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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.