BE523777A

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Publication number: BE523777A
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Description

H. BACHL, résidant à ERLANGEN (Allemagne) .

CYCLE A PLUSIEURS SUBSTANCES POUR PRODUIRE L'ENERGIE MECANIQUE A PARTIR DE LA CHALEUR, AVEC CYCLES SECONDAIRES.

On sait que les cycles thermodynamiques pour la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique sont exécutés par une méthode consistant à comprimer un agent moteur jusqu'à un étage de température peu élevé, à le chauffer à un étage de pression élevée à le détendre dans une machine motrice, la chaleur résiduelle étant en partie récupérée dans un étage de température réduite par réchauffage de l'agent moteur comprimé et étant en partie évacuée sous forme de pertes. La détente doit s'effec- tuer en phase gazeuse, la compression s'opère en phase gazeuse (par exem- ple dans les cycles de turbines à gaz) ou en phase liquide (par exemple dans le cycle vapeur d'eau). Il est en outre connu, dans les cycles à deux substances, d'apporter la chaleur perdue d'un cycle à un deuxième cycle, en tant que chaleur utile.

Ce couplage thermique s'opère soit par l'inter- calation d'une surface de chauffe entre deux cycles séparés (par exemple dans le cycle mercure-vapeur d'eau) ou par une superposition directe d'un cycle principal et d'un cycle secondaire. Dans ce cas, l'agent moteur du cycle secondaire est un mélange de substances en phase liquide, comprenant au moins deux éléments, par exemple la solution d'un gaz dans un liquide.

L'agent moteur du cycle principal est formé par un constituant de ce mé- lange. Le principe de fonctionnement d'un tel cycle a été représenté dans la figure 1 par un diagramme p-T. Le mélange de substance est comprimé en phase liquide de 1 à 2 ; il est ensuite chauffé et une partie du mé- lange est chassée en phase gazeuse jusqu'à la température 3. Ce gaz est surchauffé jusque 4 ; il est détendu dans une machine motrice jusque 5 ; est refroidi à l'aide du mélange liquide résiduel également détendu de 3 à 6 et est absorbé à nouveau en phase liquide par ce dernier jusque 1.

L'invention vise à établir, d'après le principe de fonctionnement ci- dessus. un procédé économique avec un haut rendement thermique.A cette

fin, elle propose de réaliser le cycle secondaire décrit de telle façon que le chauffage et la compression du liquide, de même que le refroidis- sement, la détente, ainsi qu'une modification de la concentration par une nouvelle absorption de gaz, s'effectue graduellement dans un certain nombre d'échangeurs de chaleur en série. Simultanément il se produit dans chaque étage de pression un échange thermique entre l'agent moteur en cours de chauffage et celui en cours de refroidissement.

Le procédé selon l'invention peut être réalisé par une méthode consistant à refroidir le mélange pauvre dans divers étages de pression et à faire absorber,dans ces étages, des quantités de gaz prélevées de la machine motrice. Ce procédé correspond alors au procédé de récupéra- tion du cycle moteur à vapeur, avec cette différence qu'il n'y a pas de transfert de la contenance thermique des quantités prélevées, par conden- sation à des températures essentiellement constantes, à l'agent moteur liquide à réchauffer, mais qu'il se produit d'abord une absorption (mé- lange) à des températures glissantes, par le mélange pauvre (solution) en cours de refroidissement et que la chaleur développée est alors seule- ment transférée au mélange riche (solution)
Ce cycle a été représenté dans la fig,

2 par un diagramme i-T- la chaleur développée étant rapportée à un kilo de gaz mcteui . Du point 1 jusqu'au point 2 a lieu le chauffage du mélange riche (soltion) compri- mé; du point 2 au point 3 - l'expulsion du gaz moteur. Le refroidissement et l'enrichissement du mélange pauvre (solution) s'effectue cependant en plusieurs étages de pression du point 3 au point 4, les points 1 et 4 ne coïncidant généralement pas, étant donné que le gaz moteur libéré et en- suite chauffé aura, après avoir été détendu en passant par les divers étages de pression, une contenance de chaleur différente. La chaleur per- due du cyle a été représentée dans la figure 2 par QV.

Contrairement au cycle moteur à vapeur habituel, la quantité de gaz moteur obtenue à 1' étage de température le plus bas sera généralement inférieure à 50% de la quantité totale de gaz moteur.

Ea figure 3 représente le schéma de base de ce procédé. Dans le séparateur A a lieu la séparation du gaz moteur d'avec le liquide résiduel du mélange (l'expression "mélange" comprend également les solutions).Après avoir été chauffé au moyen d'une surface de chauffe G prévue en aval du séparateur , le gaz est dirigé par la conduite c vers la machine motrice B et détendu dans celle-ci. Le gaz d'échappement parvient ensuite, à travers la conduite d, dans le mélangeur C dans lequel le mélange pauvre arrive par la conduite b. Le mélange pauvre et le gaz se réunissent ensuite pour for- mer à nouveau un mélange riche, qui retourne au séparateur A par la con- duite a.

A ce processus simple viennent désormais se superposer un certain nombre de cycles partiels. Il convient de noter que le gaz n'est pas déten- du dans sa totalité dans le moteur B jusqu'à la pression finale du cycle ; au contraire, dans un ou plusieurs étages du moteur, certaines parties de ce gaz sont prélevées et sont déjà mises en contact en amont du mélan- geur C, avec le mélange pauvre, lequel par conséquent, s'enrichit plus ou moins en gaz déjà entre le séparateur A et le dernier mélangeur C.

Ces étages intermédiaires sont désignés dans le schéma par Dl et D2 ; les conduites de raccordement du moteur - par, e1 et e2. Le nombre des points de prise n'a été choisi qu'à titre d'exemple. Comma la pression des étages diminue avec la pression de prise, on intercale des détendeurs Fl.....F3 entre les étages pour le mélange pauvre, lesquels peuvent fonc- tionner comme machines motrices par exemple. La pression se réduit donc en direction du dernier mélangeur C, de même que la température, laquelle

augemente, au contraire en direction du séparateur. Ceci offre la possibi- lité d'utiliser simultanément les appareils Dl...D3 comme réchauffeurs pour le mélange riche provenant du dernier mélangeur C, comme cela ressort du schéma.

Pour assurer le refoulement, vers le séparateur A, du mélange riche qui arrive au mélangeur C, il est nécessaire d'utiliser des moyens de refoulement (pompes), désignés dans le schéma par El... E3. D'autre part, les prises de gaz peuvent être faites non pas à partir du moteur, mais des échangeurs d'une zone de température plus basse. Ce montage a été représenté dans la fig. 4. Dans ce montage, la température du mélan- ge riche venant de la pompe E1 est élevée dans l'échangeur D1 de telle façon qu'une partie de sa teneur en gaz est libérée, pour être absorbée par l'entremise de la conduite dans l'échangeur D2 par le mélange pauvre qui est en cours de refroidissement dans le même etage de pression.

La fig. 5 représente la combinaison des deux procédés possibles.

Cette figure correspond à la fig. 2 mais comporte en plus les conduites de soutirage supplémentaires fl......f3, qui aboutissent aux échangeurs D2.......D4' comme on l'a exposé à propos de la fig. 4.Deux autres cycles subsidiaires ont été en outre représentés dans la figure 5.

L'apport de chaleur de l'extérieur est en général assuré par le refroidissement de gaz de combustion. Afin de permettre l'utilisation de la zone de température inférieure de ces gaz brûlés, l'invention propose d' utiliser la chaleur en question dans un procédé par absorption pour la pro- duction du froid utile. A cette fin, le séparateur (A) du premier cycle auxiliaire et le surchauffeur (G) du cycle principal sont suivis, dans la fig. 5 du séparateur (H) du cycle de production de froid par absorption, agissant comme surface de chauffe d'aval. Le froid utilse sert dans 1' échangeur (C) à absorber une partie de la chaleur perdue du cycle princi- pal, chaleur qui, dans une zone de température plus élevée, est cédée à l'extérieur - à l'eau de refroidissement par exemple - par l'entremise du condenseur (J) et de l'absorbeur (K) deuxième cycle secondaire) .

Le gaz moteur du cycle principal peut consister en premier lieu en matières organiques qui, aux températures élevées, subissent en partie une disso- ciation et en partie une décomposition. Afin d'empêcher une dissociation progressive, il est en outre proposé que les produits de dissociation ga- zeux qui demeurent dans l'étage de température le plus bas après la liqué- faction du gaz moteur,- ou bien, les gaz apportés de l'extérieur, soient comprimés par un compresseur (L) jusqu'à la pression de l'étage le plus élevé et ajoutés au gaz moteur avant la surchauffe de celui-ci (troisiè- me cycle secondaire), ces gaz pouvant d'ailleurs être modifiés chimique- ment avant leur introduction dans le cycle principal.

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims

REVENDICATIONS 1.- Cycle thermodynamique pour la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique, consistant en un cycle secondaire avec, comme agent moteur, un mélange de substances en phase liquide comportant au moins deux constituants et en un cycle principal avec, comme agent moteur, un constituant gazeux de ce mélange, caractérisé en ce 'que, dans le cycle secondaire, le chauffage et le refroidissement du mélange ont lieu dans plusieurs étages échelonnés par zones de pression,la disposi- tion étant telle, qu'au cours du refroidissement du liquide, celui-ci absorbe à nouveau dans différents étages de pression, une partie du gaz précédemment libéré, une partie substantielle du gaz étant libérée dans les étages de pression et de température les plus élevés,

en partie par la chaleur récupérée et en partie par de la chaleur apportée de l'exté- rieur, cette partie du gaz étant ensuite surchauffée dans le cycle prin- cipal par l'apport de chaleur extérieure, pour être alors détendue dans une machine motrice, et étant incorporée à nouveau à l'agent moteur li- <Desc/Clms Page number 4> quide du cycle secondaire dans l'étage de pression et de température le plus bas.

2.- Cycle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le con- stituant gazeux absorbé par la phase liquide entre l'étage de pression le plus bas et l'étage de pression le plus haut est formé au moins en partie par du gaz soutiré au moteur.

3.- Cycle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le constituant gazeux, absorbé par la phase liquide entre l'étage de pression le plus bas et l'étage de pression le plus haut, est au moins en partie un gaz qui avait libéré du mélange de substaice par chauffage dans un échan- geur de chaleur d'un étage précédent.

4.- Cycle selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la phase gazeuse absorbée consiste en partie en gaz soutiré au moteur et en partie en gaz libéré dans un étage antérieur.

5.- Installation pour réaliser le procédé selon la revendication 1,caractérisée par un certain nombre d'échangeurs de chaleur montés en sé- rie dans lesquels la chaleur fournie par l'agent moteur liquide qui est en cours de refroidissement dans un étage de pression plus bas et qui ab- sorbe simultanément une partie du constituant gazeux, est transférée à 1' agent moteur en cours de chauffage dans un étage de pression plus élevé.

6.- Installation selon la revendication 5, caractérisée par 1' intercalation entre les différents étages des échangeurs pour l'agent moteur liquide, de moteurs élévateurs de pression sur le côté chauffage et de moteurs réducteurs de pression sur le côté refroidissement.

7. - Cycle selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'étage de pression le plus élevé, la libération et la surchauffe du gaz moteur sont effectuées par un agent de chauffage dont la zone de températu- re inférieure est utilisée dans un cycle d'aval à absorption, en vue de la production du froid, ce dernier servant à amener à la température normale de l'eau de refroidissement, une partie de la chaleur perdue dans le cycle principal aux bas étages de température.

8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz moteur du cycle principal consiste en une matière organique, une dis- sociation progressive de cette substance aux températures de surchauffe élevées étant empêchée par le fait que les produits de dissociation gazeux qui demeurent dans l'étage de température le plus bas après liquéfaction du gaz moteur sont aspirés, ces produits étant ensuite comprimés dans le même état ou dans un état chimiquement modifié, seuls ou en mélange avec d'autres gaz, à l'aide d'un compiesseur, jusqu'à la pression de l'étage le plus élevé, pour être réincorporés au gaz moteur préalablement à la surchauffe de celui-ci.