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Installation thermique dans laquelle un fluide de travail gazeux, avantageusement de l'air, décrit constamment un cycle fermé.
La présente invention se rapporte à une installation thermique dans laquelle un fluide de travail gazeux, avantageusement de l'air, décrit constamment un cycle fermé, la partie du courant de fluide de travail rechauffée par apport de chaleur de l'exté- rieure étant amenée à se détendre, en cédant de la puissance à l'extérieure, pour être ensuite recomprimée. Dans les installations
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de ce genre, il est souvent désirable de disposer d'un milieu auxi- liaire chauffé, tel que de la vapeur d'eau, afin qu'on puisse par ce moyen chauffer, effectuer des opérations chimiques, etc. Un tel milieu chauffé, en premier lieu la vapeur d'eau, permet aussi d'actionner des turbines si on le désire.
On peut alors augmenter la puissance d'accumulation de l'installation du fait que si de la vapeur se trouve accumulée dans une chaudière, on dispose passagère- ment et rapidement de quantités d'énergie relativement importantes.
Suivant l'invention, afin de tenir compte de ces nécessités, dans une installation de l'espèce envisagée ci-dessus, une partie de la chaleur contenue dans la portion détendue du courant de fluide de travail est cèdée, avant la recompression de celui-ci, à un milieu auxiliaire, la chaleur contenue dans ce dernier étant utilisée postérieurement. On peut utilement faire passer tout ou partie du courant de fluide de travail détendu à travers les tubes chauffants d'une chaudière à vapeur intercalée dans le cycle fermé du fluide de travail de l'installation.
Quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention sont à titre d'exemple représententées de façon simplifiée au dessin ci-joint où:
La fig. 1 représente une installation thermique dans laquelle la totalité du courant de fluide de travail détendu tra- verse les tubes chauffants, intercalés dans le circuit du fluide de travail, d'une chaudière à vapeur qui fournit la vapeur néces- saireau fonctionnement d'une turbine.
La fig. 2 montre une installation dans laquelle une portion du courant de fluide de travail détendu traverse les tubes chauffants, intercalés dans le circuit du fluide de travail, d'une chaudière à vapeur tandis que le restant traverse un échangeur de chaleur également intercalé dans ledit circuit et où cette
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seconde portion du courant de fluide de travail cède de la chaleur à la portion du courant de fluide de travail qui se trouve déjà re- comprimée mais qu'on n'a pas encore rechauffée par apport de chaleur de l'extérieur;
enfin,
La fig. 3 montre une installation dans laquelle la totalité du courant de fluide de travail détendu traverse d'abord les tubes chauffants, intercalés dans le circuit du fluide de travail de l'installation, d'une chaudière à vapeur et ensuite un échangeur de chaleur également intercalé dans ce circuit et où il cède de la chaleur à la portion du courant de fluide de travail qui se trouve déjà recomprimée mais qui n'a pas encore été rechauffée par apport de chaleur de l'extérieur.
Sur les diverses figures, 1 désigne un chauffeur dans le- quel doit être chauffé un fluide de travail, avantageusement de l'air, assurant le fonctionnement d'une installation thermique et qui décrit sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère un cycle fermé. Le chauffage du fluide de travail s'effectue dans un échangeur de chaleur tubulaire 2. Le fluide de travail ainsi échauffé se rend par une conduite 3 dans une turbine 4 où il se détend tout en fournissant de la puissance à une machine 5 qui peut être consti- tuée par exemple par une génératrice. La turbine 4 actionne en même temps un turbo-compresseur 6.
Dans le cas de la forme d'exécution représentée à la fig. 1 la totalité du fluide de travail qui sort, détendu, de la turbine 4 se rend par une conduite 7 dans les tubes chauffants 8, intercalés dans le circuit du fluide de travail, d'une chaudière à vapeur 9 où ledit fluide cède de la chaleur à l'eau y contenue. Des tubes chauffants 8 le fluide de travail se rend ensuite par une conduite 10,un refroidiss eur 11, monté en amont du compresseur 6, et une conduite 12, dans le compresseur 6 où il est recomprimé. Le raccord de sortie du compresseur 6 communique par une conduite 13 avec le chauffeur tubulaire 2.14 désigne une pompe d'alimentation
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qui, d'un- réservoir 15, envoie par une conduite 16 de l'eau d'alimen- tation dans le prérefroidisseur 11.
L'eau qui s'y écnauffe se rend par une conduite 17 dans le refroidisseur intermédiaire 18 du com- presseur 6 où elle subit un supplément de chauffage, à la suite de quoi elle afflue par une conduite 19 à la chaudière à vapeur 9. La chaleur soutirée au fluide de travail dans le prérefroidisseur 11 et dans le refroidisseur intermédiaire 18 est ainsi utilisée pour préchauffer l'eau destinée à alimenter la chaudière à vapeur 9. La vapeur engendrée dans celle-ci sert à actionner une turbine 40 qui à son tour entraîne une génératrice 41. A la turbine à vapeur 40 est affecté un condenseur 42 ; le condensat qui se forme dans ce dernier est @ nouveau refoulé dans le réservoir d'eau d'alimentation 15 par une pompe 43.
Dans le cas de la forme d'exécution représentée à la fig. 2 le fluide de travail qui s'est détendu dans la turbine 4 s'écoule dans une conduite 20 d'où il se rend en partie, par une con- duite 21, dans les tubes chauffants 22, intercalés dans le circuit du fluide de travail, d'une chaudière à vapeur 23 tandis que l'autre partie est amenée par une conduite 24 dans un échangeur de chaleur 25 également intercalé dans ce circuit. Dans cet échangeur de chaleur la partie considérée du fluide de travail cède, avant d'être recom- primée dans le compresseur 6, de la chaleur à la partie du courant de fluide de travail déjà comprimée mais non encore chauffée par apport de chaleur de l'extérieur dans le chauffeur 1.
La partie du courant de fluide de travail qui s'écoule à travers les tubes chauf- fants 22 de la chaudière 23, après qu'elle a cèdé de la chaleur à ces tubes, se rend par une conduite 26 dans une conduite 27, dans la- quelle passe également la portion du courant de fluide de travail qui a fourni de la chaleur dans l'échangeur de chaleur 25. La conduite 27 se raccorde à un prérefroidisseur 28 pour le fluide de travail qui doit être recomprimé dans le compresseur 6, et ce prérefroidisseur 28 est à son tour relié par une conduite 29 au compresseur 6.
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301 désigne une pompe qui refoule leau alimentant la chaudière à vapeur 23, par une conduite 302, dans le prérefroidisseur 28 d'où cette eau préchauffée se rend par une conduite 31 dans la chaudière à vapeur 23. Il y a lieu d'indiquer, pour complèter, que 32 désigne une conduite par laquelle le fluide de travail recomprimé dans le compresseur 6 se rend dans l'échangeur de chaleur 25, et que 33 dé- signe une conduite par laquelle le fluide de travail préchauffé dans l'échangeur de chaleur 25 se rend à l'échangeur de chaleur tubu- laire 2.
La forme d'exécution représentée à la fig. 3 se diffé- rencie de celles qui viennent d'être décrites en ce qu'après s'être détendu dans la turbine 4 le courant de fluide de travaitraverse en totalité les tubes chauffants d'une chaudière à vapeur 34, puis un échangeur de chaleur 35, où il cèdde la chaleur à la portion du courant de fluide de travail déjà recomprimée, qui afflue à cet échangeur de chaleur 35 par une conduite 36, mais qui n'a pas encore été réchauffée par apport de chaleur de l'extérieur dans l'échangeur de chaleur tubulaire 2, pour se rendre ensuite par une conduite 37 et un prérefroidisseur 38, dans le compresseur 6.
La totalité du courant de fluide de travail peut égale- ment, après qu'il s'est détendu dans une turbine, traverser d'abord un échangeur de chaleur intercalé dans le circuit du fluide de tra- vail et où il cède de la chaleur à la portion du fluide de travail déjà recomprimée mais non encore réchauffée par apport de chaleur de l'extérieure, pour ne traverser qu'ensuite les tubes chauffants d'une chaudière à vapeur et se rendre de là, éventuellement après avoir traversé un prérefroidisseur, dans le compresseur.
Les angencements décrits comportant une chaudière à vapeur offrent cet avantage que le fluide cédant de la chaleur à l'eau se trouve sous une pression d'au moins plusieurs atmosphères, ce qui assure un bon échange de chaleur, de sorte que des dimensions relativement restreintes peuvent être choisies pour les surfaces
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d'échange thermique d'une telle chaudière.
Comme milieux auxiliaires auxquelles le courant de fluide de travail détendu cède de la chaleur on peut envisager non seule- ment des gaz mais aussi des substances solides, et la chaleur ab- sorbée par ces milieux peut être utilisée non seulement pour pro- duire de la force mais à n'importe quels autres usages.
Revend! ca tiens: ------------------------------
1. Installation thermique dans laquelle un fluide de travail gazeux, avantageusement de l'air, décrit constamment un cycle fermé, la partie du courant de fluide de travail rechauffée par apport de chaleur de l'extérieure étant amenée à se détendre, en cédant de la puissance à l'extérieure, pour être ensuite recomprimée, caracté- risée en ce qu'une partie de la chaleur contenue dans la portion détendue du courant de fluide de travail est cèdée, avant la recom- pression de celui-ci, à. un milieu auxiliaire, la chaleur contenue dans ce dernier étant utilisée postérieurement.
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Thermal installation in which a gaseous working fluid, preferably air, constantly describes a closed cycle.
The present invention relates to a thermal installation in which a gaseous working fluid, preferably air, constantly describes a closed cycle, the part of the working fluid stream reheated by the supply of heat from the outside being supplied. to relax, releasing power to the outside, to be then recompressed. In the facilities
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of this kind, it is often desirable to have a heated auxiliary medium, such as steam, so that heating, chemical operations, etc. can thereby be carried out. Such a heated medium, primarily water vapor, also makes it possible to operate turbines if desired.
The storage capacity of the installation can then be increased because if steam is accumulated in a boiler, relatively large amounts of energy are temporarily and rapidly available.
According to the invention, in order to take these requirements into account, in an installation of the species envisaged above, part of the heat contained in the expanded portion of the working fluid stream is ceded, before the recompression thereof. ci, to an auxiliary medium, the heat contained in the latter being used subsequently. It is useful to pass all or part of the stream of expanded working fluid through the heating tubes of a steam boiler interposed in the closed cycle of the working fluid of the installation.
Some embodiments of the object of the invention are by way of example represented in a simplified manner in the accompanying drawing where:
Fig. 1 shows a thermal installation in which all of the flow of expanded working fluid passes through the heating tubes, interposed in the working fluid circuit, of a steam boiler which supplies the steam necessary for the operation of a turbine .
Fig. 2 shows an installation in which a portion of the flow of expanded working fluid passes through the heating tubes, interposed in the working fluid circuit, of a steam boiler while the remainder passes through a heat exchanger also interposed in said circuit and where this
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second portion of the working fluid stream gives up heat to the portion of the working fluid stream which is already compressed but which has not yet been reheated by supplying heat from the outside;
finally,
Fig. 3 shows an installation in which all of the stream of expanded working fluid first passes through the heating tubes, interposed in the working fluid circuit of the installation, of a steam boiler and then a heat exchanger also interposed in this circuit and where it gives off heat to the portion of the working fluid stream which is already recompressed but which has not yet been reheated by supply of heat from the outside.
In the various figures, 1 designates a heater in which a working fluid, advantageously air, must be heated, ensuring the operation of a thermal installation and which describes a cycle under a pressure greater than that of the atmosphere. closed. The heating of the working fluid takes place in a tubular heat exchanger 2. The thus heated working fluid passes through a pipe 3 into a turbine 4 where it expands while providing power to a machine 5 which can be constituted for example by a generator. Turbine 4 simultaneously actuates a turbo-compressor 6.
In the case of the embodiment shown in FIG. 1 all the working fluid which comes out, relaxed, from the turbine 4 goes through a pipe 7 into the heating tubes 8, interposed in the working fluid circuit, from a steam boiler 9 where said fluid gives way to heat to the water contained therein. From the heating tubes 8 the working fluid then goes through a line 10, a cooler 11, mounted upstream of the compressor 6, and a line 12, into the compressor 6 where it is recompressed. The compressor outlet connector 6 communicates via a pipe 13 with the tubular heater 2.14 designates a feed pump
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which, from a reservoir 15, sends feed water through a pipe 16 to the precooler 11.
The water flowing there passes through a line 17 to the intercooler 18 of the compressor 6, where it undergoes additional heating, after which it flows through a line 19 to the steam boiler 9. The heat withdrawn from the working fluid in the precooler 11 and in the intercooler 18 is thus used to preheat the water intended to feed the steam boiler 9. The steam generated in the latter serves to actuate a turbine 40 which in its turn. tower drives a generator 41. The steam turbine 40 is assigned a condenser 42; the condensate which forms in the latter is again pumped into the feed water tank 15 by a pump 43.
In the case of the embodiment shown in FIG. 2 the working fluid which has relaxed in the turbine 4 flows into a pipe 20 from which it goes in part, through a pipe 21, into the heating tubes 22, interposed in the circuit of the cooling fluid. work, of a steam boiler 23 while the other part is brought by a pipe 24 into a heat exchanger 25 also interposed in this circuit. In this heat exchanger, the part of the working fluid in question, before being recompressed in the compressor 6, transfers heat to the part of the working fluid stream already compressed but not yet heated by supplying heat from the heat exchanger. 'outside in the driver 1.
The part of the working fluid stream which flows through the heating tubes 22 of the boiler 23, after it has yielded heat to these tubes, passes through a line 26 into a line 27, into which also passes the portion of the working fluid stream which has supplied heat in the heat exchanger 25. The line 27 is connected to a precooler 28 for the working fluid which is to be recompressed in the compressor 6, and this precooler 28 is in turn connected by a pipe 29 to the compressor 6.
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301 designates a pump which delivers the water supplying the steam boiler 23, through a pipe 302, into the precooler 28 from which this preheated water goes through a pipe 31 into the steam boiler 23. It is necessary to indicate, to complete, that 32 designates a line through which the working fluid recompressed in the compressor 6 goes into the heat exchanger 25, and that 33 designates a line through which the working fluid preheated in the heat exchanger 25 goes to tube heat exchanger 2.
The embodiment shown in FIG. 3 differs from those which have just been described in that, after having relaxed in the turbine 4, the flow of fluid passes entirely through the heating tubes of a steam boiler 34, then a heat exchanger 35, where it yields heat to the already recompressed portion of the working fluid stream, which flows to this heat exchanger 35 through line 36, but which has not yet been reheated by supplying heat from outside into the tubular heat exchanger 2, to then go via a pipe 37 and a precooler 38, into the compressor 6.
The entire flow of working fluid can also, after it has relaxed in a turbine, first pass through a heat exchanger interposed in the working fluid circuit and where it gives off heat. to the portion of the working fluid already recompressed but not yet reheated by supplying heat from the outside, only to then pass through the heating tubes of a steam boiler and get from there, possibly after passing through a precooler, in the compressor.
The described arrangements comprising a steam boiler offer this advantage that the fluid which transfers heat to the water is under a pressure of at least several atmospheres, which ensures good heat exchange, so that relatively small dimensions can be chosen for surfaces
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heat exchange of such a boiler.
As auxiliary media to which the stream of expanded working fluid gives off heat, not only gases but also solids can be considered, and the heat absorbed by these media can be used not only to produce gas. force but for any other use.
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1. Thermal installation in which a gaseous working fluid, preferably air, constantly describes a closed cycle, the part of the working fluid stream reheated by the supply of heat from the outside being made to relax, giving way. the power to the outside, to be subsequently recompressed, characterized in that a part of the heat contained in the expanded portion of the working fluid stream is ceded, before the latter is recompressed, to. an auxiliary medium, the heat contained in the latter being used subsequently.