CH619029A5 - Method for conversion of heat energy, installation for implementing the method and application of the method - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne principalement un procédé et une installation pour la transformation d'énergie calorifique, non directement utilisable ou même parasite en une énergie mécanique et/ou calorifique directement utilisable. The invention relates mainly to a method and an installation for the transformation of heat energy, which is not directly usable or even parasitic into mechanical and / or heat energy which is directly usable.
On sait que la production d'énergie électrique ou mécanique, à partir d'un combustible s'accompagne toujours d'une production de chaleur. We know that the production of electrical or mechanical energy from a fuel is always accompanied by the production of heat.
Cette chaleur, sous produit de l'activité du fait de ses caractéristiques propres, n'intéresse généralement pas le producteur d'énergie mécanique et est considérée comme parasite parce qu'il faut refroidir le moteur et parce que son rejet dans le milieu ambiant s'accompagne d'une pollution This heat, by-product of activity due to its own characteristics, does not generally interest the producer of mechanical energy and is considered to be parasitic because the engine must be cooled and because its rejection in the ambient environment s '' accompanied by pollution
En conséquence, dans la plupart des cas, on n'utilise qu'une faible partie de l'énergie totale délivrée au cours de la combustion d'un combustible et le rendement de l'ensemble d'une installation ou d'un moteur thermique est en général très bas. A titre d'exemple, on notera qu'une centrale électrique thermique classique produit d'énergie mécanique pour 1h de calorique perdu. Consequently, in most cases, only a small part of the total energy delivered during the combustion of a fuel is used and the efficiency of the entire installation or of a heat engine is generally very low. For example, it should be noted that a conventional thermal power station produces mechanical energy for 1 hour of caloric lost.
Pour permettre d'améliorer le rendement de ces installations et, d'une façon plus générale, pour récupérer l'énergie thermique non directement utilisable en la transformant en une énergie (mécanique, électrique ou même calorifique) directement utilisable, le procédé selon l'invention consiste à réchauffer le bouilleur d'un groupe thermique à vapeur à basse pression, en circuit fermé, au moyen de la source chaude et à refroidir le condenseur du groupe thermique au moyen d'un 5 circuit secondaire fournissant de l'énergie thermique à basse température, par exemple à une installation de chauffage. To make it possible to improve the efficiency of these installations and, more generally, to recover thermal energy which is not directly usable by transforming it into energy (mechanical, electrical or even heat) which can be directly used, the process according to invention consists in heating the boiler of a low pressure steam thermal group in a closed circuit by means of the hot source and in cooling the condenser of the thermal group by means of a secondary circuit supplying thermal energy to low temperature, for example to a heating installation.
L'invention a encore pour objet une installation pour la mise en œuvre du procédé, caractérisée en ce qu'elle comprend un groupe thermique à vapeur à basse pression en circuit fermé 10 comportant en série, une turbine à vapeur, un condenseur, une pompe et un bouilleur, en ce que le bouilleur est associé à au moins un échangeur pour recevoir l'énergie calorifique de la source chaude non directement utilisable et en ce que le condenseur est associé à au moins un échangeur permettant de fournir i5 de l'énergie calorifique à une source froide. The invention also relates to an installation for implementing the method, characterized in that it comprises a low-pressure steam thermal group in closed circuit 10 comprising in series, a steam turbine, a condenser, a pump and a boiler, in that the boiler is associated with at least one exchanger to receive the heat energy from the hot source which is not directly usable and in that the condenser is associated with at least one exchanger making it possible to supply i5 of the energy heat from a cold source.
De cette manière, on a donc une chaîne thermodynamique associant une production calorifique résiduelle, non directement utilisable ou même parasite au bouilleur d'une machine à vapeur basse pression en circuit fermé (source chaude) et le condenseur 20 de la machine à vapeur à basse pression à un besoin de chauffage compatible. In this way, there is therefore a thermodynamic chain associating a residual calorific production, not directly usable or even parasitic with the boiler of a low pressure steam engine in closed circuit (hot source) and the condenser 20 of the low steam engine pressure to a compatible heating need.
Dans une telle chaîne, la machine à vapeur basse pression en circuit fermé, assure une production d'énergie mécanique, et par cette transformation - calorifique en mécanique — une transferts mation qualitative de l'énergie calorifique la rendent directement utilisable. In such a chain, the low-pressure steam engine in a closed circuit ensures the production of mechanical energy, and by this transformation - heat into mechanics - a qualitative transfer of heat energy makes it directly usable.
Des modes de l'installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annexés dans 30 lesquels: Modes of the installation for implementing the method according to the invention will be described below, by way of nonlimiting examples with reference to the appended drawings in which:
la fig. 1 représente schématiquement une installation permettant la récupération de l'énergie calorifique dissipée par un moteur d'un groupe électrogène, fig. 1 schematically represents an installation allowing the recovery of the heat energy dissipated by an engine of a generator,
la fig. 2 est le schéma d'une installation permettant la 35 récupération de l'énergie calorifique dissipée dans les centraux téléphoniques. fig. 2 is the diagram of an installation allowing the recovery of the heat energy dissipated in the telephone exchanges.
Avec référence à la figure 1 l'installation pour la récupération de l'énergie calorifique d'un moteur (source chaude représentée par le bloc 1) comprend essentiellement une machine à 40 vapeur basse pression 2 en circuit fermé. Cette machine à vapeur 2 comprend successivement, en série, une turbine à vapeur 3, un condenseur 4, une pompe 5 et un bouilleur 6. With reference to FIG. 1, the installation for recovering the heat energy of an engine (hot source represented by block 1) essentially comprises a low pressure steam machine 2 in closed circuit. This steam engine 2 successively comprises, in series, a steam turbine 3, a condenser 4, a pump 5 and a boiler 6.
Le bouilleur 6 est associé à un échangeur 7 et reçoit de l'énergie calorifique de la source chaude 1 par l'intermédiaire 45 d'un circuit hydraulique fermé comprenant un second échangeur 8 et ledit échangeur 7. The boiler 6 is associated with an exchanger 7 and receives heat energy from the hot source 1 via a closed hydraulic circuit 45 comprising a second exchanger 8 and said exchanger 7.
Le condenseur 4 est associé à un échangeur 11 au travers duquel passe le fluide caloporteur d'un circuit de chauffage 12 comprenant au moins un radiateur 13. On obtient ainsi le 50 refroidissement du condenseur 4 avec, pour conséquence, une augmentation du rendement de l'ensemble de la machine à vapeur 2, ainsi que le chauffage de locaux 14 dont la température est maintenue entre 18 et 22° C. Il est à noter que ces locaux constituent la source froide de l'ensemble de la chaîne 55 thermo-dynamique. The condenser 4 is associated with an exchanger 11 through which the heat transfer fluid passes through a heating circuit 12 comprising at least one radiator 13. The cooling of the condenser 4 is thus obtained, with, as a consequence, an increase in the efficiency of the 'the entire steam engine 2, as well as the heating of premises 14 whose temperature is maintained between 18 and 22 ° C. It should be noted that these premises constitute the cold source of the entire thermodynamic chain 55 .
Bien entendu, l'énergie mécanique délivrée par la machine à vapeur 2 peut être utilisée séparément ou en combinaison avec le moteur. Dans tous les cas, le rendement de la transformation 60- énergie calorifique délivrée par le combustible/énergie utilisable est augmenté d'environ 20%. Of course, the mechanical energy delivered by the steam engine 2 can be used separately or in combination with the engine. In all cases, the efficiency of the transformation 60 - heat energy delivered by the fuel / usable energy is increased by about 20%.
Le procédé ne se limite pas à la récupération de l'énergie calorifique dissipée par les moteurs. The process is not limited to recovering the heat energy dissipated by the motors.
Il peut notamment s'appliquer à la récupération d'énergie 65 calorifique dissipée dans les appareillages électroniques et, on particulier dans les centraux téléphoniques. It can in particular apply to the recovery of heat energy 65 dissipated in electronic equipment and, in particular in telephone exchanges.
On sait en effet que les appareillages électroniques nécessitent un refroidissement de leur atmosphère de travail. It is known in fact that electronic equipment requires cooling of their working atmosphere.
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Pour effectuer le refroidissement du milieu de travail de ces appareils, on utilise des appareils classiques à compression et, dans ce cas, le chaleur dégagé par lesdits appareils se trouve disponible dans le condenseur situé à la suite du compresseur. To cool the working environment of these devices, conventional compression devices are used and, in this case, the heat released by said devices is available in the condenser located after the compressor.
Avec référence à la figure 2, le circuit spécifique comprend essentiellement un circuit principal et un circuit secondaire. With reference to FIG. 2, the specific circuit essentially comprises a main circuit and a secondary circuit.
Le circuit principal comprend tout d'abord le condenseur 15 du compresseur. Ce condenseur 15 comprend un échangeur 16 qui est lui-même relié à un deuxième échangeur 17, associé au bouilleur 6 de la machine à vapeur à basse pression. Cette disposition permet donc le chauffage du bouilleur 6 de la machine à vapeur à basse pression, à l'aide de la chaleur délivrée par le gaz environnant les appareillages électroniques, stockées dans le condenseur 15 situé à la suite du compresseur. Il est à noter que la machine à vapeur basse pression en circuit fermé comprend, outre le builleur 6, une machine proprement dite 3, par exemple une turbine, un condenseur 4 et une pompe 5. The main circuit first comprises the condenser 15 of the compressor. This condenser 15 comprises an exchanger 16 which is itself connected to a second exchanger 17, associated with the boiler 6 of the low pressure steam engine. This arrangement therefore allows the heating of the boiler 6 of the steam engine at low pressure, using the heat delivered by the gas surrounding the electronic equipment, stored in the condenser 15 located after the compressor. It should be noted that the low-pressure steam engine in a closed circuit comprises, in addition to the boiler 6, an actual machine 3, for example a turbine, a condenser 4 and a pump 5.
Le circuit secondaire utilise de l'eau de nappe ou de l'eau de ville qui sert à refroidir le condenseur 4 du circuit basse pression par l'intermédiaire d'échangeurs 18 et 19. The secondary circuit uses groundwater or city water which is used to cool the condenser 4 of the low pressure circuit via exchangers 18 and 19.
Après son passage par l'échangeur 18 l'eau qui a été réchauffée (environ 40° C) et qui est disponible dans le circuit After passing through the exchanger 18, the water which has been reheated (approximately 40 ° C.) and which is available in the circuit
20, peut être employée à des usages domestiques (réserve d'eau chaude à environ 40° C) ou être rejetée dans un puisard. 20, can be used for domestic purposes (hot water reserve at around 40 ° C) or be discharged into a sump.
Ce mode de réalisation permet donc de produire de l'énergie mécanique transformable en énergie électrique, à partir de s calorique traditionnellement perdu lors du refroidissement des enceintes des matériels électriques et électroniques. This embodiment therefore makes it possible to produce mechanical energy transformable into electrical energy, from calories traditionally lost during the cooling of the enclosures of electrical and electronic equipment.
On notera que dans le cas d'une application à un central téléphonique, l'énergie électrique produite peut servir pour recharger les batteries d'accumulateurs électriques, m Le procédé peut, par exemple, utiliser comme source chaude: It will be noted that in the case of an application to a telephone exchange, the electrical energy produced can be used to recharge the electric storage batteries, m The process can, for example, use as a hot source:
- le fluide de refroidissement d'un moteur et dans ce cas en plus de l'énergie mécanique produite, ce procédé peut s'appliquer au chauffage de locaux (source froide), - the engine coolant and in this case in addition to the mechanical energy produced, this process can be applied to space heating (cold source),
15 - le fluide de refroidissement d'un four de fusion, la source froide pouvant alors être une installation de préchauffage de pièces, 15 - the cooling fluid of a melting furnace, the cold source then being able to be a room preheating installation,
- la chaleur de fermentation de la paille, et la source froide pouvant être le fluide utilisé dans une installation de séchage du - the heat of fermentation of the straw, and the cold source can be the fluid used in a drying installation of the
20 grain, et enfin, 20 grain, and finally,
- la chaleur de fermentation d'un fumier, la source froide étant alors l'installation de chauffage d'une nourricerie. - the heat of fermentation of a manure, the cold source then being the heating system of a nursery.
C VS
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