Procédé employant un<B>cycle</B> thermique et installation pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention a pour objet un procédé employant un cycle thermique.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on emploie comme véhicule d'énergie un fluide qui se distingue 10 par une courbe entropi- que surplombante, 2 par un point d'Aulli- tion entre + 50 C et - 40 C, 30 par un poids Moléculaire au moins égal à 44, 40 par sa stabilité chimique et 50 par sa neutralité chimique.
On pourrait employer, par exemple, comme véhicule il'énerg gie, du propane, du butane, du pemane OU encore d'autres hydro- carbures ou bien des fluorocarbures tels que le fluoroétane C2F6 et le fluorapropane, C3F8 par exemple. On pourrait aussi employer un mélange d'hydrocarbures et de fluorocarbures par exemple. Si dans la procédé selon l'in vention en emploie un des corps mentionnés, on obtient l'avantage de pouvoir pour une même puissance réduire, les dimensions et par suite le coût d'une installation servant à, mettre en #uvre ce procédé.
L'invention a également pour objet une installation pour la mise en ceuvre de ce pro <B>cédé</B> et comportant un appareil évaporateur du véhicule d'énergie, un moteur<B>à</B> vapeur, un appareil de récupérWtion de surchauffe, un conidenseuret un engin de compression.
On pourrait, par exemple, mettre en #uvre le procédé en employant comme véhi cule d'énergie le butane.
Le 'butane, dont la formule chimique est C4H10, est un hydrocarbure dont le point d'ébullition<B>à</B> pression atmosphérique est voisin de 0 C; sa tenpérature critique est de làl' <B>C</B> environ pour une pression critique de <B>37,5</B> atm abs. Ces chiffres ne sont vala bles que pour le butane normal pur. Le bu tane commercial, composé de normal-butane et d'isobutane, bout sous<B>760</B> mm -de mercure <B>à</B> environ<B>- à ' C</B> et atteint la pression criti que<B>de</B> 40 atm abs. <B>à</B> la température de 140'<B>C</B> environ.
Voici comment on pourrait parexemple.. mettre en #uvre un-, forme d'exécution du procédé dans laquelle on emploie le butane comme véhicule d'énergie dans l'installation représentée à, la fig. 1 qui représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'une ins tallation pour la mise en #uvre du procédé selon l'invention. Cette installation est une installation<B>à</B> deux véhicules d'énergie, l'eau et le butane.
De la vapeur d'eau est produite à la pression p, dans la chaudière à vapeur 1 puis surchauffée<B>à</B> la température<B>f,</B> dans le surchauffeur 2. Cette vapeur d'eau sur chauffée est détendue dans la partie haute pression de la turbine à vapeur d'eau à sou tirage 3a jusqu'à la pression p2 et produit du travail mécanique. Une partie de cette vapeur d'eau de pression p2 est dirigée à tra vers la conduite 4 vers l'usine pour des Ue- soins industriels et de chauffage. L'autre partie arrive, par la conduite<B>5</B> au wndenfflur 6, ce condenseur constituant l'appareil éva porateur du circuit à butane.
La chaleur latente de vaporisation de la vapeur d'eau arrivant par le tuyau<B>5</B> au condenseur<B>6</B> est utilisée pour la vaporisation et éventuellement la surchauffe de butane qui sert de réfrigérant dans ce condenseur. La vapeur d'eau condensée est retournée à la chaudière 1 au moyen de la pompe d'alimen tation 7 à travers la conduite 8.
lia vapeur de butane en sortant du con- denseur <B>6</B> aura une température très peu inférieure<B>à</B><I>t,</I> si les surfaees de chauffe ont été dimensionnées et disposées judicieuse ment. La vapeur de butane est dirigée à tra vers le tuyau<B>9</B> vers la turbine<B>3b</B> montée sur le même arbre que la turbineà vapeur d'eau 3a. La vapeur de butane est détendue dans la turbine jusqu'à la pression régnant dans le condenseur 10.
Dans le condenseur-évapora- teur 6 le butane a été amené à une tempéra ture et une pression supérieures aux valeurs critiques et cela insuffisamment pour que, grâce<B>à</B> la forme surplombante de sa courbe entropique (indiquée en ABC à la fig. 2), la détente de la vapeur de butane dans la turbine 3b aboutisse dans la zone de 6ur- chauffe. Cette surchauffe de la vapeur dé- tendue peut être très considérable en cas d'une surchauffe initiale importante.
Cette chaleur de surchauffe se récupère comme suit: Le butane condensé est dirigé depuis le coidenseur 10 vers le condenseur-échan- geur 6 à Faide de la pompe d'alimentation 12 à travers l'appareil récupérateur de sur chauffe<B>Il</B> tavaillant <B>à</B> contre-courant et que la vapeur de butane venant de la turbine<B>3b</B> traverse avant de pénétrer dans le conden- seur <B>10.</B> Le butane liquide absorbe ainsi utilement les calories de surchauffe de la -vapeur détendue.
L'échangeur<B>13,</B> intercalé sur le circuit butane entre l'appareil<B>11</B> et le condenseur- échangeur <B>6,</B> est un réchauffeur intermé diaire. L'eau chaude produite dans l'éconc#- miseur 14 circule<B>à</B> travers la conduite<B>16 à</B> l'aide de la pompe<B>15</B> entre le réchauffeur de butane<B>13</B> et l'économiseur 14.
Dans le cas particulier, où l'eau d'ali mentation<B>de</B> la chaudière<B>1</B> est<B>à</B> une tem pérature élevée, le réchauffeur <B>13</B> permet de tirer un parti avantageux de l'économiseur 14 et d'obtenir un rendement favorable pour l'ensemble du générateur<B>1.</B> Au lieu d'em ployer<B>le</B> condenseur,4-,hangeur <B>6</B> pour pro duire la vapeur de butane, on pourrait aussi produire cette vapeur dans un appareil éva porateur chauffé directement au moyen d'un combustible. L'installation fonctionnerait alors au butane seul. La turbine<B>3b</B> pourrait aussi être remplacée par une machine<B>à</B> piston.
lies dewités des vapeurs de butane sont un multiple de oelles des vapeurs d'eau aux mêmes teffnpératures de sorte que, malgré la chaleur totale plus petite, les sections de passage deviennent plus petites pour la ma, chine<B>à</B> vapeur de butane que pour la ma chine<B>à</B> vapeur d'eau d'où il résulte qu'on peut réduire le poids et partant le prix d'une machine<B>à</B> vapeur de butane, par rapport<B>à</B> la machine<B>à</B> vapeur d'eau.
On pourrait aussi mettre en #uvre la forme d'exécution du procédé employant le butane pour tirer parti de souroes de chaleur de températures relativement buses. Dans cette forme d'exécution, la vaporisation du butane peut, par exemple, avoir lieu sous pression dans un évaporateur spécial, la clé- tente de la vapeur se faire dans un moteur à, vapeur (turbine ou machine à piston), la liquéfaction de la vapeur détendue<B>à</B> la sortie du moteur se faire daus un condenseur et le butane, liquide être ensuite réintégré dans l'évaporateur au moyen d'une pompe pour recommencer le cycle.
La dtente adiabatique de vapeur de bu- tanaà la, pression critique (ou plus) et ayant un léger degré de surchauffe (il suffit de 1 à 2' C) aboutit déjà dans la zone de surchauffé, ce qui constitue l'avantage de la forme d'exécution du procédé employant le butane. Dans ce, cas, la, chalieur de surchauffe est récupérable avec un déchet insignifiant.
Dans la formed'exécution du procédé dé crite ci-dessus et mise en #uvre dans l'ins- tallatioin représentée schématiquement à titre d'exemple à, la, fig. 1, si la vapeur d'eau a une pression p1 = 40 atm à l'admission à l'étage haute pression de la, turbine 3a et si cette vapeur est détendue à p2 = 5 atm pour température t2 = environ 151 C, la vapeur de butane pourra être produite dans le con- denseur-éthangeur 6 à la, pression de 40 atm, suit la, pression critique, et à une température légèrement supérieure à la température cri tique qui est de 140 C.
La détente de la va peur de butane dans l'étage basse pression 3b de la turbine pourra être conduite jus qu'à la pression correspondant à une fempé- rature de 20' C dans le condenseur 10, si l'eau de réfrigération est<B>à</B> une température voisine de 15 C.
Pour une température de 20 C à l'inté rieur du condenseur 10, la pression de la vapeur de butauede, 2,9 atm abs. reste encore largement au-dessus de la, pression atmosphé rique; l'intérieur du condenseur reste sous pression, la pompe à vide, nécessaire dans le cas de la vapeur d'eau condensée<B>à</B> la même température, est supprimée.
Si dans le procédé qui vient, d'être décrit on a recours<B>à</B> des surchauffes importantes, il sera, possible d'atteindre des rendements thermiqués effectifs très élevés, ces rende ments pouvant, par exemple, dépasser les 40% à des températures n'atteignant pas 500 Il C.
La forme d'exécution du procédé em ployant le butane est particulièrement indi- quiée pour produire ide l'énergie au moyen, de deux sources de chaleur, dont les tempéra tures sont relativement voisines. En effet, l'emploi dans de tels eu de la, vapeur d'eau mènerait à des dimensions énormes pour les installations, ce qui n'est pas le eu pour le butane, les dimensions de l'installation né cessitée pouvant facilement être maintenues dans ides limites convenables.
Les sources de chaleur qu'on pourrait ainsi utiliser pax exemple sant les eaux chan- des, gaz chauds et buées de vapeur actuelle ment perdues dans les forges, salines et nom breuses autres industries.
On pourrait aussi, par exemple, mettre en #uvre unie forme d'exécution du procédé employant du butane comme véhicule cl'6ner- giede façon que le<B>cycle</B> thermique soit pax- couru en sens -inverse de celui décrit prée,6- demment. Ce cycle pourrait être celui d'une pompe de chaleur par exemple.
La fig. <B>8</B> représente,<B>à,</B> titre -d'exemple, une forme d'exécution d'une pompe de cha leur<B>à</B> vapeur de butane et illustre, 6gale,- ment <B>à</B> titre -d'exemple, une forme, d'exku- tiondu procàd.6,ainployant le butane comme véhicule Dans la pompe de chaleur représentée<B>à</B> la fig. <B>3,</B> la vapeur de butane, -est comprimée adiabatiquement dans le compresseur rotatif <B>à,</B> ailetteo mobiles<B>1'.</B> Cette,
vapeur comprimée passe dans un condenseur 2' où -elle est com primée isothermiquement, c'est-à-dire que le butane se liquéfie en cédant -de la chaleur<B>à</B> un circuit de chauffage. Le butane liquide parvient du candenseur <B>à</B> l'évaporateur<B>3'</B> en passant par<B>le</B> -dispositif étrangleur 4' dans lequel le butane liquide se détend jusqu'à la pression de l'évaporateur. L'évaporateur est alimenté en eau froide qui cède sa chfaIeur au 'butane qui se vaporise, cette détente du tbutane ayant lieu isothermiquement dans l'évaporateur.
Le cycle parcouru par le butane dans la pompe de chaleur représentée à la fig. 3 est représentée par le diagramme de la fig. 4.
Dans ce diagramme est représenté: 10 l'évaporation, le long de la ligne o-a à partir du point e; la quantité de chaleur absorbée est représentée par la surface e' e a a' e'; 20 la compression, la dépense d'énergie est représentée par la surface a b e 0 e a; 30 la liquéfaction, le long de la ligne b-c la chadeur cédée au circuitdu chauffage étant représentée par la surface a'a b e d d'a'; 40 la détente par étranglement, figurée par la ligne c-e. La chaleur totale du véhi cule d'énergie en c et en e est restée sans changement. Si la détente avait été adiaba tique, on aurait abouti en d et on aurait pu récupérer une quantité d'énergie mécanique représentée par le triangle 0 c d.
L'équiva lent en chaleur de cette quantité d'énergie mécanique est restée incorporée<B>à</B> la vapeur, ce qui a pour effet qu'elle est plus sèche en e qu'en d.
Voici, par exemple, dans quelles condi tions la pompe de chaleur de la fig. 4 pour rait fonctionner: La source de, chaleur inférieure est comti- tuée, par de l'eau de conduite d'une tempé rature de + 10' C. La température de l'eau du circuit de chauffage doit être élevée de 45 à 5,5 C. La température du butane détendu sera de 0' C, celle du butane com primé de 60 C, de sorte que l'échange de chaleur aux deux sources sera assuré par des différences de température relativement larges. lie cycle du butane se, fera alors comme suit: 1. Vaporisation. - A la sortie du dispo sitif d'étranglement, la température<B>de</B> la vapeur de butane sera de 0 C. Son titre d'humidité sera tel que sa chaleur totale sera de 36,9 calories.
La chaleur pui8ée dans l'eau de conduite de 10 ' C vaporisera le butane très humide jusqu'à saturation, c'est-à-dire jus qu'aux taux de chaleur totale de 89,7 calo- ries. La différence, soit 52,8 calories, aura été retirée de la source inférieure de chaleur.
2. Compression adiabatique. - L'énergie nécessaire à cette compression ressort du dia gramme de Nollier (diagramme i-s) à 16 calories pour une compremion adiabatique de vapeur saturée à 0 C au départ et poussée jusqu'à 60 C. En fin de compression, la va peur présentera une chaleur totale de 105,7 ca lories et un titre d'environ 8 % d'humidité.
3. Condensation isolhermique. - On ad met qu'elle est conduite jusqu'à 100 % d'hu midité mais sans aucun abaissement de tem pérature. La chaleur totale du liquide sera en fin de condensation de 36,9 calories. La différence, 105,7 - 36,9 = 68,8 calories, aura été transmise<B>à</B> la source supérieure de chaleur. Ces<B>68,8</B> calories provienneM <B>à</B> -rai son<B>de 52.8</B> calories des calories puisées<B>à</B> la source inférieu-re et<B>à</B> raison de<B>16</B> calories du travail mécanique fourni par le coin- presseur.
<I>4. Détente.<B>-</B></I> Elle se fait par étrangle ment, la chaleur contenue restant par con séquent constante. Dans cet exemple, le fac teur de traas#formation refflort <B>à:</B>
EMI0004.0011
c'est-à-dire que pour chaque Kwh d'énergie dépensée (abstraction faite des pertes méca niques)<B>3720</B> calories sont amenéffl de<B>10'<I>C</I></B> <B>à 55 0</B> C.
Le réglage de la pompe de chaleur re présentée<B>à</B> la fig. <B>3</B> pourrait se faire au moyen d'un thermostat maintenant automati quement constante la température du butane comprimé.
La fig. <B>5</B> représente,<B>à</B> titre d'exemple, une variante de la pompe de chaleur de la fig. <B>3</B> et illustre, également<B>à</B> titre d'exemple, une autre forme d'exécution du procédé selon l'invention, dans laquelle le véhicule d'énergie est du butane. Dans la variante de la fieg. <B>5,</B> le butane sortant du condensateur est détendu adiabatiquement dans une tuyère<B>5',</B> l'énergie cinétique du jet servant<B>à</B> entraîner une roue de turbine Pelton <B>6'</B> fixée sur l'arbre du compresseur à ailettes mobiles l' entraîné, d'autre part, par un moteur électrique.
Dans le cycle parcouru par le butane dans cette variante, la détente a lieu de c à d (fig. 4) et l'on récupère une quantité de travail mé canique dont l'équivalent est représenté par le triangle 0 c d.
La fig. 6 représente, à titre d'exemple, une variante de la pompe de chaleur de la fig. à et illustre, également à titre d'exemple, une variante du procédé mis en ceuvre dans cette pompe de chaleur. Dans cette pompe de chaleur, on a prévu un thermostat 7' Va agissant par un mécanisme de<U>commande</U> sur l'ouverture de la tuyère 5' afin d'obtenir un réglage automatique de la quantité de cha leur cédée au circuit de chauffage. La quan tité de chaleur enlevée<B>à</B> l'eau d'alimentation de l'évaporateur 3' est réglée au moyen d'un dispositif thermostatique 8'a agissant sur l'admission de cette eau en 8' de façon à maintenir constante sa température de sortie. Ceci est intéressant, particulièrement pour le cas où l'eau d'alimentation est prélevée sur une conduite urbaine.
Dans la variante de la fig. 6, il pourrait aussi y avoir intérêt de laisser refroidir l'eau d'alimentation jusqu'à formation partielle de glace (sorbet). Dans ce cas, 50 calories et même plus seraient four nies par chaque litre d'eau. Dans ce cas, on pourrait agencer le réglage de la quantité de chaleur prélevée<B>à</B> l'eau d'alimentation de l'évaporateur<B>3',</B> de façon que la proportion de cette eau transformée en glace reste eDnstante.
Les poinpesde ehaleurdécrites trouveront leur application principale dans le chauffage central des immeubles.
Les compresseurs de ces pompes de cha leur étant commandés électriquement, les distributeurs d'électricité exigeront proba- blement l'interruption du courant pendant les heures de pointe s'ils doivent fournir du vourant à, tarif réduit. Afinde permettre de continuer de chauffer pendant ce temps d'in terruption, le circuit d'eau de chauffage de la variante de la fig. 6 comporte un volume tampon 9' dans lequel passe cette eau et qui sert d'accumulateur de chaleur. Le cir- cuitde, chauffage pourrait être à circulation forcée et la volume tampon commaadé par thermastat.
Enfin, lorsque les pompes de chaleur dé crites sont destinées à des besoins subsis tant pendant toute l'année, l'eau de la source froide alimentant l'évaporateur peut trouver son utilisation comme eau réfrigérante ou comme eau glacée de consommation si elle est potable.
Au lieu de butane, on pourrait employer également le propane, ou le pentane dans les pompes de chaleur décrites. Ces corps pré sentent l'avantagge que l'on peut employer ,des compresseurs à un seul étage de cons truction simple, cax même, pour les tempé ratures de l'ordire de 80' C du circuit de chauffage les pressions finales ne dépassent guère 8 atm. Les corps indiqués dans ce qui précède se décomposent difficilement et n'at taquent pas les organes des installations servant à mettreen ceuvre les procédés em ployant ces corps.
Process employing a thermal <B> cycle </B> and installation for the implementation of this process. The present invention relates to a method employing a thermal cycle.
This process is characterized in that a fluid is employed as the energy vehicle which is distinguished by an overhanging entropic curve, 2 by an boiling point between + 50 C and -40 C, 30 by a Molecular weight at least equal to 44, 40 by its chemical stability and 50 by its chemical neutrality.
Propane, butane, pemane OR still other hydrocarbons or else fluorocarbons such as fluoroetane C2F6 and fluorapropane, C3F8 for example, could be used as the energy vehicle. One could also use a mixture of hydrocarbons and fluorocarbons for example. If in the process according to the invention one of the mentioned bodies is used, the advantage is obtained of being able, for the same power, to reduce the dimensions and consequently the cost of an installation serving to carry out this process.
The invention also relates to an installation for the implementation of this <B> assigned </B> process and comprising an evaporator device of the energy vehicle, a <B> steam </B> engine, a device recovery unit, a conidensor and a compression device.
One could, for example, carry out the process by using butane as an energy vehicle.
Butane, whose chemical formula is C4H10, is a hydrocarbon whose boiling point <B> at </B> atmospheric pressure is close to 0 C; its critical temperature is from there about <B> C </B> for a critical pressure of <B> 37.5 </B> atm abs. These figures are only valid for pure normal butane. Commercial bu tane, composed of normal-butane and isobutane, boils under <B> 760 </B> mm - of mercury <B> to </B> approximately <B> - to 'C </B> and reaches the critical pressure <B> of </B> 40 atm abs. <B> at </B> a temperature of approximately 140 '<B> C </B>.
Here is how one could for example .. implement a-, embodiment of the process in which butane is used as energy vehicle in the installation shown in, FIG. 1 which represents, by way of example, an embodiment of an installation for the implementation of the method according to the invention. This installation is a <B> </B> two energy vehicle installation, water and butane.
Water vapor is produced at pressure p, in the steam boiler 1 and then superheated <B> to </B> the temperature <B> f, </B> in the superheater 2. This water vapor overheated is expanded in the high pressure part of the draft steam turbine 3a to the pressure p2 and produces mechanical work. Part of this pressure water vapor p2 is directed through line 4 to the plant for industrial and heating purposes. The other part arrives, via pipe <B> 5 </B> at wndenfflur 6, this condenser constituting the evaporator device of the butane circuit.
The latent heat of vaporization of the water vapor arriving through the pipe <B> 5 </B> to the condenser <B> 6 </B> is used for the vaporization and possibly the superheating of butane which serves as refrigerant in this condenser. The condensed water vapor is returned to the boiler 1 by means of the feed pump 7 through the pipe 8.
The butane vapor leaving the condenser <B> 6 </B> will have a temperature very little lower <B> than </B> <I> t, </I> if the heating surfaces have been dimensioned and thoughtfully arranged. The butane vapor is directed through pipe <B> 9 </B> to the turbine <B> 3b </B> mounted on the same shaft as the water vapor turbine 3a. The butane vapor is expanded in the turbine up to the pressure prevailing in the condenser 10.
In the condenser-evaporator 6 the butane was brought to a temperature and a pressure higher than the critical values and this insufficiently so that, thanks <B> to </B> the overhanging shape of its entropic curve (indicated in ABC in Fig. 2), the expansion of the butane vapor in the turbine 3b ends in the overheating zone. This overheating of the expanded steam can be very considerable in the event of a significant initial overheating.
This superheating heat is recovered as follows: The condensed butane is directed from the coidensor 10 to the condenser-exchanger 6 using the feed pump 12 through the overheating recovery device <B> Il </ B> working <B> against </B> the current and that the butane vapor coming from the turbine <B> 3b </B> passes through before entering the condenser <B> 10. </B> The liquid butane thus usefully absorbs the superheating calories of the relaxed -vapor.
The exchanger <B> 13, </B> interposed on the butane circuit between the appliance <B> 11 </B> and the condenser-exchanger <B> 6, </B> is an intermediate heater. The hot water produced in the drainer # 14 circulates <B> to </B> through the line <B> 16 to </B> using the pump <B> 15 </B> between the butane heater <B> 13 </B> and economizer 14.
In the particular case, where the supply water <B> from </B> boiler <B> 1 </B> is <B> at </B> high temperature, the heater <B> 13 </B> makes it possible to take advantage of the economiser 14 and obtain a favorable yield for the whole generator <B> 1. </B> Instead of using <B> the </ B> condenser, 4-, hanger <B> 6 </B> to produce the butane vapor, this vapor could also be produced in an evaporator device heated directly by means of a fuel. The installation would then operate on butane alone. The <B> 3b </B> turbine could also be replaced by a <B> piston </B> machine.
The dewities of butane vapors are a multiple of those of water vapor at the same temperatures so that, despite the smaller total heat, the passage sections become smaller for ma, china <B> to </B> butane vapor than for the machine to <B> to </B> water vapor from which it results that one can reduce the weight and therefore the price of a <B> to </B> steam machine of butane, compared to <B> to </B> the <B> to </B> water vapor machine.
One could also implement the embodiment of the process employing butane to take advantage of heat sources of relatively nozzle temperatures. In this embodiment, the vaporization of the butane can, for example, take place under pressure in a special evaporator, the key to the vapor being done in a steam engine (turbine or piston machine), the liquefaction of the expanded steam <B> at </B> the engine outlet is done through a condenser and the butane, liquid then be reintegrated into the evaporator by means of a pump to restart the cycle.
The adiabatic expansion of bu- tana vapor at critical pressure (or more) and having a slight degree of superheating (only 1 to 2 ° C) already ends up in the superheated zone, which is the advantage of embodiment of the process using butane. In this case, the overheating heat is recoverable with an insignificant waste.
In the form of execution of the method described above and carried out in the installation shown schematically by way of example in, 1a, FIG. 1, if the water vapor has a pressure p1 = 40 atm at the inlet to the high pressure stage of the turbine 3a and if this vapor is expanded to p2 = 5 atm for temperature t2 = approximately 151 C, the butane vapor can be produced in the condenser-exchanger 6 at a pressure of 40 atm, following the critical pressure, and at a temperature slightly above the critical temperature which is 140 C.
The expansion of the butane vapor in the low pressure stage 3b of the turbine can be carried out up to the pressure corresponding to a temperature of 20 ° C. in the condenser 10, if the refrigeration water is < B> at </B> a temperature of around 15 C.
For a temperature of 20 ° C. inside the condenser 10, the pressure of the butauce vapor is 2.9 atm abs. still remains well above the atmospheric pressure; the inside of the condenser remains under pressure, the vacuum pump, necessary in the case of water vapor condensed <B> at </B> the same temperature, is removed.
If, in the process which has just been described, recourse is had to <B> to </B> significant overheating, it will be possible to achieve very high effective thermal yields, these yields being able, for example, to exceed the 40% at temperatures below 500 Il C.
The butane embodiment of the process is particularly suitable for producing energy by means of two heat sources, the temperatures of which are relatively close. In fact, the use of water vapor in such cases would lead to enormous dimensions for the installations, which is not the case for butane, the dimensions of the necessary installation being able to easily be maintained. within suitable limits.
The heat sources that could thus be used for example are the hot water, hot gases and steam mist currently lost in forges, saltworks and many other industries.
It would also be possible, for example, to implement a single embodiment of the process employing butane as the energy vehicle so that the thermal <B> cycle </B> is not run in the reverse direction of that. described above, 6- first. This cycle could be that of a heat pump for example.
Fig. <B> 8 </B> represents, <B> as, </B> by way of example, an embodiment of a heat pump <B> to </B> butane vapor and illustrates , 6gale, - ment <B> à </B> as an example, a form, of the procedure 6, using butane as a vehicle In the heat pump shown <B> to </B> fig. <B> 3, </B> the butane vapor, -is compressed adiabatically in the rotary compressor <B> to, </B> ailetteo mobiles <B> 1 '. </B> This,
Compressed vapor passes into a condenser 2 'where it is isothermally compressed, that is to say that the butane liquefies by giving up heat <B> to </B> a heating circuit. The liquid butane arrives from the candor <B> to the </B> evaporator <B> 3 '</B> passing through <B> the </B> -throat 4' device in which the liquid butane expands up to 'at the pressure of the evaporator. The evaporator is supplied with cold water which gives up its heat to the butane which vaporizes, this expansion of the tbutane taking place isothermally in the evaporator.
The cycle traversed by the butane in the heat pump shown in fig. 3 is represented by the diagram of FIG. 4.
In this diagram is shown: 10 evaporation, along line o-a from point e; the amount of heat absorbed is represented by the area e 'e a a' e '; 20 compression, the energy expenditure is represented by the area a b e 0 e a; 30 liquefaction, along line b-c the heat yielded to the heating circuit being represented by the surface a'a b e d a '; 40 the choke trigger, represented by the line c-e. The total heat of the energy vehicle in c and e remained unchanged. If the trigger had been adiabetic, we would have ended up at d and we could have recovered a quantity of mechanical energy represented by the triangle 0 c d.
The heat equivalent of this amount of mechanical energy has remained incorporated into the vapor, resulting in it being drier in e than in d.
Here is, for example, under which conditions the heat pump of fig. 4 could work: The lower heat source is supplied with mains water with a temperature of + 10 ° C. The water temperature in the heating circuit must be raised from 45 to 5.5 C. The temperature of the expanded butane will be 0 ° C, that of the compressed butane 60 C, so that the heat exchange at the two sources will be provided by relatively wide temperature differences. The butane cycle will then proceed as follows: 1. Vaporization. - At the outlet of the throttle device, the temperature <B> of </B> the butane vapor will be 0 C. Its moisture content will be such that its total heat will be 36.9 calories.
The heat drawn from the 10 ° C mains water will vaporize the very humid butane to saturation, that is, to total heat rates of 89.7 calories. The difference, 52.8 calories, will have been removed from the lower heat source.
2. Adiabatic compression. - The energy required for this compression emerges from the Nollier diagram (diagram is) at 16 calories for an adiabatic compression of saturated vapor at 0 C at the start and pushed up to 60 C. At the end of the compression, the pressure will present a total heat of 105.7 calories and a titer of about 8% moisture.
3. Isolhermal condensation. - We admit that it is carried out up to 100% humidity but without any reduction in temperature. The total heat of the liquid at the end of condensation will be 36.9 calories. The difference, 105.7 - 36.9 = 68.8 calories, will have been transmitted <B> to </B> the upper heat source. These <B> 68.8 </B> calories come from <B> to </B> - its <B> 52.8 </B> calories from calories drawn <B> from </B> the lower source and <B> at </B> an amount of <B> 16 </B> calories from the mechanical work done by the coin-presser.
<I> 4. Relaxation. <B> - </B> </I> It is done by strangulation, the heat contained remaining constant constant. In this example, the traas factor # formation refflort <B> to: </B>
EMI0004.0011
that is to say that for each Kwh of energy expended (apart from mechanical losses) <B> 3720 </B> calories are brought in <B> 10 '<I> C </I> </ B> <B> to 55 0 </B> C.
The setting of the heat pump shown in <B> in </B> fig. <B> 3 </B> could be done by means of a thermostat which automatically maintains the temperature of the compressed butane constant.
Fig. <B> 5 </B> represents, <B> to </B> by way of example, a variant of the heat pump of fig. <B> 3 </B> and illustrates, also <B> by </B> by way of example, another embodiment of the process according to the invention, in which the energy vehicle is butane. In the variant of the fieg. <B> 5, </B> the butane leaving the condenser is expanded adiabatically in a nozzle <B> 5 ', </B> the kinetic energy of the jet used <B> to </B> drive a turbine wheel Pelton <B> 6 '</B> fixed on the shaft of the compressor with movable vanes driven, on the other hand, by an electric motor.
In the cycle traversed by the butane in this variant, the expansion takes place from c to d (fig. 4) and a quantity of mechanical work is recovered, the equivalent of which is represented by the triangle 0 c d.
Fig. 6 shows, by way of example, a variant of the heat pump of FIG. to and illustrates, also by way of example, a variant of the process implemented in this heat pump. In this heat pump, a 7 'Va thermostat is provided, acting by a <U> control </U> mechanism on the opening of the 5' nozzle in order to obtain an automatic adjustment of the quantity of heat transferred. to the heating circuit. The quantity of heat removed <B> from </B> the feed water of the evaporator 3 'is regulated by means of a thermostatic device 8'a acting on the admission of this water in 8' of so as to keep its outlet temperature constant. This is of interest, particularly for the case where the feed water is taken from an urban pipe.
In the variant of FIG. 6, it could also be advantageous to allow the feed water to cool until partial ice formation (sorbet). In this case, 50 calories and even more would be supplied by each liter of water. In this case, we could arrange the adjustment of the quantity of heat withdrawn <B> from </B> the feed water of the evaporator <B> 3 ', </B> so that the proportion of this water transformed into ice remains constant.
The described heat points will find their main application in the central heating of buildings.
Since the compressors for these heat pumps are electrically controlled, electricity distributors will likely require power to be cut off during peak hours if they need to supply electricity at a reduced rate. In order to allow heating to continue during this interruption time, the heating water circuit of the variant in fig. 6 has a buffer volume 9 'through which this water passes and which serves as a heat accumulator. The heating circuit could be forced circulation and the buffer volume controlled by thermastat.
Finally, when the heat pumps described are intended for subsistence needs throughout the year, the water from the cold source supplying the evaporator can be used as cooling water or as chilled water for consumption if it is potable. .
Instead of butane, propane or pentane could also be used in the heat pumps described. These bodies present the advantage that one can employ, single-stage compressors of simple construction, even cax, for temperatures of the order of 80 ° C of the heating circuit the final pressures hardly exceed 8 atm. The bodies indicated in the foregoing decompose with difficulty and do not attack the organs of the installations serving to implement the processes employing these bodies.