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procédé et dispositif pour utiliser la chaleur contenue dans les eaux thermales ou chaudes, pour produire de l'énergie.
La présente invention. se rapporta à un procédé pour l'utilisation de la chaleur contenue dans les eaux thermales ou généralement chaudes, dans le but de produire de l'énergie motrice..
L'invention a égalementp our objet un dispositif pour la réalisation du procédé, uutre les eaux thermales, on peut considérer aussi qu'en peut utiliser suivant l'invention, comme sources d'éner-
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gie thermique, les eaux chaudes en général comme par exemple les eaux r-ésiduaires des travaux et des traitements industriels et autres. L'eau chaude dont un dispose doit être en présence d'une source d'eau froide appropriée ou, exceptionnellement, d'air fr o id. une forme de réalisation ae l'invention est représentée par le dessin ci-joint, dans lequel la ligure unique montre, schématiquement, une installation dans laquelle la chaleur est utilisée pour l'actionnement d'une turbine.
Comme montré au dessin, l'eau chaude cède la chaleur à travers des parois métalliques à une série d'évaporateurs 1, 1', 1" disposés en cascade, vaporisant un fluide à poids moléculaire élevé et ayant un point d'ébullition, à 760 mm de mercure, très proche de la température atmosphérique qu'on suppose à peu près de 15 C. un fluide convenable peut être le butane normal qui a un poids moléculairede 58 (contre 18 pour l'eau) et qui bout a la pression atmosphérique a 1 c.
L'eau entre par le raccord 7 dans les tubes au pre mier évaporateur 1 à la température T1 et en sort en b après avoir cédé de la chaleur au liquide en ébullition à la tempé- rature T @ T1 La température d'ébullition du i'luide contenu dans le corps de l'évaporateur 1 est légèrement inférieure a T2 en:,s'écartant de quelques degrés centigrades pour la conne utilisation de la transmission à traversdes parois. avant de passer à l'évaporateur suivant 1' l'eau a la température T 2 alimente un appareil de chauffage préalable 2 du liquide moteur qui alimente le premier évaporateur en puisant du liquide du deuxième appareil de chauffage préalable 2' au moyen alune pompe 3.
L'eau tiède entre ensuite en 7' dans l'évaporateur 1' et, après avoir cédé de la chaleur au fluide de ce dernier, en sort en 8 à la température T3 T2 la température d'évaporation en 1' est légèrement inférieure a T3 pour les raisons
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déjà mentionnées, L'eau, à la température T3 traverse un nouvel appareil de chauffage préalable 2' et passe au troisième évaporateur 1" et ainsi de suitejusqu'à se décharger définitivement, après avoir traversé un dernier appareil de chauffage préalable 2", alimenté par le condenseur 6 au moyen de la pompe 3 Le nombre des évaporateurs peut être fixé d'une manière arbitraire. Chaque appareil de chauffage préalable puise du liquide dans l'appareil inférieur en une quantité telle qu'elle suffit pour tous les évaporateurs supérieurs.
Les- portées des différentes pompes 3", 3', 3 décroissent avec l'augmentation de la température d'évaporation.
Le fluide élastique est choisi parmi ceux à poids mo- lécplaire élevé, suivant le principe physique que la vitesse d'écoulement d'une vapeur saturée dans une expansion adiabatique entre deux températures est avec une bonne approximation pro- portionnelle à la racine carrée du poids moléculaire de la vapeur même;
.ainsi, avec le butane normal ou avec l'isobutane (poids moléculaire 58) on peut avoir dans l'intervalle de températures utiles pour les eaux tièdes, c'est à dire entre luu c et 15 c des vitesses d'écoulement égales à peu près à la moitié de celles qu'on peut atteindre avec la vapeur d'eau dans lemême intervalle de température (poids moléculaire de l'eau 18)
En outre, le butane aussi bien que l'isobutane, sont choisis pour la raison qu' ilspossèdent la propriété thermodynamique, caractéristique que dans une expansion adiabatique, en partant de la vapeur saturée et sèche à la température T1 à la température T2 plutôt que d'avoir une vapeur humide, on obtient une vapeur surchauffée, ayant la courbe limite supérieure pour le diagramme température-entropie, dans l'inbervalle de température utile,
c'est à dire ayant entre lu et 100 c la earactéristique d'avoir une entropie croissante, avec la température. Au contraire, dans la plupart des autres fluides, ceux-ciprécentent dans l'intervalle mentionné la courbe limite supérieure à entre:le
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décroissante avec l'augmentation de la température.
Cette propriété caractéristique permet dans les machines du type mentionné qui, en l'absence ae surchauffeurs, fournissent de la vapeur généralement saturée et humide, d'avoir après l'expansion, de la vapeur sans humidité, L'absence d'unmidité permet de supprimer l'action freinante et corrosive du fluide sur la roue a aubes de la turbine, tandis que la vitesse peu élevée d'écoulement de la vapeur permet l'emploi d'une turbine à vapeur a action pure comportant une roue unique a simple couronne d'aubes, bien que le rapport entre la vitesse périphé- rique de la roue et celle d'écoulement de la vapeur se maintienne a un niveau favorable et égal environ a 0,5,
ce résultat n'aurait pas été possible avec la vapeur d'eau qui atteint dans l'intervalle mentionné des vitesses d'écoulement d'environ 1000 mètres par seconde et une humidité remarquable après l'expans ion adiabatique.
Les différents évapora leurs ne sont pas remplis de butane ou d'un autre liquide de la même espèce, mais ils contiennent de l'eau mis en circulation active à l'intérieur de l'évaporateur par des pompes convenables. 14, 14, 14',
Le butane ou autre liquide du même genre est injec- té par les pompes d'alimentation sous l'orme de gouttelettes très minces ou est fractionné de telle manière qu'il se produise avec l'eau contenue dans l'évaporateur une espèce d'émulsion.
L'eau contenue dans l'évaporateur, à cause de le vitesse élevée transmise par les pompes de circulation, par rapport aux surfaces chauffantes, permet un coefficient élevé de transmission de lu chaleur entre cette eau et les parois, tandis que le fractionnement très mince du liquide a évaporer établit une très grande surface de séparation entre l'eau mentionnée et le liquide même, qui n'étant pas miscible dans l'eau se vaporise avec un coefficient global élevé de transmission.
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Les différents évaporateurs alimentés par de l'eau à température graduellement décroissante auront ainsi des pressions d'évaporation qui, à cause de la petite pression partielle de la vapeur d'eau contenue dans l'évaporateur, peuvent être considérées comme celles des vapeurs saturées de butane à la température acquise par l'eau intérieure. ces pressions d'éva- poration du butane seront, à leur tour, décroissantes du premier au dernier évaporateur, soit respectivement p-p'-p" ... les pressions correspondant à 1-1-'1".... Chaque évaporateur alimente à travers les tubulures 10-10'-10" .... les tuyères 4-4'-4"..... de la turbine unique 5, disposée sur une circonférence concentrique avec l'arbre 9.
Dans chaque série de tuyères, la vapeur qui peut être considérée comme étant exclusivement du butane, se détend de la pression initiale, de l'évaporateur correspondant à la pression finale P2 commune à. tous et régnant dans le condenseur 6, déterminée par la quantité et la température de l'eau froide dont on dispose. Cette eau froide entre dans Le condenseur en 11 et en sort en 12.
Par conséquent, dans la tuyère ou la série de tuyères 4, la vapeur se détend entre la pression p' et celle P2, en 4' entre la pression P' et P2 et ainsi de suite. Les pressions p-p' -p" étant décroissantes, les sauts de pressi-on dans les différentes tuyères décroissent aussi et les vitesses d'écoulement des différentes séries de tuyères décroissent aussi de 4 à4' à 4" .... Soit c-c'-c" les vitesses d'écoulement respectives des différentes séries de tuyères. Toutes cea séries de tuyères alimentent ensemble une roue unique à action à couronne d'aubes unique 5. Les tuyères sont arrangées de manière qu'elles s'approchent du centre peu à peu suivant que la vitesse d'écoulement qui leur appartient diminue.
Ainsi chaque série actionne les aubes de la turbine sur une circonférence d'un rayon graduellement plus petit et par conséquent avec une vitesse périphérique
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graduellement amoindrie. Les distances du centre des différentes séries de tuyères sont telles que si C-C'-C" sont les vitesses respectives d'écoulement, elles sont admises sur des points de l'aube doués d'une vitesse périphérique respectivement U-U'-U" ..... et telles que
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il/C , -Gy/ci-e U n jC r ......... où. Z, pour une turbine à action à une roue et simple couronne d'aubes, est un rapport très favorable entre la vitesse périphérique et la vitesse d'écoulement égale à
1/2 cos Ó Ó étant l'angle du jet avec la surface de la roue.
Les aubes peuvent par conséquent être produites avec une inclinaison constante, c'est à dire une surface uns-que cylindrique qui peut être facilement exécutée.
La vapeur déchargée par les différentes tuyères, après avoir agi dans la roue, se décharge à la pression commune P2 à travers le canal 13 dans le condenseur commun 6 d'oÙ, après la condensation elle est renvoyée à travers la pompe 3" et les appareils de chauffage préalable aux différents évaporateurs.
La température de vaporisation dans les différents évaporateurs est fixée de la manière suivante
Si Tc est la température absolue de l'eau chaude à l'entrée du premier évaporateur et Tf la température de l'eau froide à la sortie du condenseur, si l'on indique par ¯ t, l'é- cartement minimum de température qu'on fixe pour la transmission de la chaleur à travers les parois en relation avec l'extension admissible de la température même, on a :
To = Tc ¯ t et Tb = T +¯ t.
Si les évaporateurs sont eu. nombre de n ;les températures absolûmes de vaporisation du ler, 2ème, 3ème nème évaporateur indiquées par Tl, T2 T3 ......Tn sont :
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et pour un évaporateur x quelconque :
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ce qui correspond aux conditions d'un rendement maximum du système de n évaporateurs. Le nombre des évaporateurs peut être réduit à un seul et la formule générale reste toujours valable.
La présente invention a été illustrée et décrite dans une forme préférée de réalisation, mais on comprend que des variantes constructives peuvent y être introduites en pratique sans s'écarter du domaine de protection du présent brevet industriel.
REVENDICATIONS.
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