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Description

CONDENSEUR DE VAPEUR A RECUPERATION THERMIQUE.

La présente invention a pour objet, à titre principal, un conden- seur de vapeur à récupération thermique, à titre subsidiaire, divers perfec- tionnements et modifications au condenseur de vapeur à récupération ther- mique tel que décrit dans le brevet d'invention et le certificat d'addition demandés en France, au nom de Léon GRANIER, respectivement les 14 mai 1948 et 5 mai 1949 et délivrés respectivement sous les nos. 9670625 et 14.691.

On sait que le mauvais rendement de la machine à vapeur est dû au fait que la vapeur, après s'être détendue, abandonne en pure perte au mi- lieu extérieur toute la chaleur qui n'a pas été transformée en travail et qui représente la majeure partie (80 à 90 % environ) de l'énergie absorbée pour la vaporisation de l'eau. Les condenseurs usuels,.établis sur le prin- cipe de la réfrigération extérieure par une masse plus ou moins importante d' eau circulante, n'atténuent que très faiblement cette perte. En effet,.dans les machines à condensation n'utilisant pas la surchauffe, le rendement reste inférieur à dix pour cent.

En vue de réduire cette perte, on a eu l'idée d'adjoindre à la machine à vapeur une seconde machine actionnée par la vapeur.d'un liquide plus volatil que l'eau, tel, par exemple, 1?éther et le sulfure de carbone.

Ces machines à vapeur combinées n'ont pas justifié l'espoir que leur séduisant principe avait fait naître. En effet, la chaleur utilisable correspondant au faible écart des températures extrêmes se trouvait, dans les machines secondaires, fort peu élevée.

L'invention décrite dans le brevet français n .967.625, susmen- tionné, avait pour objet un procédé de condensation des vapeurs usées permet- tant d'éliminer la perte de chaleur à l'échappement.

Ce procédé comportait notamment les caractéristiques suivantes :
1- La réfrigération et la condensation subséquente des vapeurs d'

échappement au moyen d'une revaporisation partielle sous faible pression et, en conséquence, à basse température d'une partie de l'eau condensée;
2- La réintroduction dans le circuit des vapeurs à faible poten- tiel ainsi obtenues :
3- Le mélange desdites vapeurs à faible potentiel à la vapeur à haute pression issue de la chaudière, avec surchauffage préalable ou consé- cutif en vue de l'utilisation de ces mêmes vapeurs dans l'appareil producteur de force motrice.

On sait également que la récupération de chaleur contenue dans une vapeur qui a travaillé peut être obtenue par le moyen d'une pompe thermi- que dont l'évaporateur est disposé de manière à recueillir les calories qui sont libérées par la condensation de cette vapeur usée. Ces calories sont ré- utilisées, après revalorisation, à la production d'une certaine quantité de vapeur motrice, ce qui réduit d'autant la chaleur à demander au foyer.

L'objet de l'invention décrit dans le cirtificat d'addition n .

14.691 susmentionné tendait, par divers perfectionnements apportés au susdit condenseur de vapeur à récupération thermique, à éliminer en totalité les per- tes de chaleur que la disposition originelle laissait subsister dans la ma- chine à vapeur, en intégrant un évaporateur, source froide au contact de la-
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quelle a lieu la condensation de la - . :2.."\ -' - 1:.2'. > '# > ¯L,..... vapeur usée, dans le circuit particulier d'une pompe thermique.

L'invention susdite comportait notamment les caractéristiques su- vantes :
I . La condensation des vapeurs usées au moyen d'un refroidisse- ment déterminé par la vaporisation, sous pression réduite, d'un liquide évo- luant dans le circuit d'une pompe thermique;
2 . L'utilisation à la production de vapeur motrice des calories libérées par ladite condensation et revalorisées par ladite pompe thermique.

3 . Le fractionnement de l'eau de condensation en deux parties maintenues dans le circuit de la machine à vapeur, l'une par refroidissement direct dans la chaudière où elle se transforme en vapeur de haute pression sous l'action de la chaleur du foyer, l'autre, par le moyen d'une dérivation traversant un générateur secondaire qui utilise les calories récupérées et revalorisées par ladite pompe thermique en vue de la production de vapeur également motrice, mais de plus faible pression.

4 . Le mélange dans un éjecteur de ces deux vapeurs dans le but de comprimer l'une par l'autre et d'élever ainsi la vapeur issue dudit géné- rateur secondaire à la pression d'utilisation;
5 . Le surchauffage, avant mélange des deux vapeurs susdites en vue d'accroître leurs potentiels thermodynamiques et d'égaliser plus ou moins leurs températures ;
6 . Le surchauffage, également destiné à élever son potentiel thermodynamique, de la vapeur auxiliaire qui évolue dans le circuit de la pompe thermique;
7 . La condensation, par détente dans une turbine, de ladite va- peur auxiliaire et l'utilisation de cette détente à la production d'un tra- vail moteur;
8 . Le soutirage de vapeur à l'échappement pour 'le réglage calori- métrique de ladite condensation;
9 .

La disposition synthétique d'une machine thermique conjuguée à une machine frigorifique en vue du transfert de la chaleur de la source froide à la source chaude de la machine à vapeur.

Dans le mode de groupement prévu ci-dessus de deux machines ther- miques (condenseur et pompe thermique) dont l'une fonctionne à l'inverse de l'autre, la vapeur mise en oeuvre est répartie en deux circuits fermés et in-

dépendants ce qui nécessite l'emploi de deux moteurs (détendeurs) distincts.

Il y a dans cette forme de réalisation une complication d'ordre mécanique qui nuit au procédé et rend'plus onéreuse son exécution. D'autre part, la chaleur récupérée au condenseur de la première machine se retrouve en par- tie dans le condenseur de la 'seconde machine lorsque, notamment, le circuit secondaire est parcouru par de la vapeur d'eau.

La présente invention a pour objet de remédier à ces divers in- convénients par la réduction à un circuit unique du parcours imposé à la masse de vapeur évoluante et, corrélativement, par la concentration du travail de détente dans un seul appareil moteur dont l'échappement s'ouvre dans un con- denseur qui entoure un évaporateur d'une pompe thermique.

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description d'une de ses formes de réalisation, description donnée ci- après, à titre d'exemple non limitatif, et avec référence au dessin annexé.

La figure 1 est une vue schématique d'ensemble des parties essen- tielles supposées disjointes d'une des formes de réalisation d'un condenseur à récupération thermique objet de la présente invention.

Le condenseur à récupération thermique est essentiellement consti- tué par une pompe thermique dont l'évaporateur est enfermé dans l'enceinte où viennent se condenser les vapeurs usées.

Un aspirateur-compresseur 1, un détendeur (moteur) 2 et un évapo- rateur 3 caractérisent la pompe thermique.

L'aspirateur-compresseur 1, peut être indifféremment du type al- ternatif ou centrifuge. Il présente cette particularité d'être inclus dans une enceinte 4 qui en absorbe toute la chaleur radiante.

Le détendeur 2 est préférablement une turbine d'action dans laquel- le la chaleur contenue dans le fluide qui la traverse est transformée en éner- gie cinétique.

L'évaporateur 3, du type statique ou rotatif, est enfermé dans une chambre 5 où s'ouvre l'échappement du moteur 2.

Une pompe refoulante 6, centrifuge ou alternative, est disposée sur le trajet de la canalisation reliant la chambre 5 à l'enceinte 4, d'une part, à une chaudière 7, d'autre part,
Une chaudière 7, préférablement du type tubulaire à vaporisation instantanée, est disposée en aval de la pompe refoulante 6.

Un éjecteur 8 est placé en amont du moteur 2.

Entre la pompe refoulante 6 et la chaudière 7, d'une part, l'en- ceinte 4 qui entoure l'aspirateur-compresseur 1, d'autre part est placé un distributeur 9 qui règle la répartition de l'eau de condensation, issue de l'enceinte 5, entre le générateur 7, qui fournit la vapeur à haute pres- sion et le générateur 4 qui donne de la vapeur à basse pression par utilisa- tion des calories récupérées par la pompe thermique.

Précédant, la chaudière 7, un réservoir 10, que traverse une ca- nalisation 11, joue le rôle de régulateur de puissance par un moyen approprié décrit, à titre d'exemple, dans le certificat d'addition n . 14.691 précité.

Un surchauffeur 12 placé en amont de l'éjecteur 8 et, en aval de l'aspirateur-compresseur 1 reçoit le mélange des vapeurs issues de ce dernier et de l'enceinte 4.

L'espace battu par le compresseur 1 et l'enceinte 4 qui lui est circonscrite, sont mis en communication par une ou plusieurs lumières circu- laires 13 creusées dans le cylindre qui délimite les deux milieux contigus et qu'une vanne appropriée 14 peut obturer plus ou moins complètement.

Des canalisations 15 et 16 qui prennent leur origine respective- ment en 1 et 4, s'unissent en amont du surchauffeur 12 et donnent ainsi nais- sance à une conduite unique 17 qui débouche dans l'éjecteur 8.

Une canalisation 18 met en communication l'aspirateur-compresseur 1 avec l'échappement du moteur 2. Sur le trajet de la canalisation 18 une van- ne régulatrice 19 est disposée en vue de limiter au pourcentage voulu la va- peur soutirée à l'échappement par l'aspirateur-compresseur 1.

Une canalisation 20 qui s'ouvre dans l'axe de l'enceinte 1, relie l'évaporateur 3 à cette dernière.

Une canalisation 21 relie la chambre de condensation 5 à l'as- piration de la pompe d'alimentation 6 ou préférablement, au refoulement de cette pompe.

Une canalisation de dérivation 22, qui s'ouvre dans l'évaporateur 3, est branchée sur la canalisation 21. Une vanne régulatrice 23 est prévue sur la dérivation 22 pour fixer la quantité d'eau de condensation à introduire dans l'évaporateur 3.

Une canalisation 11 relie la pompe 6, le distributeur 9, le régu- lateur 10 et le surchauffeur 7. Une canalisation 24 relie la chaudière à l'é- jecteur 8.

Une canalisation 25, relie l'éjecteur 8 au moteur 2.

Une canalisation 26 relie l'échappement du moteur 2 à la chambre 5 qui entoure l'évaporateur 3.

Une canalisation 27 relie le distributeur 9 à l'enceinte 4 de 1' aspirateur-compresseur 1.

Le condenseur de vapeur à récupération thermique, ainsi modifié et perfectionné, fonctionne de la manière suivante :
La vapeur d'échappement issue du moteur 2, dont une fraction plus ou moins réduite passe dans le compresseur 1, se condense dans l'enceinte 5.

Les calories ainsi libérées sont utilisées à la vaporisation, sous pression réduite, de l'eau contenue dans l'enceinte 3 de l'évaporateur. La vapeur is- sue de l'évaporateur 3 passe, en même temps que la vapeur soutirée à l'échap- pement dans le compresseur 1. Le mélange des deux vapeurs est refoulé sous pression, directement par la canalisation 15 ou indirectement, en passant par l'enceinte 4, par la canalisation 16, vers le surchauffeur 12 et l'éjecteur 8.

Parallèlement,la faible quantité d'eau qui, dérivée par le dis- tributeur 9 sur la pompe thermique, est transformée en vapeur qui s'échappe également par les canalisations 15 et 16.

Le mélange fluide ainsi obtenu arrive, après surchauffage en 12, dans l'éjecteur 8 et s'intègre à la vapeur de haute pression qui est produite dans la chaudière 7. La masse de vapeur qui en résulte et qui doit se trou- ver à la pression d'utilisation pénètre finalement dans le moteur 2 auquel elle cède sa force vive. Le cycle est dès lors achevé, mais il recommence aussitôt, les changements d'état de l'eau se reproduisant sans discontinuité en un circuit fermé qui comporte toujours les mêmes étapes. La vapeur obtenue par utilisation des calories, récupérées et revalorisées par la pompe thermi- que étant nécessairement à une pression inférieure à celle de la vapeur mo- trice, à son point d'utilisation, il est évidemment nécessaire d'élever consi- dérablement la pression dans la chaudière 7.

Claims

REVENDICATIONS ET RESUME 1 - Condenseur à récupération thermique, caractérisé par la conden- sation de la vapeur usée sortant d'un moteur au moyen d'un refroidissement par la vaporisation, sous pression-réduite, d'un liquide évoluant dans le circuit d'une pompe thermique.

2 - Condenseur à récupération thermique, selon la revendication% caractérisé par l'évolution de ladite vapeur en circuit fermé unique et la concentration dans ledit circuit de toutes les transformations qui concourent à la récupération de la chaleur dégagée par ladite condensation de la vapeur usée et à la production d'énergie motrice., <Desc/Clms Page number 5> 3 - Condenseur à récupération thermique, selon les revendications 1 et 2, caractérisé par l'utilisation des calories récupérées et revalori- sées par ladite pompe thermique à la vaporisation d'une partie de l'eau de condensation, par mélange d'eau liquide et de vapeur revalorisée.

4 - Condenseur à récupération thermique, -selon les revendications 1 à 3, caractérisé par la réintroduction directe dans le cycle évolutif des calories contenues dans la vapeur soutirée à l'échappement et revalorisée par ladite pompe thermique.

5 - Condenseur à récupération thermique, selon les revendications 1 à 4 caractérisé par le refroidissement d'un condenseur par évaporation, sous pression réduite, d'une partie de l'eau de condensation.

6 - Condenseur à récupération thermique, selon les revendications 1 à 5, caractérisé par la production d'un vide dans un évaporateur par aspi- ration mécanique d9une pompe thermique.

7 - Condenseur à récupération thermique, selon la revendication 4, caractérisé par l'accroissement du potentiel thermodynamique de ladite vapeur revalorisée, par surchauffage dans un surchauffeur.

8 - Condenseur à récupération thermique selon la revendication 7, caractérisé par le mélange dans un injecteur de deux vapeurs à pression diffé- rentes, l'une à basse pression provenant dudit surchauffeur, l'autre d'un gé- nérateur à haute pression.

9 - Condenseur à récupération thermique selon les revendications 1 à 6, caractérisé par un aspirateur-compresseur, alternatif ou rotatif, main- tenu en communication, d'une part, axialement avec l'échappement dudit mo- teur, d'autre part, périphériquement avec un générateur auxiliaire de vapeur qui utilise la chaleur radiante dudit aspirateur-compresseur.

10 - Condenseur à récupération thermique selon la revendication 9, caractérisé par la mise en communication dudit aspirateur-compresseur avec ledit générateur auxiliaire, par une ou plusieurs lumières ménagées dans la paroi délimitant les deux organes précités.

11 - Condenseur à récupération thermique, selon la revendica- tion 9, caractérisé par des organes régulateurs du débit disposés sur la canalisation reliant ledit moteur audit aspirateur-compresseur, en vue de li- miter au pourcentage voulu la vapeur soutirée à 1-'échappement dudit moteur par ledit aspirateur-compresseur.

12 - Condenseur à récupération thermique, selon les revendications 5, 8 et 9 caractérisé par une pompe d'alimentation disposée sur le trajet de la canalisation reliant ledit condenseur d'une part, audit générateur auxi- liaire, d'autre part, audit générateur de vapeur à haute pression.

13 - Condenseur à récupération thermique selon les revendications 5, 6 et 12, caractérisé par une vanne régulatrice, placée sur une dérivation de la susdite canalisation et permettant de déterminer la quantité d'eau de condensation, provenant dudit condenseur, à introduire, par ladite dérivation, dans ledit évaporateur.

14 - Condenseur à récupération thermique selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un distributeur placé en aval de ladite pompe d'alimentation, règle la répartition de l'eau de condensation, issue dudit condenseur, entre ledit générateur de vapeur à haute pression et le générateur auxiliaire de vapeur à basse pression.

15 - Condenseur à récupération thermique selon la revendication 14, caractérisé par un réservoir d'eau à capacité variable placé en aval dudit distributeur et en amont dudit générateur de vapeur à haute pression et per- mettant de diminuer le poids de vapeur motrice et conséquemment la puissance de la machine ou, inversement, d'accroître la masse d'eau à transformer en vapeur en vue d'augmenter la puissance motrice.

16 - Condenseur à récupération thermique tel que décrit ci.=avant <Desc/Clms Page number 6> ou représenté au dessin annexé.

17 - Condenseur de vapeur à récupération thermique tel que dé- crit dans le Brevet d'Invention, demandé en France, au nom de Léon GRANIER, le 14 mai 1948 et délivré sous le n .967.625, ainsi que dans le Certificat d'Addition, demandé en France au même nom, le 5 mai 1949 et délivré sous le n . 14.691.