FR2515727A1 - Machine destinee a produire de l'energie mecanique ou electrique a partir d'une turbine a vapeur fonctionnant sous pression inferieure a la pression atmospherique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A UNE MACHINE DESTINEE A PRODUIRE DE L'ENERGIE MECANIQUE OU ELECTRIQUE A PARTIR D'UN STOCKAGE D'EAU CHAUDE A TEMPERATURE GENERALEMENT INFERIEURE A 100C ET D'UN STOCKAGE D'EAU FROIDE. SELON L'INVENTION, LA MACHINE COMPREND UNE ENCEINTE 1 DE GRAND VOLUME EN FORME ESSENTIELLEMENT D'UN CYLINDRE 2 FERME PAR DES FONDS BOMBES 3, 4. UNE MOITIE DE L'ENCEINTE EST RESERVEE ESSENTIELLEMENT AU BOUILLEUR 19, 20 FONCTIONNANT SOUS PRESSION REDUITE P1, P1, TANDIS QUE L'AUTRE MOITIE DE L'ENCEINTE EST ESSENTIELLEMENT RESERVEE AU CONDENSEUR 25 FONCTIONNANT SOUS LA PRESSION REDUITE P2. L'INVENTION PERMET DE PRODUIRE DE L'ENERGIE ELECTRIQUE ET DE L'EAU DOUCE A PARTIR D'UNE SOURCE D'EAU CHAUDE D'ORIGINE QUELCONQUE.

Description

L'invention se rapporte à une machine destinée à produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'une turbine à vapeur fonctionnant sous pression inférieure à la pression atmosphérique. La vapeur provient dans ce cas d'une eau chaude portée à température inférieure à 100"C et dont la condensation se réalise dans un condenseur alimenté en eau plus froide.

Cette machine permet d'utiliser, pour fabriquer de l'énergie mécanique ou électrique et de l'eau douce, diverses sources d'eau chaude, par exemple d'origine géothermique, de rejets industriels ou de captages solaires, lesquelles sources chaudes sont associées à des sources froides, habituellement naturelles préexistant dans le milieu ambiant, telles que lacs, rivières, mer, eaux provenant d'une nappe souterraine froide.

Dans la demande de brevet France nO 79 04789 du 26 février 1979 a déjà été décrite une machine permettant de fonctionner de la sorte. Cependant, la construction d'une telle machine pose de difficiles problèmes de mise en oeuvre, plus particulièrement au niveau de l'enceinte volumineuse de la machine maintenue sous faible pression et au niveau de la fabrication de la turbine qui fonctionne sous de faibles pressions différentielles, compte tenu du faible écart de température régnant habituellement entre le bouilleur et le condenseur.

L'invention se propose donc de réaliser une machine destinée à produire de l'énergie mécanique ou électrique et simultanément de l'eau douce à partir d'une source d'eau chaude et d'une source d'eau froide d'origine et de qualité quelconques à températures généralement voisines et inférieures à 1000C, machine du type comprenant une enceinte de grand volume maintenue sous pression inférieure à la pression atmosphérique, un bouilleur dans cette enceinte alimenté en eau chaude, un condenseur dans cette enceinte alimenté en eau froide, un espace de circulation reliant ledit bouilleur et ledit condenseur et dans lequel espace sont interposées des ailettes d'une turbine ou analogue, ainsi que des moyens tels qu'éjecteursou pompes à vide susceptibles de créer et maintenir dans ladite enceinte le niveau de vide désiré, ladite machine étant caractérisée selon l'invention en ce qu'en vue de faciliter la construction, l'assemblage et le transport sur le site de ladite machine, celle-ci est formée essentiellement d'un cylindre à section circulaire et fonds sensiblement hémisphériques dont une moitié comportant l'un des fondsest réservée essentiellement au bouilleur, et dont l'autre moitié comportant l'autre fond est réservée essentiellement au condenseur.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré, le cylindre a son axe disposé sensiblement horizontalement et ladite turbine est disposée sensiblement au milieu dudit cylindre.

Dans une réalisation, la turbine est montée avec son axe sensiblement horizontalement sous une protubérance en forme de cloche venant coiffer une ouverture formée en partie supérieure dudit cylindre, et ledit axe est situé au-dessus de la génératrice supérieure dudit cylindre.

Lorsqu'on adopteune telle structure générale de construction, il devient relativement facile de fabriquer une enceinte de volume suffisant pour engendrer la puissance requise et fabriquer la quantité d'eau douce désirée et ce en utilisant des techniques de chaudronnerie tout ce qu'il y a de plus courantes.

Les étanchéités, notamment aux paliers et supports d'axe de la turbine débouchant à l'extérieur de l'enceinte peuvent être obtenues facilement au moyen de dispositifs d'étanchéité à joint d'eau liquide. Ainsi, de faibles fuites à ces joints n'auront aucune incidence appréciable sur le fonctionnement de la machine, permettant de résoudre le délicat problème du maintien sous-vide de l'enceinte qui autrement est une source de gaspillage important d'énergie.

L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description détaillée qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 montre en vue schématique une installation utilisant une machine conforme à l'invention
- la figure 2 est une vue en coupe faite schématiquement de l'installation illustrée à la figure 1 selon le plan II-II de cette figure
- la figure 3 est une vue en coupe faite à plus grande échelle de la section d'un conduit d'alimentation de la machine sensiblement au niveau du plan III-III de la figure 1
- la figure 4 montre en coupe et schématiquement une machine selon une variante
- la figure 5 montre, comme la figure 4, une autre variante
- la figure 6 montre à plus grande échelle, en coupe avec arrachement, la réalisation du joint hydraulique utilisé dans le mode de réalisation de la figure 5 pour le passage d'axe de la turbine
- la figure 7 montre en coupe schématiquement, comme les figures 4 et 5, une autre variante de réalisation
- la figure 8 montre en vue perspective avec arrachement une autre machine conçue selon l'invention ;;
- la figure 9 montre un détail de passage d'eau de l'es- pace du bouilleur à l'espace de vaporisation
- la figure 10 est un schéma de circulation des différents circuits d'eau et de vapeur dans une machine conforme à l'invention
- la figure 11 est un diagramme donnant en ordonnées la pression de vide nécessaire au condenseur en fonction de la température portée en abscisse régnant au condenseur
- la figure 12 montre en coupe transversale l'extrémité d'un aubage d'une turbine conçu selon l'invention
- la figure 13 est une vue en coupe à plus grande échelle faite selon le plan XIII-XIII de la figure 12
- la figure 14 montre en vue de dessus dans la direction de la flèche XIV de la figure 12 comment les aubages de la turbine sont montés justaposés sur le disque porteur de la turbine.

On se reportera tout d'abord au mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3.

Comme on le voit plus particulièrement à la figure 1, la machine comprend essentiellement une enceinte 1 formée par une surface cylindrique circulaire 2 fermée à ses deux extrémités opposées par des fonds 3, 4 à section sensiblement sphérique ou elliptique permettant de résister à la pression. Cette en- ceinte peut être constituée en acier inoxydable de nuance choisie pour résister à la corrosion et diminuer le poids. Les fonds de cuve 3 et 4 normalement soudés sur la partie cylindrique 2 peuvent être formés selon la technique connue dite par explosion.

D'autres matériaux peuvent être utilisés pour former l'enceinte, tels notamment qu'acier noir avec revêtement anti-corrosion, béton vibré armé pouvant être coulé sur site, avec additif d'une résine plastique pour obtenir l'étanchéitd voulue à l'air.

Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, axe du cylindre est disposé horizontalement. La turbine 5 qui permet de récupérer l'énergie de la vapeur formée et circulant dans l'enceinte est disposée sensiblement au centre de l'enceinte, suspendue par son axe vertical 6 qui traverse la paroi supérieure 7 du cylindre 2 à travers un joint hydraulique 8 assurant l'étanchéité, empêchant des infiltrations d'air ambiant à l'intérieur de l'enceinte. En 9 on a schématisé la génératrice électrique entraînée par la turbine 5.

L'enceinte 1, dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, est suspendue à une hauteur H au-dessus du niveau à l'air libre 10 des stockages respectivement 11, 12 d'eau chaude et 13, 14 d'eau froide. L'enceinte peut être supportée à cet effet par deux piliers 15, 16 qui forment également les conduites d'alimentation et d'évacuation d'eau chaude et d'eau froide permettant le fonctionnement de l'installation.

L'eau chaude contenue dans le stockage 11 à la température T1 est ainsi amenée par le conduit 17 au moyen d'une pompe de circulation 18 permettant essentiellement de réguler le débit, au bouilleur formé par le volume 19 (en bas à gauche de l'enceinte) maintenu sous pression Pi comme il sera expliqué plus loin. Au-dessus du bouilleur 19, on aperçoit l'espace 20 du vaporiseur maintenu sous la pression P'1 inférieure à la pression
P1. Le vaporiseur 20 est alimenté à partir du bouilleur 19 au moyen de conduits ou pipes 21 qui plongent dans le bouilleur 19 et débouchent à un certain niveau au-dessus du fond 22 du vaporiseur 20. L'eau chaude qui ne s'est pas vaporisée (soit habituellement de 96 à 98 % du débit d'eau chaude) redescend par le conduit d'évacuation 23 débouchant en 24 dans le volume du vaporiseur 20 formant trop-plein. L'eau chaude ainsi non-vaporisée retourne à la-température T'1 légèrement inférieure à la température T1 (du fait de la vaporisation partielle qui s'est produite) retournant au stockage chaud 12. Selon ltorigine de la chaleur utilisée, l'eau chaude 12 sera soit rejetée s'il s'agit d'effluents industriels, soit recyclée si la source d'eau chaude provient d'une installation de captage solaire ou d'une installation géothermique.

La vapeur fournie sous la pression P'1 au vaporiseur 20 passe alors, après avoir traversé les aubages de la turbine 5, dans le volume du condenseur 25 maintenu à une pression P2 inférieure à la pression P'1 et refroidie au voisinage de la température T2 par l'eau froide provenant du stockage froid 13 et amenée par le conduit 26. De façon plus précise, l'eau froide dont le débit est régulé par une pompe de circulation 27 s'élève d'abord dans un premier volume 28 formant pré-chambre du condenseur mis à la pression réduite P1 et de là, l'eau froide admise dans le volume 28 est amenée par des conduits formant pipes 29 du volume inférieur 28 au volume supérieur 25 du condenseur ; la circulation de l'eau s'effectue automatiquement du fait de la différence des pressions P2-P1 régnant entre les volumes 28 et 25.En outrez les tuyaux 29 sont dessinés de façon qu'on obtien- ne une aspersion d'eau froide dans le volume du condenseur 25 formant ainsi condenseur à mélange. La vapeur provenant du vaporiseur 20 ayant travaillé dans la turbine 5 se condense ainsi dans le volume 25. Le trop-plein d'eau froide légèrement réchau-fo fé à la température T'2 du fait de la condensation de la vapeur est évacué par le conduit 30 débouchant au niveau du trop-plein 31 dans le condenseur 25. L'eau froide ainsi produite est évacué au stockage froid 14.Dans l'exemple illustré, si l'on veut utiliser l'installation pour fabriquer également de loa douce à partir d'une eau chaude de qualité quelconque, les stockages froids 13 et 14 seront initialement alimentés en eau douce et l'on pourra soutirer en 32 le surplus d'eau douce fabriqué par vaporisation dans la machine. Si le stockage chaud fonctionne lui aussi en circuit fermé, par exemple dans le cas d'un captage solaire, on apportera évidemment en 33 l'appoint d'eau nécessaire re et l'on évacuera éventuellement en 34 (figure 2) de la saumure concentrée.

Le fonctionnement de l'installation se comprend aiséme-1tO
La pression P'1 régnant au vaporiseur est évidemment fonction de la température T'1 de l'eau chaude après vaporisation régnant dans le volume 20 du vaporiseur. La température T'1 est elle-même fonction de la température d'alimentation T1 de l'eau chaude et du pourcentage du débit de vaporisation par rapport au débit d'alimentation d'eau.

Ainsi en admettant par exemple une température d'alimentation du stockage d'eau chaude T1 a 600C, un débit de vaporisa tion de l'ordre de 2,5 % produisant un abaissement des ten.péra- tures de l'ordre de 10 au vaporiseur, on aura T'1 = 50"C et par suite P'1 voisin de 0,12 bar.

Avantageusement dans le volume du bouilleur 19 on maintiendra une pression P1 assez basse, par exemple de 0,2 bar au moyen d'une pompe à vide ou d' éjecteurs (non représentés) qui permettront simultanément un dégazage efficace de l'eau avant sa vaporisation partielle dans le vaporiseur 20.

Si la machine est disposée à une hauteur H au-dessus du niveau du sol sensiblement égale à la longueur de la colonne barométrique d'eau équilibrant la différence de pression entre la pression atmosphérique et la pression P1 au bouilleur, l'alimentation de la machine se fera pratiquement automatiquement dès que les pressions de fonctionnement Pi et P'1 auront été établies.

Dans ces conditions, la pompe 18 sert essentiellement à la régulation du débit d'eau chaude, et également à équilibrer les différences journalières à prendre en compte, telles que la variation de la pression atmosphérique et les éventuelles variations de température des stockages.

Pour que la machine puisse fonctionner, il est nécessaire de créer dans l'enceinte du condenseur 25 la pression P2 inférieure à la pression P'1 assurant le transfert de vapeur d'une enceinte à l'autre et assurant simultanément la production d'é- nergie.

Evidemment, la pression P2 est essentiellement fonction de la température T'2 que l'on pourra maintenir au condenseur 25. Par exemple, pour un stockage d'eau froide T2 à température de 300C, et si l'on admet une augmentation de température T'2-T2 égale à 100C pour absorber la chaleur de condensation de la vapeur, la pression au condenseur P2 sera de l'ordre de 0,07 bar, pression de vapeur saturantede l'eau à la température considérée de 400C.

De même que pour le.bouilleur, l'eau utilisée au condenseur sera d'abord délivrée dans la pré-chambre 28 du condenseur sous la pression P1 réduite de 0,2 bar. Dans cette pré-chambre, on procédera à un dégazage préalable de l'eau froide au moyen d'une pompe à vide ou d'un éjecteur (non représentés).

L'installation est complétée par un extracteur (non représenté) des incondensables résiduels fonctionnant sous la pression
P2 et éliminant de l'enceinte de façon continue ces incondensables. Il y a lieu cependant de noter que ce dégazage est peu important du fait des dégazages préliminaires auquels il a déjà été procédé dans les enceintes 19 et 28e En outre, si les circuits d'eau chaude et d'eau froide sont des circuits fermés fonctionnant en continu, l'eau sera peu à peu entiez rement dégazée.

Il y a lieu de noter qu'au lieu d'utiliser un condenseur à mélange du type décrit ci-dessus, on peut utiliser un conden- seur à échange en faisant circuler l'eau froide nécessaire à la condensation dans des serpentins qui rempliront la partie droite de l'enceinte. Dans ce cas, l'eau de condensation est recueillie seule et constitue de l'eau distillée obtenue directement à partir de la condensation de la vapeur produite au vaporiseur 20.

Ayant décrit le principe général de fonctionnement d'une machine conforme à l'invention, on décrira maintenant quelques modes de réalisation particulièrement adaptés à des fabrica; tions industrielles économiques.

Selon le mode de réalisation illustré à la figure 4, on retrouve l'enceinte généralement cylindrique l formée Jun cylindre 2 et de deux fonds 3 et 4.

L'eau chaude arrive à la température n par un conduit 35 dans le volume inférieur à gauche du bouilleur l9 maintenu sous la pression réduite Pl. Comme explique précédemment, l'eau s'élève du volume 19 du bouilleur au volume 20 du vaporiseur par les conduits ou pipes 21, et ce, sous l'effet de la pression inférieure P'l régnant au vaporiseur 20. La vapeur ainsi formée au vaporiseur attaque par en-dessus les pales de la turbine 5 qui entraîne le générateur électrique 9. L'eau chaude non vaporisée dans l'espace 20 revient au stockage chaud par un conduit 36 à la température T'l.

La vapeur ayant travaillé dans la turbine arrive dans le volume 37 du condenseur soumis à la pression P2. Contrairement au mode de réalisation illustré à la figure 1, le condenseur 37 est situé en partie basse du volume de l'enceinte l.

L'eau froide est admise par un conduit 38 à la température
T2 dans la préchambre 39 du condenseur situé au-dessus du volume 37 et maintenu à une pression voisine de la pression Pi.

L'eau froide traverse la paroi 40 convenablement perforée séparant les volumes 37 et 39 et tombe en pluie dans le volume du condenseur 37 assurant un échange de température efficace et une bonne condensation de la vapeur provenant du vaporiseur 20. L'eau froide ayant condensé la vapeur sort de la machine par le conduit 40 formant trop-plein pour retourner au stockage froid à la température T'2.

En 41, on a illustré des servitudes annexes regroupant notamment les pompes à vide ou d'éjection permettant de créer puis maintenir dans les différents volumes de l'enceinte l les diverses pressions Pi, P'l, P2. Pour permettre la construction et la mise en place notamment de la turbine et des différents conduits 21, on prévoit communiquant avec le volume 20 du vaporiseur un trou d'homme 42 fermé un couvercle 43 , l'étanchéité de fermeture étant avantageusement assurée par un joint d'eau 44 alimenté en permanence autour du couvercle 43.

En 8, on aperçoit le joint d'eau assurant l'étanchéité au passage d'arbre 6 de la turbine vis à vis de l'air atmosphérique. La séparation de l'enceinte en quatre volumesl9, -20, 39, 37 séparés par des cloisons séparatrices planes 40, 45, 46, 47 ne pose évidemment aucun problème particulier de construction, la machine étant aisément trasportable par route , du fait de la forme cylindrique allongée qu'elle présente.

La variante de réalisation illustrée à la figure 5 ressemble à de nombreux points de vue aux variantes de réalisation précédemment décrites en relation aux figures 1 et 4.

On ne décrira essentiellement que les caractéristiques qui la différencient de ces deux installations, en reprenant les mêmes repères pour indiquer les pièces semblables ou identiques qui se retrouvent dans l'un ou l'autre des deux modes de réalisation précédemment décrits.

Tout d'abord, on note que l'arrangement général des volumes 19, 20, 25 et 28 a l'interieur de l'enceinte est le même que celui de la figure 1. Comme à la figure 1, la vapeur attaque les aubages de la turbine 5 par en-dessous, ce qui est favorable dans la mesure où cela diminue le-poids apparent de la turbine et donc l'effort encaissé aux paliers de rotation.

Pour avoir accès à l'appareillage, et pour faciliter le montage de la turbine, on prévoit un trou d'homme 48 débouchant dans le volume du vaporiseur 20. Le trou d'homme est fermé par un couvercle 49 qui est submergé dans une réserve d'eau 50 formant joint liquide.

Le montage de la turbine est facilité par la prévision d'un joint d'eau 51 dont la structure apparaît plus clairement à la figure 6.

Comme illustré à cette figure, on voit que l'arbre 6 support de la turbine traverse un couvercle rapporté 52 à concavité dirigée vers le haut qui vient fermer un large trou d'homme 53 par lequel pourront être passées et montées dans la machine les diverses pièces et notamment les conduits 21, 29, la turbine 5 et la paroi 54 formant déflecteur pour le guidage du chemin de vapeur à la sortie de la turbine vers le condenseur 25. Le couvercle 52 présente en son centre un manchon 55 qui maintient en place autour de l'arbre 6 un joint 56 formant presse-étoupe dans lequel peut tourner avec un frottement négligeable l'arbre 6. Autour du couvercle 52, est formée sur le cylindre 2 une paroi 57 formant réservoir maintenu constamment rempli d'eau entre deux niveaux 58, 59.A cet effet, un détecteur de niveau 60 peut commander l'alimentation d'eau dans le réservoir 57 lorsque le niveau tend à descendre au-dessous du niveau 58 et à arrêter l'alimentation d'eau lors- que le niveau tend à dépasser la ligne 59.

De cette manière, les faibles fuites au niveau du couvercle 52 et du palier 56 se traduisent par de très faibles entrées d'eau dans l'enceinte 2, sans aucune influence sur le fonctionnement de la machine.

Il y a lieu de noter que le palier 56 est un palier sim- plement de guidage, le support de la turbine se faisant par un palier 61 (figure 5) de type courant placé au-dessus de la ma chine en milieu atmosphérique normal.

On se reportera maintenant au mode de réalisation il lus tré à la figure 7, dans laquelle les mêmes références ont été utilisées pour indiquer les éléments semblables de la machine se trouvant aux modes de réalisation précédemment décrits.

On retrouve là encore comme aux figures 1 et 5 la dis sion de l'espace intérieur de l'enceinte l essentiellement en quatre chambres respectivement du bouilleur 19, du vaporiseur 20, du condenseur 25 et de la préchambre du condenseur 28.

Le mode de réalisation décrit ici se distingue essentiellement des modes de réalisation des figures 1 et 5, en ce que la turbine 5 est cette fois placée avec son axe 6 horizontal et non vertical.

Pour ce faire, on a formé un trou d'homme de dimensions relativement grandes 62 en-partie supérieure et sensiblement centralement sur l'enceinte 1. Au-dessus du trou 62, on a placé un couvercle en forme de cloche 63 qui permet de fermer de façon étanche le trou d'homme 62 mais également de loger et recevoir la plus grande partie de la turbine 5 dont l'axe 6 est situé à un niveau supérieur à celui de la génératrice supérieure 64' de la paroi cylindrique 2 de l'enceinte. De cette façon, il est possible de monter la génératrice électrique 9 horizontalement au-dessus de la machine dans le prolongement de l'axe de la turbine qui est supporté par deux paliers horizontaux 64, 65.

Pour assurer l'étanchéité de la fermeture du couvercle 63 et des paliers, on forme comme dans le mode de réalisation de la figure 5 autour du trou d'homme un puits circulaire 66 qui est rempli d'eau à un niveau suffisant pour noyer les paliers 64, 65 et la jonction entre le couvercle 63 et l'orifice 62
En 67, on a repéré les pompes à vide permettant de créer les vides relatifs Pl dans les enceintes 19 et 28 et en 68 la pompe a vide permettant de créer le vide P2 dans l'enceinte 25 du condenseur.

Selon le mode de réalisation illustré à la figure 8, l'enceinte générale 1 est plus ramassée, la partie cylindrique 2 étant de faible longueur par rapport au diamètre des fonds 3 et 4. En outre, l'axe de la machine a été disposé verticalement et non horizontalement.

Cependant, comme dans les autres modes de réalisation précédemment décrits, la machine est divisée en un premier volume 19 dans lequel est amenepar un conduit 17 l'eau chaude Ce volume formant bouilleur est relié par des conduits 21 au volume supérieur 20 du vaporiseur formé dans la partie haute de la machine vers le fond 3.

La vapeur produite au bouilleur 20 vient travailler comme indiqué par les flèches sur les aubages de la turbine 5 suspendue par son axe vertical 6 et entraînant une génératrice 9.

La vapeur sort de la turbine par-dessous pour arriver dans le volume 37 du condenseur qui reçoit l'eau froide amenée à la préchambre du condenseur 39 située au-dessus, le fonctionnement étant analogue à celui de la machine décrite en relation avec la figure 4. La paroi 40 séparant le volume de la chambre 39 de celui du condenseur 37 est perforée pour permettre à l'eau froide de tomber en pluie dans le volume du condenseur.

En 36, on aperçoit le conduit d'extraction d'eau chaude sortant à la température T'1. L'eau douce produite par mélange et condensation sort à la température T'2 par le conduit 40.

Comme au mode de réalisation décrit à la figure 4, on assure dans les volumes de la préchambre 39 et du bouilleur 2 un dégazage préalable sous la pression P1, tandis qu'on assure au condenseur 37 un dégazage supplémentaire sous la pression
P2.

De même qu'à la figure 4, un joint d'eau liquide 8 empêche toute entrée d'air dans la machine sous le couvercle (non représenté) bouchant le trou d'homme 69 et entre le palier 70 de guidage de la turbine. Le joint d'eau est formé de façon analogue à ce qui a été décrit aux figures 5, 6 et 7 à l'intérieur d'une paroi cylindrique 71 entourant le trou d'homme et l'axe de la turbine.

On décrira maintenant en faisant référence plus particulièrement à la figure 9 une manière de réaliser les tuyaux ou pipes 21 de répartition et de vaporisation de l'eau du bouilleur au vaporiseur. Cette construction peut d'appliquer à tous les modes de réalisation précédemment décrits.

Chaque conduit ou pipe 21 est constitué essentiellement par un manchon 72 relativement court fixé, par exemple par emmanchement dans un orifice 73 prévu à cet effet dans le plateau 45 qui sépare le volume inférieur du bouilleur 19 du volume supérieur du vaporiseur 20. Le manchon peut être enfoncé par l'orifice 73 jusqu'à une collerette 74 formant butée. Il suffit alors d'engager sur chaque extrémité du manchon par en-dessous et par en-dessus deux tronçons de tuyau 75, 76 qui forment la pipe 21. A sa partie supérieure, le tronçon 76 présente une collerette 77 de répartition en pulvérisation de l'eau aspirée du volume 19 vers le volume 20.

A sa partie inférieure, le tronçon 75 est coiffé d'un déflecteur 78 arrondi qui empêche que les bulles d'air qui se forment-dans le volume d'eau chaude contenue au bouilleur 19,du fait du dégazage, de passer dans les pipes vers le volume du vapori seur d'où il faudrait les extraire.

Le cycle de fonctionnement de la machine apparait clai > - rement, notamment de l'examen des figures 10 et llt
L'eau chaude stockée sous pression atmosphérique PA à la température T1 dans le stockage 11 s'élève d'elle-même dans la colonne manométrique de hauteur H jusqu'au volume du bouilleur 19 maintenu sous la pression partielle P1. pour les pressions indiquées ci-desus (P1 "J 0,2 bar, on a H ru lOm).

Dans le bouilleur 19, la pression est maintenue à la valeur P1 au moyen de pompes ou d'éjecteurs à vide Vl qui assurent en même temps l'essentiel du dégazage.

L'eau chaude s'élève alors du volume du bouilleur 19 au volume du vaporiseur 20 sous l'effet de la pression inférieure P'1 régnant au vaporiseur. Cette pression est créée au moyen des pompes à vide V2 qui assurent la pression réduite te P2 au condenseur 25 . On rappelle que la pression P2 est fonction de la température T'2 régnant au condenseur du fait de l'amenée au condenseur de l'eau froide stockée à la température T2 de la source froide.L'eau est amenée au condenseur en passant d'abord dans la préchambre 28 maintenue sous la pression P1 au moyen des pompes à vide Vl, ce qui assure simultanément un premier dégazage de la source d'eau froide.Comme pour l'eau chaude, l'eau froide s'élève du stockage 13 à la préchambre 28 située à la hauteur H au-dessus du stockage sous l'effet de la différence des pressions P1 - PA.

La vapeur travaille dans la turbine 5 sous l'effet de la différence de pression P'1 - P2 fonction des températures
T'1 - T'2. L'énergie de la turbine est recueillie après démultiplication dans un réducteur 79 à la génératrice électro que 9.

Parallèlement à la production d'énergie électrique, l'installation produit de l'eau douce distillée à partir d'eau chaude de qualité quelconque, par exemple saumâtre introduite en 33 dans l'installation. L'eau douce est éliminée en 32 soit séparément si le condenseur 25 est un condenseur à échangeur, soit en mélange avec l'eau froide du stockage froid, si le condenseur est un condenseur à mélange. On fournit bien entendu au stockage chaud l'appoint d'eau nécessaire en 33 et on élimine un certain débit de saumure 34.

Le fonctionnement de la machine est régulé automatique- ment par la régulation au condenseur 25 de la pression de vide partiel P2 qui est choisie à tout instant sensiblement égale à la pression de vapeur saturante de l'eau sous la tem pérature T'2 régnant au condenseur. Par cette simple régulation, on est assuré d'obtenir à chaque instant le meilleur rendement de fonctionnement de l'installation.

Dans un exemple chiffré, la machine est consistée d'un cylindre 2 de deux mètres de diamètre et dix mètres de ion- gueur. Le disque de la turbine présente un diamètre de un mètre et une surface d'aubage de 0,65 m2. Une telle machine alimen- tée par un débit d'eau chaude à 600C de 220 mètres cubes par heure et par un débit d'eau froide à 300C de 220 mètres cubes/heure développe une puissance électrique brute de 70 Kilowatts environ fournissant une puissance utile de l'ordre de 55 kilowatts
La quantité d'eau douce délivrée égale au poids de vapeur transitan dans la turbine serait alors de 5,5 tonnes/heure Dans une telle machine, le volume total de l'enceinte est d'environ 30 mètres cube. Les températures et les pressions de fonctionnement se répartissent ainsi
T1 = 600C ; T'1 = 500C
T2 = 300C ; T'2 = 400C
P2 = 0,07 bar ; P'1 = 0,12 bar
Pi = 0,2 bar ; H = 10 metres.

Il apparaît clairement que de nombeuses variantes d'exécution peuvent être mises en oeuvre. Ainsi, Si désir, la machine peut être placée au niveau du sol, soit que les stockages d'eau chaude et froide soient situés en sous-sol, soit que l'on n'utilise pas la différence de pression régnant dans l'enceinte par rapport à la pression atmosphérique pour la mise en eau de la machine.

Si l'enceinte est réalisée en béton, elle est avantageusement armée ou au moins raidie extérieurement comme indi qué schématiquement en 80 à la figure 7 Les raidisseurs peuvent avoir une forme de cerceau ou d'un enroulement hélicoldal dont la section peut être plate, en T, en U ou autre
L'un des avantages essentiel de l'invention réside dans sa facilité de mise en oeuvre du fait des formes cylindriques avec fonds bombés utilisés, et des possibilités d'accès et de montage à l'intérieur des cylindres par prévision d'un ou plusieurs puits d'accès pouvant être facilement fermés de façon étanche par un couvercle noyé dans un joint hydraulique.

L'adaptation des puissances est aisée par simple adaptation du diamètre et de la longueur de la machine
En faisant référence maintenant aux figures 12 à 14, on décrira un mode de réalisation avantageux de la turbine.

La turbine destinée à fonctionner en relation avec une machine conforme à l'invention peut être de construction particulière , dans la mesure ou les pressions mises en oeuvre sont faibles ainsi que les températures.A cet égard, les turbines connues à vapeur ou à gaz seraient mal adaptées,
Conformément à l'invention, la turbine est avantageusement constituée par des aubages 81 de constitution particulière fixes tout autour d'un disque support 82 Chaque aubage 81 peut être formé par une armature 83 centrale par exemple en feuillard d'acier revêtu et habillé extérieurement par un matériau plastique 84 convenablement conformé pour assurer un bon rendement de la turbine. Ce matériau, par exemple du genre téflon résiste parfaitement aussi bien mécaniquement que chimiquement aux conditions de fonctionnement d'une telle machine.

Le disque support 82 peut être formé quant à lui d'un matériau stratifié de plastique et fibre de verre L'ensemble de la turbine est léger et de fabrication économique.

Les aubages sont avantageusement montés comme illustré à la figure 14 de telle sorte que leurs pieds 85 s'emboîtent et se verrouillent les uns les autres un peu à la manière des pierres d'une voûte. Si les aubes sont usées, ou si l'une d'entre elles est détériorée, il est facile de procéder à son remplacement.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS

   l. Machine destinée à produire de l'énergie mécanique ou électrique et simultanément de l'eau douce à partir d'une source d'eau chaude et d'une source d'eau froide d'origine et de qualité quelconques à températures généralement voisines et inférieures à 1000C, du type comprenant une enceinte (l) de grand volume maintenue sous pression inférieure à la pression atmosphérique, un bouilleur (19, 20) dans cette enceinte alimenté en eau chaude, un condenseur (25) dans cette enceinte alimenté en eau froide, un espace de circulation reliant ledit bouilleur et ledit condenseur et dans lequel espace sont interposées des ailettes d'une turbine (5) ou analogue, ainsi que des moyens tels qu'éjecteurs ou pompes à vide susceptibles de créer et maintenir dans ladite enceinte le niveau de vide désiré, ladite machine étant caractérisée en ce que de façon à faciliter la construction, l'assemblage et le transport sur le site de ladite machine, ladite enceinte est formée essentiellement d'un cylindre (2) à section circulaire et fonds < 3, 4) bombés par exemple sensiblement hémisphériques ou ellipsoidaux dont une moitié comportant l'un des fonds est réservée essentiellement au bouil- leur (19, 20) et dont l'autre moitié comportant l'autre fond est réservée essentiellement au condenseur (25).
2. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit cylindre (2) a son axe disposé sensiblement horizon- talement et ladite turbine (5) est disposée sensiblement au milieu dudit cylindre,
3. 3. Machine selon la revendication 1, ou la revendication 2, caractérisée en ce que ladite turbine (5) est montée avec son axe (6) sensiblement vertical suspendue dans ladite enceinte (1) par son axe qui traverse la paroi supérieure de l'en- ceinte.
4. 4. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite turbine (5) est montée avec son axe (6) sensiblement horizontalement sous une protubérance en forme de cloche (63) venant coiffer une ouverture (62) formée en partie supérieure dudit cylindre (2) et ledit axe est situé au-dessus de la génératrice supérieure dudit cylindre.
5. 5. Machine selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce que les paliers (56, 64, 65, 70) supports d'axe (6) de la turbine (5) débouchant à l'extérieur de l'enceinte comportent des dispositifs d'étanchéité a joint d'eau liquide.
6. 6. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la vapeur provenant du bouilleur (19, 20) est guidée dans l'enceinte (1) pour attaquer les aubages de la turbine (5) par en-dessous en tendant à la soulever.
7. 7. Machine selon l'une des revendications I à 5 caractérisée en ce que la vapeur provenant du bouilleur (19, 20) est guidée dans l'enceinte (1) pour attaquer les aubages de la turbine par en-dessus.
8. 8. Machine selon l'une-des revendications l à 7, caractérisée en ce que l'eau chaude est amenée en partie basse (19) du bouilleur sous une pression réduite (Pl) et elle est évaporée en partie haute (20)du bouilleur sous une pression plus faible P'l en s'élevant en partie haute du bouilleur par des conduits (21) reliant le fond liquide de la partie basse t9)à l'espace gazeux de la partie haute (20), lesdits conduits bl)comportant à leur base un chapeau déflecteur (78) empêchant l'entrainement vers l'espace de vaporisation (20) de l'eau du gaz dissous pouvant naître et se libérer dans ladite partie basse (19) du bouilleur.
9. 9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que, comme connu en soi, la-dite enceinte (1) est située à un niveau supérieur à celui des stockages, respectivement d'eau chaude et d'eau froide, pour obtenir une mise en eau automatique de la machine après,création dans l'enceinte des pressions réduites nécessaires au fonctionnement de la machine.
10. 10. Machine selon l'une des revendications 1 à 9, carac térisée en ce qu'au moins un couvercle (43) est formé sur une partie intermédiaire du cylindre formant trou d'homme par lequel peuvent être introduits les divers appareillages entrant dans la fabrication de la machine, ledit couvercle étant noyé sous un joint d'eau.
11. 11. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la turbine (5) a des aubes constituées d'une armature métallique (83) intérieure, par exemple en feuillard d'acier revêtue d'un revêtement plastique (84) convenablement conformé.
12. 12. Machine selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites aubes (81) sont montées rapportées vers la périphérie d'un disque support (82) et leurs pieds (85) s'emboîtent les uns dans les autres à l'intérieur dudit disque.