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Installation thermique de force motrice à circuit fermé pour la circulation d'un fluide gazeux de travail et utilisation de la chaleur perdue dans une Installation de distillation.
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Cette invention concerne une installation thermique génératrice de force motrice à circuit fermé, à circulation d'un fluide gazeux de travail et comprenant également une installation de distillation dans laquelle la chaleur perdue du fluide de travail est utilisée dans au moins un appareil de refroidissement. L'invention consiste en ce que l'appareil de refroidissement comprend lui-même un élément évaporateur fournissant de la vapeur sous une pression absolue inférieure à 1 kg/om2 et, en aval de l'élément évaporateur dans le sens de la circulation du fluide de travail, un élément refroidisseur que le fluide de refroidissement traverse sans être évaporé.
Grâce à cet agencement, on atteint le but qui consiste à permettre l'utilisation économique, dans l'installation de distillation, de la chaleur perdue de l'installation thermique et qui se trouve en partie à une température inférieure à 1000 C.
On décrira ci-après à titre d'exemples deux modes de réalisation d'une installation selon l'invention en se réfé- rant au dessin schématique annexé, dans lequel t La figure 1 représente une installation comprenant un circuit intermédiaire pour la circulation d'un véhicule de chaleur destiné à la transmission de la chaleur du fluide de travail au fluide à distiller La figure 2 représente une installation dans laquelle la cha- leur perdue de 1'installation thermique de force motrice est directement transmise au fluide à distiller.
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Une installation thermique de force motrice à circuit fermé pour la circulation d'un fluide de travail, de préfé- rence l'air, comprend, selon la figure 1, un compresseur 1 en deux parties à deux étages 1 , 1 , montées en série, un éohangeur de chaleur 2, un réohauffeur 3, une turbine 4 et deux refroidisseurs 5, 6. Le fluide de travail sortant de l'étage final de la partie 12, du compresseur 1, passe par une oonduite 7 dans l'échangeur de chaleur 2, ensuite par une con- duite 8 dans le réchauffeur 3, dans lequel il reçoit un apport de chaleur d'une source extérieure à travers les cloisons échan- geuses. Le fluide de travail ainsi réchauffé est amené par une conduite 9 dans la turbine 4, où il se détend en produisant du travail.
Le fluide de travail détendu passe par une conduite 10 dans 1*échangeur de chaleur 2, dans lequel il cède la ma- jeure partie de sa chaleur au fluide de travail comprimé arri- vant par la conduite 7.
Le fluide de travail détendu passe ensuite par une con- duite 11, dans le refroidisseur 5, et revient finalement par une conduite 12 dans la tubulure d'aspiration de la partie 1 du compresseur bouclant ainsi le circuit. Le refroidisseur 6, communiquant par une conduite 13 avec la tubulure de re- foulement de la partie 11 du compresseur et par une conduite 14 avec la tubulure d'.aspiration de la partie 1 , remplit la fonction d'appareil de refroidissement intermédiaire du fluide de travail après sa compression partielle dans la partie 11. La turbine 4 entraîne le compresseur 1 et trans- met en même temps ce la puissance utile à une génératrice électrique 15.
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Chacun des appareils de refroidissement 5 et 6 comprend un élément évaporateur 51,61, et un élément refroidisseur 52,62 monté en aval de l'élément évaporateur dans le sens de circulation du fluide.
La chaleur perdue, cédée dans ces appareils de refroi- diasement 5, 6 par le fluide de travail, est utilisée dans une installation destinée à la distillation de l'eau de mer.
Selon la figure 1, cette inatallaticn destinée à la distilla- tion comprend deux évaporateurs 16, 17, trois échangeur. de chaleur 18, 19, 20, un condenseur 21 et un bac 22 ouvert à l'air libre.
L'eau de. mer arrive dans l'installation par une conduite 23 et remplit d'abord la fonction d'agent de refroidissement en circulant à travers les deux éléments refroidisseurs 52, 62 des appareils de refroidissement 5, 6 sans s'évaporer.
L'eau de mer ainsi chauffée est recueillie par un conduit collecteur 24, et dirigée en majeure partie vers le conden- seur 21 pour servir d'agent de refroidissement. La partie restante est destinée a la distillation, et passe d'abord par une dérivation 25 du collecteur 24, dans l'échangeur de chaleur 20, ensuite par une conduite 26 dans le bac 22.
Une conduite 27, partant du bac 22 se divise en deux branches 28,29 dont la première fait passer une partie de l'eau de mer à distiller dans l'échangeur de chaleur 18 pour le chauffage préalable. L'eau de mer sortant de cet échangeur
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arrive ensuite par une conduite 30 dans l'évaporateur 16 qui l'évaporé en majeure partie. La solution salée résiduelle for- tement concentrée, est évacuée par une conduite 31.
La partie de l'eau de mer à distiller qui parcourt la branche 29 de la conduite 27 arrive d'abord dans l'éohangeur de chaleur 19. ensuite par une conduite 32 dans l'évaporateur 17 qui évapore à son tour la majeure partie de l'eau de mer introduite, tandis que la solution salée résiduelle et concentrée est évacuée par une conduite 33.
Un circuit intermédiaire, destiné à la circulation d'un véhicule de chaleur, fait communiquer les deux éléments évapo- rateurs 51 et 61, par une conduite 34, avec le coté de l'agent de chauffage de l'évaporateur 16. Les éléments évaporateurs
51 et 61 produisent de la vapeur d'eau à une pression absolue inférieure à 1 kg/cm2 afin de pouvoir utiliser autant que pos- sible la chaleur sensible du fluide de travail gazeux arrivant par la conduite 11. La vapeur en question se condense dans l'évaporateur 16 en cédant de la chaleur à l'eau de mer à distiller.
Le condensât ainsi formé passe d'abord par une conduite 35 dans l'éohangeur de chaleur 18, dans lequel il assure le chauffage préalable de l'eau de mer arrivant par les conduites 28, 30 dans l'évaporateur 16, et il revient finale- ment dans les éléments évaporateurs 5 , 61 des appareils de refroidissement 5, 6 par une conduite 36, dans laquelle est intercalée une pompe 37. On évite l'encrassement et la formation
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de dépote dans les appareils de refroidissement 5,6 en utilisant un tel circuit intermédiaire pouvant fonctionner avec de l'eau pure, pour la transmission au fluide à dis- tiller, de la chaleur perdue de travail sortant de l'instal- lation thermique de force motrice.
Pour le chauffage de 1* évaporateur 17 une conduite 38 fait passer les buées de l'évaporateur 16 vers le coté du fluide de chauffage de l'évaporateur 17. Bien entendu, l'évaporateur 17 doit alors fonctionner aoua une pression intérieure 1 celle de l'évaporateur 16. Le condensât, formé du côté du fluide de chauffage dans l'évaporateur 17, passe d'abord par une conduite 39 dans l'échangeur de chaleur 19 pour échauffer préalablement l'eau de mer traversant cet échangeur pour arriver dans l'évaporateur 17. Ce condensât est ensuite évacué, par une conduite 40, comme produit final désiré de la distillation.
Les buées quittant l'évaporateur 17 par une conduite 41 cèdent d'abord une partie de leur chaleur dans l'échangeur 20 à l'eau de mer à distiller et passent finalement, par une conduite 42, dans le condenseur 21, dans lequel elles sont précipitées en totalité. L'eau distillée ainsi obtenue est évacuée du oc-donneur 21 par une conduite 43. Le condenseur 21 du dernier étage 17 de l'installation de distillation est placé, avec son coté fluide de refroidissement, en aval des éléments refroidisseurs 5 , 62 du circuit de travail.
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L'installation représentée par la figure 2 ne comprend pas de oirouit intermédiaire pour la transmission de la cha- leur du fluide de travail à l'eau de mer qui doit être dis- tillée. Les éléments évaporateurs 51, 6 des appareils de refroidissement 5, 6 forment au contraire eux-mêmes le pre- mier étage d'évaporation de l'installation de distillation, qui comprend., en outre, un évaporateur 44, un échangeur de chaleur 45. un condenseur 46 et un bac 47.
L'eau de mer arrivant par une conduite 48 remplit en- core la fonction d'agent de refroidissement sans s'évaporer, en circulant a travers les éléments refroidisseurs 52,62 des appareils de refroidissement 5, 6. Le condenseur 46 comprenant une conduite d'admission 49 et une conduite de départ 50 est placé en aval des éléments refroidisseurs 52, 62 avec son côté fluide de refroidissement.
L'eau de mer à distiller est prélevée dans la conduite de départ 50 par une conduite de dérivation 51, et passe dans le bac 47. Elle part de celui-ci par une conduite 52 pour passer & travers l'échangeur de chaleur 45, ensuite par une conduite 53, divisée en plusieurs branches 54, 55, 56. Une partie arrive ainsi dans l'évaporateur 44, tandis que l'autre partie est introduite dans les éléments évaporateurs 51, 61 des appareils de refroidissement 5 et 6.
Les éléments évaporateurs 51 et 61 fonctionnent sous une pression absolue inférieure à 1 kg/cmê. Les conduites 57, 58 sont destinées à l'évacuation de la solution salée con- centrée. Les buées dégagées sont recueillies dans un collée*
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teur 59 et introduites dans l'évaporateur 44 pour remplir la fonction de vapeur de chauffée. Le condensât formé, c'est-à- dire l'eau distillée, passe par une conduite 60 dans l'éohan- geur de chaleur 45, pour céder sa chaleur). l'eau de mer l distiller. Ce condansat est finalement évacué par une conduite
61.
Bien entendu, lévaporateur 44 formant le dernier étage de l'installation de distillation doit fonctionner noue une ,pression inférieure celle des éléments évaporateurs 51, 6 1 des appareils de refroidissement 5, 6. Les buées dégagées dans l'évaporateur 44 sont introduites dans le condenseur 46 par une conduite 62. Le condensat est ensuite évacué par une con- duite 63 et forme le produit final de la distillation. La solution salée concentrée mort de l'évaporateur 44 par une conduite 64.
Lorsque l'installation thermique de force motrice se présente sous la forme d'une installation close à turbines fonctionnant avec de l'air comprimé, cet air peut entrer à une température de 130 à 1180 C dans les appareils de re- froidissement 5, 6 et en sortir à une température de 35 C.
Un exemple de calcul pour une installation selon la fig. 1 donne les résultats suivants :
L'eau de mer arrive par la conduite 23 à une tempéra- ture de 25 C et elle est portée à 34 C dans les éléments refroidisseurs 5 , 6ê. Les évaporateurs 16, 17 fonctionnent
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respectivement à des températures de 62 C et 49 C. Dans les éléments évaporateurs 51,61 des appareils de refroi- dissement 5, 6 du circuit intermédiaire règne une pression absolue de 0,38 kg/om2, et la vapeur arrive à une température de 74 C dans l'évaporateur 16 pour assurer le chauffage.
Pour l'installation selon la fig. 2 on a admis pour les mêmes températures de l'air dans les éléments évapora- teurs 51, 61 des appareils de refroidissement 5, 6 et une évaporation à une température de 75 C dans l'évaporateur 44 par contre une température de 59 C.
Dans les modes de réalisation représentés, comme agent de refroidissement pour les éléments refroidisseurs 52,62 des appareils de refroidissement 5 et 6, et le condenseur 21 (fig. 1) ou du condenseur 46 (fig. 2) on a utilisé l'eau de mer, c'est-à-dire le même fluide que le fluide à distiller.
On peut cependant utiliser un autre fluide de refroidissement, par exemple l'air atmosphérique, et il est bien entendu que les conduites 25 (fig. 1) et 51 (fig. 2) ne peuvent alors plus être branchées sur les conduites 24 et 50.
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Closed circuit motive power thermal installation for the circulation of a gaseous working fluid and use of waste heat in a distillation installation.
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This invention relates to a closed-circuit motive force-generating thermal installation, circulating a gaseous working fluid and also comprising a distillation installation in which the waste heat from the working fluid is used in at least one cooling device. The invention consists in that the cooling apparatus itself comprises an evaporator element supplying steam under an absolute pressure of less than 1 kg / om2 and, downstream of the evaporator element in the direction of the circulation of the fluid working, a cooling element which the cooling fluid passes through without being evaporated.
By virtue of this arrangement, the aim is achieved which consists of allowing the economical use, in the distillation installation, of the waste heat from the thermal installation, which is partly at a temperature below 1000 C.
Two embodiments of an installation according to the invention will be described below by way of example, with reference to the appended schematic drawing, in which FIG. 1 represents an installation comprising an intermediate circuit for the circulation of water. a heat vehicle intended for the transmission of heat from the working fluid to the fluid to be distilled. FIG. 2 shows an installation in which the waste heat from the thermal driving force installation is directly transmitted to the fluid to be distilled.
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A closed-circuit motive force thermal installation for the circulation of a working fluid, preferably air, comprises, according to figure 1, a compressor 1 in two parts with two stages 1, 1, connected in series. , a heat exchanger 2, a reheater 3, a turbine 4 and two coolers 5, 6. The working fluid leaving the final stage of part 12, of the compressor 1, passes through a pipe 7 in the heat exchanger. heat 2, then through a duct 8 in the heater 3, in which it receives a supply of heat from an external source through the exchange partitions. The thus heated working fluid is brought through a pipe 9 into the turbine 4, where it expands while producing work.
The expanded working fluid passes through a line 10 into the heat exchanger 2, where it transfers most of its heat to the compressed working fluid arriving through the line 7.
The expanded working fluid then passes through a pipe 11, into the cooler 5, and finally returns through a pipe 12 into the suction pipe of part 1 of the compressor, thus closing the circuit. The cooler 6, communicating by a pipe 13 with the discharge pipe of part 11 of the compressor and by a pipe 14 with the suction pipe of part 1, fulfills the function of an intermediate cooling device for the fluid. after its partial compression in part 11. The turbine 4 drives the compressor 1 and at the same time transmits the useful power to an electric generator 15.
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Each of the cooling devices 5 and 6 comprises an evaporator element 51, 61, and a cooling element 52, 62 mounted downstream of the evaporator element in the direction of circulation of the fluid.
The waste heat, transferred in these cooling devices 5, 6 by the working fluid, is used in an installation intended for the distillation of sea water.
According to Figure 1, this installation intended for distillation comprises two evaporators 16, 17, three exchangers. heat 18, 19, 20, a condenser 21 and a pan 22 open to the air.
Water from. mer arrives in the installation through a pipe 23 and first fulfills the function of cooling agent by circulating through the two cooling elements 52, 62 of the cooling devices 5, 6 without evaporating.
The sea water thus heated is collected by a collecting duct 24, and directed mainly towards the condenser 21 to serve as a cooling agent. The remaining part is intended for distillation, and passes first through a bypass 25 of the manifold 24, into the heat exchanger 20, then through a pipe 26 into the tank 22.
A pipe 27, starting from the tank 22 is divided into two branches 28, 29, the first of which passes part of the sea water to be distilled into the heat exchanger 18 for the preliminary heating. The sea water coming out of this exchanger
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then arrives via a pipe 30 in the evaporator 16 which evaporates most of it. The highly concentrated residual salt solution is discharged through line 31.
The part of the seawater to be distilled which passes through the branch 29 of the pipe 27 first arrives in the heat exchanger 19. then via a pipe 32 in the evaporator 17 which in turn evaporates the major part of the water. seawater introduced, while the residual and concentrated saline solution is discharged through a line 33.
An intermediate circuit, intended for the circulation of a heat vehicle, communicates the two evaporator elements 51 and 61, via a pipe 34, with the side of the heating agent of the evaporator 16. The evaporator elements
51 and 61 produce water vapor at an absolute pressure of less than 1 kg / cm2 in order to be able to use as much as possible the sensible heat of the gaseous working fluid arriving through line 11. The vapor in question condenses in the evaporator 16 by transferring heat to the seawater to be distilled.
The condensate thus formed first passes through a line 35 in the heat exchanger 18, in which it preheats the sea water arriving through the lines 28, 30 in the evaporator 16, and it finally returns. - ment in the evaporator elements 5, 61 of the cooling devices 5, 6 via a pipe 36, in which is interposed a pump 37. Clogging and formation are avoided.
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deposit in the cooling devices 5,6 using such an intermediate circuit which can operate with pure water, for the transmission to the fluid to be distilled, of the waste working heat leaving the thermal installation of motor force.
For the heating of 1 * evaporator 17 a pipe 38 passes the steams from the evaporator 16 to the side of the heating fluid of the evaporator 17. Of course, the evaporator 17 must then operate at an internal pressure 1 that of the evaporator 16. The condensate, formed on the side of the heating fluid in the evaporator 17, first passes through a pipe 39 in the heat exchanger 19 in order to preheat the sea water passing through this exchanger to arrive in the evaporator 17. This condensate is then discharged, through a line 40, as the desired end product of the distillation.
The vapors leaving the evaporator 17 through a pipe 41 first give up part of their heat in the exchanger 20 to the sea water to be distilled and finally pass, through a pipe 42, into the condenser 21, in which they are precipitated in full. The distilled water thus obtained is evacuated from the oc-donor 21 via a pipe 43. The condenser 21 of the last stage 17 of the distillation installation is placed, with its cooling fluid side, downstream of the cooling elements 5, 62 of the distillation plant. working circuit.
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The installation shown in FIG. 2 does not include an intermediate outlet for the transmission of heat from the working fluid to the sea water which must be distilled. On the contrary, the evaporator elements 51, 6 of the cooling devices 5, 6 themselves form the first evaporation stage of the distillation plant, which further comprises an evaporator 44, a heat exchanger 45 a condenser 46 and a tank 47.
The seawater arriving through a pipe 48 still fulfills the function of coolant without evaporating, by circulating through the cooling elements 52, 62 of the cooling apparatuses 5, 6. The condenser 46 comprising a pipe intake 49 and an outlet line 50 is placed downstream of the coolers 52, 62 with its coolant side.
The sea water to be distilled is taken from the outgoing pipe 50 by a bypass pipe 51, and passes into the tank 47. It leaves the latter via a pipe 52 to pass through the heat exchanger 45, then via a pipe 53, divided into several branches 54, 55, 56. One part thus arrives in the evaporator 44, while the other part is introduced into the evaporator elements 51, 61 of the cooling devices 5 and 6.
The evaporator elements 51 and 61 operate under an absolute pressure of less than 1 kg / cm3. The pipes 57, 58 are intended for the evacuation of the concentrated saline solution. The steam released is collected in a glue *
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tor 59 and introduced into the evaporator 44 to fulfill the function of heated steam. The condensate formed, ie distilled water, passes through a line 60 into the heat exchanger 45 to release its heat). seawater l distill it. This condansate is finally evacuated by a pipe
61.
Of course, the evaporator 44 forming the last stage of the distillation installation must operate at a pressure lower than that of the evaporator elements 51, 6 1 of the cooling devices 5, 6. The vapors released in the evaporator 44 are introduced into the condenser 46 through line 62. The condensate is then discharged through line 63 and forms the end product of the distillation. The concentrated salt solution dies from evaporator 44 through line 64.
When the thermal motive power installation is in the form of a closed installation with turbines operating with compressed air, this air can enter at a temperature of 130 to 1180 C in the cooling devices 5, 6 and come out at a temperature of 35 C.
An example of calculation for an installation according to fig. 1 gives the following results:
The seawater arrives through line 23 at a temperature of 25 ° C. and is brought to 34 ° C. in the cooling elements 5, 6e. Evaporators 16, 17 are working
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respectively at temperatures of 62 C and 49 C. In the evaporator elements 51,61 of the coolers 5, 6 of the intermediate circuit there is an absolute pressure of 0.38 kg / om2, and the steam arrives at a temperature of 74 C in evaporator 16 to ensure heating.
For the installation according to fig. 2, for the same temperatures of the air in the evaporator elements 51, 61 of the cooling devices 5, 6 and evaporation at a temperature of 75 C in the evaporator 44, on the other hand a temperature of 59 C.
In the embodiments shown, as the cooling medium for the cooling elements 52, 62 of the cooling apparatus 5 and 6, and the condenser 21 (fig. 1) or of the condenser 46 (fig. 2), water was used. of sea, that is to say the same fluid as the fluid to be distilled.
It is however possible to use another cooling fluid, for example atmospheric air, and it is understood that the pipes 25 (fig. 1) and 51 (fig. 2) can then no longer be connected to the pipes 24 and 50. .