the invention, the various constituent elements of the device which has just been described by way of example, may be replaced by equivalent elements, fulfilling the same functions.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8005858A FR2478264A1 (en) | 1980-03-13 | 1980-03-13 | Steam generating plant with heat pump - has evaporator with heat pump circuit containing liquid condensed to heat water |
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| FR8005858A FR2478264A1 (en) | 1980-03-13 | 1980-03-13 | Steam generating plant with heat pump - has evaporator with heat pump circuit containing liquid condensed to heat water |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2478264A1 true FR2478264A1 (en) | 1981-09-18 |
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ID=9239711
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| FR8005858A Withdrawn FR2478264A1 (en) | 1980-03-13 | 1980-03-13 | Steam generating plant with heat pump - has evaporator with heat pump circuit containing liquid condensed to heat water |
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| Country | Link |
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| FR (1) | FR2478264A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0150014A2 (en) * | 1984-01-10 | 1985-07-31 | Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. | Heat pump |
| EP2323743B1 (en) * | 2008-09-02 | 2019-06-26 | Lars Harald Heggen | Method for evaporation and possible distillation of fluids using a heat pump |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE369516C (en) * | 1919-09-20 | 1923-02-20 | Siemens Schuckertwerke G M B H | Process for generating water vapor |
| DE389709C (en) * | 1919-09-20 | 1924-02-11 | Siemens Schuckertwerke G M B H | Process for harnessing mechanical energy for heating purposes |
| CH342583A (en) * | 1956-06-21 | 1959-11-30 | Rawyler Ernst | Steam generation system based on the principle of the heat pump |
-
1980
- 1980-03-13 FR FR8005858A patent/FR2478264A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE369516C (en) * | 1919-09-20 | 1923-02-20 | Siemens Schuckertwerke G M B H | Process for generating water vapor |
| DE389709C (en) * | 1919-09-20 | 1924-02-11 | Siemens Schuckertwerke G M B H | Process for harnessing mechanical energy for heating purposes |
| CH342583A (en) * | 1956-06-21 | 1959-11-30 | Rawyler Ernst | Steam generation system based on the principle of the heat pump |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0150014A2 (en) * | 1984-01-10 | 1985-07-31 | Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. | Heat pump |
| EP0150014A3 (en) * | 1984-01-10 | 1986-10-08 | Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. | Heat pump |
| EP2323743B1 (en) * | 2008-09-02 | 2019-06-26 | Lars Harald Heggen | Method for evaporation and possible distillation of fluids using a heat pump |
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