CH296120A - Installation de turbine à gaz. - Google Patents

Description

  Installation de turbine à gaz.    Cette invention a. pour objet une installa  tion de turbine à gaz à circuit fermé com  prenant un compresseur entraîné par une tur  bine, un réchauffeur dans lequel le gaz de  travail est réchauffé avant son entrée dans  la turbine par du liquide chaud,     im    dispositif  de chauffage     servant    à. chauffer ce liquide  avant son passage dans le réchauffeur, et. un  récupérateur traversé par le gaz après sa  sortie de la. turbine.  



  Cette installation est caractérisée, selon  l'invention, en ce que le liquide et le gaz cir  culent en     sens    inverse l'un de l'autre     dans    le  réchauffeur, le liquide, après avoir traversé  le réchauffeur, étant envoyé dans le récupé  rateur, dans lequel le gaz s'échappant de la  turbine lui cède clé la chaleur, et revenant       ensuite    au dispositif de chauffage.  



  Le     dessin    représente schématiquement, à  titre d'exemple, une forme d'exécution de       l'installation    faisant l'objet de la présente in  vention.  



  Dans cette forme d'exécution, le gaz de  travail peut, par exemple, être de l'azote, et  le liquide servant au transfert clé la chaleur  peut, par exemple, être du gallium liquide.  



  Le gallium liquide circule dans un serpen  tin     tt    enfermé     dans    une enveloppe B et le ser  pentin est. chauffé, par exemple par la com  bustion d'un combustible, au moyen d'un     brfi-          leur    C.

   De l'air pénètre dans l'enveloppe B en       Bl    et les gaz chauds, après avoir passé sur le    serpentin, s'échappent en     B2.    L'air pénétrant  dans l'enveloppe et les gaz chauds s'échap  pant de cette dernière passent à travers un  régénérateur D, qui peut être du type rotatif  et dans lequel les gaz chauds     passent    à travers  une matrice exécutée en une matière conduc  trice de la. chaleur à laquelle     ils    cèdent de la  chaleur qui est     ensuite    cédée par cette ma  trice à l'air pénétrant en     Bl    et qui la traverse  en sens opposé.  



  Le gallium liquide chauffé dans le serpen  tin     9.    est envoyé par une pompe     Ai    à un in  jecteur     A2    qui le pulvérise sous forme d'un  jet dirigé vers le bas à l'intérieur de la cham  bre d'un réchauffeur E qui     fonctionne    à la       fagon    d'un laveur. L'azote fourni par un com  presseur F, entraîné par une turbine à gaz G,  parvient à travers la conduite H dans la par  tie inférieure de la chambre du réchauffeur E  dans laquelle ce gaz circule vers le haut et.

    rencontre le jet. de gallium liquide dirigé vers  le bas provenant de l'injecteur     11.2.    A partir de  la partie supérieure du réchauffeur E, l'azote  chauffé pénètre par une conduite El dans un  séparateur     J    dans lequel tout le gallium pul  vérisé provenant du réchauffeur E et se trou  vant dans l'azote est éliminé.

   Le gallium  liquide ainsi éliminé revient en arrière par la  conduite<B>E2.</B> jusque dans la chambre du ré  chauffeur E et tombe au fond de cette der  nière où il est repris     avec.    le reste du gallium  liquide introduit dans le réchauffeur par l'in  jecteur     32.         L'azote provenant. du compresseur F et     qui     a été     chauffé    dans le     réchauffeur    E se trouve  sous une pression notable et il est. conduit  par une conduite     b:    à la. turbine G.  



  Après avoir traversé la turbine G, l'azote  est. conduit par une conduite     L1    dans la par  tie inférieure du récupérateur L dans lequel il  s'écoule vers le haut et rencontre un jet di  rigé vers le bas de gallium liquide pulvérisé  par un injecteur     :I'1    auquel le gallium liquide  qui s'est accumulé au fond de la chambre       dit    réchauffeur E est amené par une conduite       E-3,    par exemple par gravité. Ce gallium fondu  se trouve à une température inférieure à la  température de l'azote qui pénètre dans ce  second échangeur L et, de ce fait, l'azote cède  de la chaleur au jet de gallium.

   L'azote passe  ensuite du     récupérateur    L, par une conduite  <B>311,</B> dans un réfrigérant N dans lequel il est  refroidi au moyen d'eau qui y pénètre en 0  et s'échappe en 01. Dans le réfrigérant N, la  température de l'azote est ramenée à une va  leur aussi basse que possible, et cet. azote  s'écoule ensuite par un conduit     N1    vers le  compresseur F.  



  Le gallium liquide pulvérisé par le jet Il  est récolté au fond du récupérateur L et con  duit par une conduite L2 à l'extrémité supé  rieure du serpentin A dans lequel il est à  nouveau chauffé.  



       Dans        luie    variante de     l'installation    repré  sentée, on pourrait disposer un troisième  échangeur de chaleur, intercalé entre le coin  presseur F et. le réchauffeur E et dans lequel  l'azote comprimé serait réchauffé en circulant  à contre-courant avec le liquide venant chi  récupérateur L, ce liquide étant ensuite en  voyé au serpentin de chauffage A.  



  L'installation décrite présente les avan  tages suivants: Le coefficient de     transfert    de  chaleur de la. surface de chauffage du serpen  tin de chauffage     .l,    en direction du gallium  liquide, est tellement supérieur au coefficient  de transfert de chaleur     gaz-tube    des échan  geurs de chaleur des     installations    connues tra  vaillant avec un fluide de transfert. de cha  leur gazeux, que la température de la paroi  du serpentin peut être     pratiquement.    la. même    que celle du gallium liquide. En conséquence,  des surchauffes locales accidentelles de la. pa  roi du serpentin sont. moins à craindre.

   Ceci  permet de réduire la. surface de     transfert    de  chaleur du serpentin     -l    et     d'employer    de façon  plus complète la. chaleur de radiation produite  par la combustion des produits     provenant    du  brûleur C. Du fait que le     gallium    liquide est  chauffé dans le serpentin A à basse pression  en comparaison avec la. pression, qui peut  atteindre jusqu'à ?0 atmosphères, dans les  installations connues     employant    un fluide clé  transfert de chaleur gazeux, le métal consti  tuant le serpentin     -l    n'est     soumis    qu'à de  faibles contraintes.  



  Les appareils échangeurs de chaleur en  forme de tour E et     I.    offrent clé grandes sur  faces d'échange de chaleur dans un espace  réduit entre le     ;album    liquide et l'azote. Le  fonctionnement de ces appareils est facilité  par le fait que le gallium liquide a. une den  sité élevée, ce qui augmente le débit admis  sible pour les dimensions données de l'appa  reil.

   A part le serpentin  < l, le seul échangeur  de chaleur à surface     tubulaire    ou plane que       présente    l'installation décrite est le     refrigé-          rant    refroidi à l'eau     N.    Le compresseur F  pourrait, le cas échéant,     être    pourvu d'échan  geurs intermédiaires de refroidissement du  même type que le réfrigérant     fi    et travaillant  à des températures relativement. basses.  



  Dans une autre variante de l'installation  décrite, comprenant une turbine à plusieurs  étages, on pourrait utiliser une partie du     gal-          liunt    liquide chauffé dans le     serpentin    À pour  réchauffer l'azote entre     deux    étages de la tur  bine     dans    lin     réchauffeur    intermédiaire ana  logue au réchauffeur     T.     



  L'utilisation de gallium liquide dans l'ins  tallation décrite présente de nombreux avan  tages. En effet, le     gallium:          1     n'attaque pas le métal     constituant    le  serpentin A jusqu'à des températures (le  l'ordre de 750  C;  ?  ne se décompose pas jusqu'à des tempé  ratures de l'ordre de<B>7500</B> C ;  3  ne réagit pas     chimiquement    avec l'azote  utilisé comme gaz de travail;           4     a un point de fusion de l'ordre de 30  C,  ce qui facilite le démarrage de l'installation  et permet de la      dégeler     facilement, par  exemple à l'aide de vapeur, après qu'elle est  restée hors service;  5  n'est. ni inflammable ni toxique;

    6  présente un point d'ébullition élevé (en  viron l800 ), ce qui réduit la quantité de  vapeur qui circule;  7  présente une haute conductibilité ther  mique;  8  présente une densité élevée (environ 6),  ce qui facilite le fonctionnement des appareils  échangeurs de chaleur E et L et la pulvéri  sation.  



  On pourrait aussi utiliser, dans l'installa  tion décrite, d'autres substances pour le trans  fert de chaleur. Ces substances, par exemple  certains sels, devront répondre     dans    la. mesure  du possible aux conditions énoncées ci-dessus.  



  On pourrait aussi employer dans l'installa  tion décrite des alliages de métaux, par exem  ple des alliages à. point de fusion bas et à  point d'ébullition élevé similaires au métal de        'ood     dont le point clé fusion est. de 65  5 C,  ou     (les    métaux alcalins, notamment. le sodium  et le potassium, car ces derniers présentent  l'avantage d'être peu coûteux et de ne pas  attaquer les métaux ferreux.

   Certains alliages  de ces métaux alcalins présentent un point  (le     fusion    et un point. d'ébullition convenables  et pourraient être utilisés bien qu'ils ne rem  plissent pas entièrement. toutes les conditions  énumérées     ci-desssus.    Un tel alliage comprend,  par exemple, 50 à     6011/o    de sodium et 50 à       10%        de        potassium        et        présente        un        point        de     fusion d'environ     20     C.  



  Si dans l'installation décrite on emploie  une substance qui se dilate en se solidifiant,  les inconvénients provenant de cette dilatation  peuvent être éliminés, par exemple par les  deux méthodes suivantes  cc.) L'insertion dans les conduites d'un tube  intérieur aplati en métal mince qui peut ab  sorber la dilatation sans que les tubes princi  paux soient soumis à des contraintes inadmis  sibles ou que le tube aplati soit déformé de       faeon    permanente. Dans les cas     oiz    un tube    intérieur de ce genre est employé; ce dernier  peut aussi servir pour faire circuler de la  vapeur, pour  dégeler  l'installation lorsque  cette dernière a été hors service.  



       b)    L'emploi de moyens par lesquels la  substance constituant le liquide de transfert  de chaleur peut. être dirigé dans un carter       muni    de serpentins de chauffage     parcourus     par de la. vapeur, pour permettre de fondre  à nouveau cette     substance,    au moment. de la  mise en marche de l'installation.  



  L'emploi de l'air comme gaz de travail  n'est pas recommandable du fait qu'il est apte  à provoquer l'oxydation du liquide de trans  fert de chaleur et des parois des appareils  échangeurs et des conduites. L'argon rempli  rait les conditions requises, mais son coût élevé  est prohibitif car des pertes sont inévitables.  L'azote est économique et satisfaisant.

Claims (1)

1. REVENDICATION Installation de turbine à gaz à circuit fermé comprenant un compresseur entraîné par une turbine, un réchauffeur dans lequel le gaz de travail est. réchauffé avant. son en trée dans la turbine par du liquide chaud, un dispositif de chauffage servant à chauffer ce liquide avant son passage clans le réchauf feur, et un récupérateur traversé par le gaz après sa sortie de la turbine, installation ca ractérisée en ce que le liquide et le gaz circu lent. en sens inverse l'un de l'autre dans le réchauffeur, le liquide, après avoir traversé le réchauffeur, étant envoyé dans le récupé rateur, dans lequel le gaz s'échappant de la turbine lui cède de la chaleur, et revenant ensuite au dispositif de chauffage. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Installation selon la revendication, ea- ra.ctérisée en ce que le liquide et le gaz eireu. lent en sens inverse l'un de l'autre dans le récupérateur. 2. Installation selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que le liquide circule dans le réchauffeur et dans le récupérateur en contact direct avec le gaz. 3. Installation selon la revendication et les sous-revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le liquide est un liquide métallique.

   4. Installation selon la revendication et les sous-revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une pompe disposée entre le dispositif de chauffage et le réchauffeur pour injecter le liquide dans ce dernier.