Procédé et appareil pour l'utilisation de l'énergie disponible dans un liquide chaud sous pression. La présente invention comprend un pro cédé pour l'utilisation de l'énergie disponible dans un liquide chaud sous pression, ce pro cédé étant caractérisé en ce qu'on oblige l'é nerâie thermique disponible -dans ce liquide chaud sous pression à se convertir en éner gie cinétique dans une tuyère par suite d'une modification progressive des caractéristiques qui définissent à tout moment l'état physique du fluide lors d'une détente sans choc -du fluide dans ladite tuyère, -de telle sorte que ce fluide partiellement vaporisé après détente et animé alors, à un rendement près,
de la plus grande vitesse possible, s'écoule dans le milieu d'aval en un jet stable -à filets très sensiblement parallèles.
L'invention comprend en outre un -dispo sitif pour la mise -en aeuvre -du susdit procédé, ce dispositif étant caractérisé par au moins une tuyère constituée par une partie conver gente suivie .d'une partie divergente, la par- tie convergente étant profilée -de telle sorte que le liquide s'y écoule sans vaporisation suivant les lois de l'hydrodynamique, tandis que la partie divergente, qui lui fait suite, est profilée de telle manière que le fluide s'y écoule comme un mélange hétérogène en se vaporisant partiellement suivant les lois de la thermodynamique,
et cela .de telle façon que sa vitesse aille croissant en même temps que sa pression .diminue, jusqu'à ce que cette der nière devienne égale à la pression régnant dans le milieu d'aval, de sorte que le fluide issu de la tuyère s'écoule .dans ce dernier mi lieu en un jet stable à filets très sensible ment parallèles.
Dans ce qui suit, on a décrit, à titre d'exemple, un mode de réalisation -du procédé suivant l'invention, en supposant que l'on dispose d'une source d'alimentation d'eau chaude à une pression supérieure -à celle -correspondant à l'ébullition pour la tempéra- Cure -de ladite eau. -Suivant ce mode -de réa lisation, on s'y prend -de la manière suivante:
On fait détendre cette eau progressive ment et sans choc depuis la pression d'amont jusqu'à celle d'aval, en la laissant s'écouler et prendre de la vitesse à l'intérieur ,d'au moins une tuyère, -de manière à convertir dans celle ci l'énergie thermique initialement disponi ble dans l'eau en énergie cinétique, et -de fa çon dès lors à pouvoir utiliser l'énergie ciné tique -du fluide @à la sortie de la tuyère pour actionner, par exemple, les cubages d'une tur bine.
Ladite tuyère, dont une forme d'exécution est représentée, en coupe axiale, à titre d'exemple, à la figure unique du dessin an nexé, est constituée par une partie conver gente<I>a,</I> suivi d'une partie divergente<I>b</I> en forme générale -de tulipe allongée, l'ensemble étant tel que la détente de l'eau s'opère en deux phases, à savoir:
une première phase qui s'étend de l'amont jusqu'au col (plan A-B), phase durant laquelle l'eau s'écoule sans se vaporiser suivant les lois -de l'hydro- -dynamique, -et une .deuxième phase qui s'étend du col jusqu'à l'aval et durant laquelle une vaporisation partielle de l'eau a lieu, laquelle vaporisation exige, dès qu'elle commence, c'est-à-dire au col, un accroissement immédiat -de la section de passage offerte au fluide.
Pour ce qui est, plus spécialement, de la forme à donner @à la partie divergente b, il importe, .d'une part, .d'observer les lois de la thermodynamique, puisque le fluide -évo luant est un mélange hétérogène dont la tem pérature et le titre varient .d'un point à l'au tre et, d'autre part, -de se donner une loi de progression axiale des vitesses, les sections de la tuyère se calculant alors point par point, en fonction -de la température, du titre, du volume spécifique et de la vitesse .du fluide.
On .choisira, avantageusement, pour la loi -de progression axiale des vitesses, la loi d'accélération constante et, -en réalisant cette condition, on établira une tuyère dont la par tie divergente b, ainsi que le montrent le calcul -et l'expérience; commence au col sui- vont une surface à peu près normale à l'axe de la tuyère et dont la génératrice peut pré senter un point d'inflexion entre le col et l'aval.
Pour ce qui est, enfin, du profil à don ner à la partie convergente a, on l'établit d'après les lois .de l'hydrodynamique, compte tenu de la loi de progression -des vitesses que l'on s'est donnée, .compte tenu également de tous phénomènes thermodynamiques qui fixent le moment où la vaporisation -du li quide va commencer -et où, par conséquent, le tracé -du convergent s'arrête pour se raccor- -der angulairement à celui -du -divergent.
Dans -ce qui précède, on a laissé entendre que la tuyère en forme de tulipe allongée se présentait comme un :corps de révolution. Il doit être entendu qu'il ne s'agit là que -d'un exemple, la tuyère pouvant être aussi bien -de section polygonale ou autre que -de révolution, -et son axe pouvant être aussi bien incurvé que rectiligne.
La tuyère décrite permet d'utiliser au maximum l'énergie libérée par suite de la dé tente ,de l'eau chaude, alors que, jusqu'à pré sent, on n'était arrivé à aucun résultat indus triellement utilisable, parce quel'onemployait des tuyères de profil sensiblement continu, qui ne .se prêtaient pas -de façon correcte à l'ex pansion du fluide au moment où il devient hé térogène et qui, .dès lors, ne permettaient pas au fluide de se détendre jusqu'à la pression d'aval, -de sorte qu'au débouché -dans-ce der nier milieu la veine fluide y faisait explo sion.
Au :contraire, la tuyère décrite permet d'a mener progressivement et sans choc le fluide jusqu'à la pression -d'aval et d'obtenir, à la sortie -de la tuyère, un écoulement par filets très sensiblement parallèles, avec accumula tion dans ce fluide détendu, à un excellent rendement près, de toute l'énergie théorique ment -disponible dans une semblable détente.
On conçoit tout l'intérêt que l'on pourra tirer -du procédé décrit chaque fois qu'il s'a gira -d'obtenir -de l'énergie mécanique à par tir de chaleur à basse température, obtention que le cycle à vapeur seul ne permet d'attein dre qu'avec un coefficient d'utilisation très réduit.
Tandis que, jusqu'à présent, avec les .dis positifs à vapeur de cette sorte, on était con traint de rejeter le fluide chauffant dès qu'il avait été ramené ù une température à peine inférieure à celle de l'eau dans la chaudière et à sacrifier -de la sorte, soit sur l'épuise ment calorique des gaz si la pression à la chaudière était élevée, soit sur la valeur éner gétique -de la vapeur produite si cette pres- sion.était basse, on pourra, suivant le procédé décrit, utiliser ce fluide chauffant pour pro duire de l'eau chaude sans la vaporiser, et tirer alors -de cette eau chaude sensiblement plus d'énergie mécanique que le cycle<B>à</B> va peur optimum,
seul utilisable jusqu'ici, n'eût permis de le faire dans les mêmes conditions.
De même, dans les cas d'installations de vant utiliser -des chaleurs à basse température, mais atteignant cependant un degré plus élevé que celui qui vient d'être envisagé, par exemple des gaz à 500 C, tels que des gaz d'échappement de moteurs thermiques ou<I>tous</I> autres, on pourra, avantageusement, prévoir un système combiné utilisant à la fois le cy cle à vapeur et le cycle à eau chaude.
Ce sys tème pourra être réalisé, par exemple, à l'aide d'une chaudière unique recevant par heure une alimentation de in -+- <I>n</I> kg d'eau froide, dont m kg seulement seront vaporisés, avec ou sans surchauffe, pour alimenter une turbine à vapeur, tandis que _ les n. kg seront soutirés, avant vaporisation, pour alimenter une turbine à eau chaude. Les deux turbines pourront échapper dans un condenseur com mun.
Le rapport
EMI0003.0016
sera convenablement choisi, de façon à obtenir, des deux machines réunies, le maximum de puissance motrice par kg de gaz chauds fourni. à la chaudière. Les combinaisons de cette sorte peuvent être développées, à l'infini, suivant les cas d'es pèce qu'il peut s'agir de traiter.
La tuyère -décrite peut être utilisée aussi bien dans des cycles complexes utilisant plu sieurs fluides différents, ainsi que cela, se présentera, par exemple, dans les installations où l'on voudrait associer un cycle à eau chaude ou un cycle combiné à vapeur et eau chaude en manière de récupération à la 'suite d'un cycle de combustion réalisé dans un moteur Diesel ou dans un moteur à gaz de haut fourneau ou dans toute autre machine -du même genre.
La tuyère décrite peut aussi être utilisée pour actionner des trompes. ou appareils à jet -de toutes natures, tels que -des injecteurs, éjecteurs, etc.