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La présente invention a pour objet l'emploi d'hydrocarbures lourds à l'état de gaz ou de vapeurs pour réaliser le cycle thermique de machines motrioes, L'utilisation de vapeurs ou gaz de propane, butane ou pentane ou d'autres hydrocarbures de oaraotéristiques analogues a pour but dune part de faire travailler le véhicule d'énergie dans un cycle aussi semblable que possible du cycle idéal,en vue d'obtenir un rendement thermique élevé et "Machine thermique à gaz lourd d'hydrogène carburé oomme butane, propane, pentane et autres"
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diantre part de réduire les dimensions des maohines, afin d'en abaisser le prix par rapport à celui actuellement payé pour des machines équivalentes.
Le véhicule d'énergie peut fonctionner en sens inverse du cycle des machines thermiques; c'est le cas des pompes de chaleur qui ne sont autre chose que des machines frigorifiques travaillant à une température supérieure à 0 CI*
Les gaz et vapeurs les plus facilement utilisables et répondant bien aux exigences théoriques sont le propane (C3H8), le butane (C4H10), le pentane (C5H12) et, dans certaine cas, des mélanges de ces différents corps. Pour l'exposé ci-dessous la machine à vapeur de butane servira d'exemple.
Le butane, dont la formule chimique est C4H10, est un hydrocarbure dont le point d'ébullition à pression atmosphérique est voisin de 0 C; sa température critique est de 151 C environ pour une pression critique de 37,5 atm abs. Ces chiffres ne sont valables que pour le butane normal pur. Le butane commercial, composé de normal-butane et dtisobutane, bout sous 760 mm de mercure à environ - 5 et atteint la pression critique de 40 atm abs. à la température de 140 0 environ.
Les densités des vapeurs de butane sont un multiple de celles des vapeurs d'eau aux mêmes températures, de sorte que les sections de passage deviennent plus petites pour la machine à vapeur de butane que pour la machine à vapeur d'eau.
Le butane présente bien des caractéristiques thermiques qui le rendent particulièrement intéressant comme véhicule d'énergie, mais d'autres qualités le recommandent pour l'utilisation pratique. Ce sont sa stabilité chimique, sa neutralité chimique absolue, sa composition peu variable du produit commercial, et enfin le butane se trouve en quantités presque illimitées sur le marohé et partant son prix est peu élevé.
Le butane est considéré comme le corps le plus commode dans le sens de l'invention, mais celle-ci englobe en plus du butane, du pentane et du propane et mélanges de ces corps, tous les gaz
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et toutes les vapeurs ayant des caractéristiques semblables et des qualités analogues à oelles du butane.
A titre d'exemple d'une installation thermique marchant à la vapeur de butane, une maohine à deux véhicules d'énergie et munie d'un dispositif de soutirage de vapeur montrera bien les possi- bilités diverses de l'application de l'invention. Le dessin an. nexé en donne le schéma.
De la vapeur d'eau est produite à la pression p1 dans la chaudière à vapeur 1 puis surchauffée à; la température t1 dans le surohauffeur 2, Cette vapeur d'eau surchauffée est détendue dans la partie haute pression de la turbine à vapeur d'eau à soutirage 3a jusqu'à la pression p2 et produit du travail méoani.. que. Une partie de vette vapeur d'eau de pression p2 est dirigée à travers la conduite 4 vers l'usine pour des besoins industriels et de chauffage. L'autre partie arrive par la conduite 5 au aon- denseur 6. Ce condenseur est en réalité un éohangeur de chaleur.
La chaleur latente de vaporisation de la vapeur d'eau arrivant par le tuyau 5 au condenseur 6 est utilisée peur la vaporisation et éventuellement la surchauffe du butane contenu dans le circuit secondaire de l'éohangeur; la vapeur d'eau est le produit à condenser, le butane étant le réfrigérant. La vapeur d'eau condensée est retournée à la chaudière 1 au moyen de la pompe de realimentation 7 à travers la conduite 8,
En cas de soutirage nul le circuit d'eau est fermé et sans pertes de liquide s'il est fait abstraction des fuites dues à des inétanohéités.
La vapeur de butane peut âtre produite dans l'éohaneur 6 soit à l'état de saturation soit à l'état surchauffé, suivant la disposition des surfaces de chauffe. L'éohangeur 6 pourra être alimenté dans un circuit primaire en chaleur par n'importe qu'elle source de chaleur; il pourra dans certains cas n'être qu'un surohauffeur chauffé par un combustible quelconque.
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Dans l'exemple envisagé, la vapeur de butane est produite au moyen de vapeur d'eau de pression p2 à laquelle correspond une température t2. La vapeur de butane aura une température très peu inférieure à tz si les surfaces de chauffe ont été dimensionnées et disposées judicieusement. La vapeur de butane est dirigée à travers le tuyau 9 vers l'étage basse pression de la turbine à, deux substances 3a, 3b, monté sur le même arbre que l'étage haute pression. La vapeur de butane est détendue dans l'étage basse pression 3b de la turbine jusqutà la pression régnant dans le condenseur 10 et y est finalement condensée.
Contrairement à la vapeur d'eau, les vapeurs envisagées présentent toujours une surchauffe plus ou moins considérable après détente adialatique; cette surohauffe de la vapeur détendue peut être très considérable en cas d'une surchauffe initiale importante. La chaleur de surchauffe est réoupérable par'le dispositif suivant : Le butane condensé est dirigé depuis le condenseur 10 vers l'éohangeur 6 à l'aide de la pompe de réalimentation 12.
Avant d'atteindre l'éohangeur 6, le butane liquide traverse l'ap- pareil 11, si possible en contre-courant où il absorbe utilement les calories de surchauffe de la vapeur détendue.
L'échangeur 13, intercalé sur le circuit butane entre l'appareil 11 et l'échangeur 6, est un réohauffeur intermédiaire qui permet dans le cas particulier où l'eau de réalimentation de la chaudière 1 est à une température élevée, de tirer un parti avantageux de l'éoonomiseur 14 et d'obtenir un rendement favorable pour l'ensemble du générateur 1. L'eau chaude produite dans l'éoonomiseur 14 circule à travers la conduite 16 à l'aide de la pompe 15 entre le réohauffeur de butane 13 et l'éoonomiseur 14.
Si, pour l'installation déorite, la vapeur d'eau a une pression p1 = 40atm à l'admission dans l'étage haute pression de la turbine 3a et si cette vapeur est détendue à p2 = 5 ata pour une température t2 = environ 151 , la vapeur de butane pourra être produite dans-l'échangeur 6 à la pression de 40 ata soit la près-
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sion critique et à une température légèrement supérieure à la température critique, soit 140 . La détente de la vapeur de butane dans l'étage basse pression 3b de la turbine pourra être conduite jusqu'à la pression correspondant à une température de 20 dans le condenseur 10, si l'eau de réfrigération est à une température voisine de 15 C.
La partie basse pression de la turbine a des dimensions et caractéristiques très semblables à oelle de l'étage haute pression grâce à la densité élevée de la vapeur de butane. La turbine à vapeur de butane a donc des dimensions bien plus petites que la turbine à vapeur d'eau fonctionnant entre les mêmes limites de température,
Les caractéristiques thermodynamiques de la vapeur de butane permettent, pour une détente de 30 ata à 2,9 ata par exemple, de suivre un oyole plus rapproché du oyole idéal que cela ne serait possible avec de la vapeur d'eau utilisée entre les marnes limites de températures.
Pour une température de 20 à l'intérieur du condenseur 10, la pression de la vapeur de butane de 2,9 atm abs. reste encore largement au-dessus de la pression atmosphérique; l'intérieur du condenseur reste sous pression, la pompe à vide nécessaire dans le oas de la vapeur d'eau oondensée à la morne température est sup- primée, L'éohangeur (éventuellement sur chauffeur) 6 peut être conçu de façon à donner à la vapeur de butane une température supérieu- re à la température critique et, si nécessaire, une pression plus élevée que la pression critique, de façon à pouvoir atteindre un maximum de rendement thermique.
La vapeur de butane est particulièrement indiquée pour être utilisée dans des machines destinées à produire de l'énergie au moyen de deux sources de chaleur, dont les températures sont
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relativement voisinés. Dans ce cas l'emploi de la vapeur d'eau mènerait à des dimensions énormes pour les machines, tandis que les machines à vapeur de butane restent facilement exécutables; leur rendement thermique est supérieur.
Les sources de chaleur de ce genre sont assez nombreuses.
Dans le sens de l'invention l'eau chaude des thermes est utilisée pour évaporer du butane dans un éohangeur. La vapeur ainsi produite est détendue dans des turbines, machines à pistons, etc., produit du travail mécanique et est retourné après condensation à l'éohangeur. Pour une installation de ce genre travaillant à vapeur d'eau, les dimensions des très grandes machines, énormes par suite des faibles différences de pression, rendraient l'exploitation prohibitive,
Dans les forges, salines, et nombreuses autres industries, des quantités considérables ateaurchaucles, de gaz chauds, de buées de vapeur actuellement perdues, peuvent être collectées et utilisées à la vaporisation de butane en vue de la transformation de cette énergie thermique en travail mécanique.
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