Brevet FR2028812A1 — publié le 19701016

La présente invention concerne les installations de force motrice et se rapporte, plus particulièrement, au recyclage de chaleur avec régénération dans un cycle de production de force motrice. L'invention propose, à cet effet, en combinaison avec une installation de force motrice comprenant un élément moteur agencé pour être commandé par du fluide chauffé, un générateur de chaleur, des moyens pour réchauffer le fluide avec la chaleur fournie par le générateur et pour l'amener à l'élément moteur, un équipement monté pour être mis en fonctionnement par l'élément moteur et dont le fonctionnement a pour effet de produire incidemment de la chaleur, et des moyens de récupération permettant de transférer celle-ci au fluide de commande de l'élément moteur. Le générateur de chaleur peut être un appareil à combustion. Les moyens de récupération peuvent être de nature à effectuer un pré-chauffage de l'air fourni à cet appareil comburant. Les moyens de récupération peuvent aussi être agencés pour conduire 1'air d'abord en relation d' échange de chaleur avec l'équipement et ensuite à l'appareil de combustion. les moyens de récupération peuvent également entre de nature à effectuer un pré-chauffage du combustible fourni à l'appareil de combustion. Dans certaines applications, le générateur de chaleur peut être un réacteur nucléaire. D'après un mode de réalisation, les moyens de chauffage du fluide peuvent comporter une chaudière de production de vapeur, l'élément moteur étant une turbine fonctionnant par détente de vapeur. Dans certaines formes de réalisation de l'invention, les moyens de récupération peuvent être de nature à effectuer un préchauffage du fluide de commande de l'élément moteur, ce fluide recevant ensuite de la chaleur complémentaire en provenance du générateur de chaleur avant de passer à l'élément moteur. D'après un mode de réalisation de l'invention, l'installation comporte une chaudière alimentée en combustible et air comburant pour produire de la vapeur. La vapeur se détend dans une turbine qui mène un générateur d'électricité agencé pour fournir du courant à unatelier de machine. L'atelier, complètement automatisé, est dépourvu de personnel et il s'y produit de la chaleur en cours de fonctionnement. Des conduits permettant d'amener de l'air à la chaudière comme comburant, sont disposés de telle sor te que l'air qui y circule absorbe de la chaleur produite incidemment au cours du fonctionnement des machines de l'atelier et transfère cette chaleur à la chaudière0 D'après une autre application de l'invention, le générateur d'électricité assure le fonctionnement d'une installation de broyage à chaud au lieu d'un atelier de machines. Suivant une variante, un fluide (qui peut être de l'air) qui absorbe de la chaleur produite incidemment au cours du fonctionnement de l'atelier de machines circule ensuite, non pas comme air comburant, mais en relation d'échange de chaleur avec le combustible fourni à la chaudière ou avec le fluide opératoire qui circule à l'intérieur de la chaudière. Dans ce dernier cas, l'échange de chaleur peut se faire dans un économiseur. Selon encore une application, l'équipement alimenté par le générateur est une lampe entourée d'une enveloppe transparente à l'intérieur de laquelle de l'air circule vers la chaudière. Dans l'enveloppe, l'air peut se réchauffer jusqu'à une température de l'ordre de 48000. On admettra, à titre d'exemple, que dans ce dispositif, 100 unités de chaleur sont fournies à la chaudière sous forme de combustible. I1 y a lieu de s'attendre à ce que 13 de ces unités environ s'évacuent par la cheminée sous forme de perte aloès que le reste, environ 87 unités, s'achemine vers la turbine à vapeur.Pour un taux de conversion d'environ 46 %, réalisable sur cycle classique à régénération, l'énergie électrique produite équivaudra à environ 40 unités de chaleur, ce qui représente dans l'ensemble un rendement thermique de l'ordre de 40 . Dans la lampe, l'énergie électrique se convertira en lumière et chaleur et, au moyen de l'air de combustion qui circule autour de la lampe, une partie de 1' énergie calorifique est recyclée à la chaudière0 Si l'on admet que toute l'énergie électrique est recyclée de cette manière par l'intermédiaire de l'air de combustion à une température de 4800?, on peut s'attendre à produire avec cette chaleur de la vapeur en quantité suffisante pour créer de l'énergie électrique équivalant à 9 unités de chaleur. Si l'installation doit continuer à produire de l'énergie électrique équivalant à 40 unités de chaleur, il suffira de fournir 31 de celles-ci, sous forme de combustible.Par suite, il suffira de fournir à la chaudière une quantité de combustible équivalant à 77,5 unités de chaleur et le rendement thermique augmentera à 51,5 %. Dans ces conditions, 94 unités de chaleur s'achemineront vers la turbine, tandis que les pertes à la cheminée seront augmentées d'environ 10 unités. Si le générateur de chaleur est un réacteur, par exemple, un réacteur "magnez", du fluide (qui peut être de l'air) est mis en circulation dans l'installation pour absorber de la chaleur et circule ensuite dans le réacteur pour céder de la chaleur au réfrigérant de réacteur. le fluide pour être réchauffé, a une température de l'ordre de 400 ou 5350C avant d'aller au réacteur, pour en sortir à une température de l'ordre de 1750C. Sur les dessins annexés : - La figure 1 représente schématiquement une installation selon l'invention. - La figure 2 représente une installation de type existant. - La figure 3 représente l'installation de la figure 2 aménagée selon lrinvention. Sur la figure 1, une chaudière CH reçoit une quantité de chaleur F sous forme de combustible dont une partie PC représente les pertes à la cheminée, le reste CC représente la chaleur convertible, fournie à une turbine T qui est accouplée à un alternateur A. L'énergie électrique BE fournie par l'alternateur est transmise à une lampe L dans laquelle elle se convertit en lumière et chaleur. La lampe L est entourée d'une enveloppe transparente S. Un ventilateur V souffle de l'air dans l'enveloppe S pour lui faire absorber la chaleur dissipée par la lampe. L'air sortant de l'enveloppe se dirige vers la chaudière CH comme air comburant en y apportant une certaine quantité de chaleur récupérée CH. Les figures 2 et 3 reprennent 1' exemple numérique donné cidessus. D'après la figure 2, 100 unités de chaleur fournies à la chaudière sous forme de combustible, représentent 13 unités évacuées à la cheminée et 87 unités fournies à la turbine. 40 de ces 87 unités représentent l'énergie électrique fournie par l'alternateur A, la différence soit 47 unités constituant les pertes au condenseur. les 40 unités d'énergie électrique alimentent la lampe B. Sur la figure 3, 77,5 unités de chaleur sont fournies à la chaudière sous forme de combustible et une quantité complémentaire de 40 unités est fournie à la chaudière sous forme de chaleur de récupération provenant de la lampe L. Les pertes à la cheminée sont égales à 23,5 unités et la différence entre ces pertes et le total fourni à la chaudière représente 94 unités de chaleur fournies à la turbine 2. De ces 94 unités, 40 représentent I'énergie électrique fournie à la lampe, tandis que la différence, soit 54 unités, représente les pertes au condenseur. les 40 unités fournies à la lampe retournent à la chaudière par l'intermédiaire de l'air de combustion. Les exemples fournis ci-dessus sont purement schématiques et n'ont été donnés que dans le seul but d' illustrer les buts et dispositions de l'invention. En effet, celle-ci est susceptible de s'appliquer dans la pratique à de nombreux procédés qui sont, jusqu a présent, effectués à froid, des précautions étant prises pour s'assurer que la quantité de chaleur incidemment produite, est minimale ou bien pour la dissiper aussi rapidement que possible. Les dispositions de l'invention consistent à récupérer cette chaleur, ce qui permet de conduire ces procédés à une température élevée et à récupérer le "produit final" que constitue la chaleur ainsi dégagée. Avec les développements de technique d'automation, il devient superflu de limiter ia température à une chaleur acceptable pour le personnel, ce qui revient à élargir le nombre de procédés de fabrication susceptibles d'être conduits à des températures élevées. Ainsi, un atelier de machines pleinement automatisé et fonctionnant sans personnel pour de longues périodes, est capable de marcher à une température élevée, la chaleur produite étant récupérée comme produit final. REVNDICAT IONS 10) Installation de force motrice comprenant un élément moteur adapté à être commandé par un fluide chauffé, un générateur de chaleur, des moyens pour chauffer le fluide avec la chaleur provenant dudit générateur, des moyens pour fournir un fluide à l'élément moteur, un équipement adapté à être mis en fonctionnement par l'élément moteur et dont le fonctionnement a pour effet de produire incidemment de la chaleur, caractérisée par des moyens de récupération pour transférer celle-ci au fluide de commande de l'élément moteur. 20) Installation suivant la revendication 1, dans laquelle le générateur de chaleur est un appareil à combustion. 30)- Installation suivant la revendication 2, dans laquelle les moyens de récupération effectuent un pré-chauffage de l'air fourni à 1' appareil de combustion comme air comburant. 40)- Installation suivant la revendication 3, dans laquelle les moyens de récupération sont agencés pour conduire 1' air, d'abord en relation d'échange de chaleur avec l'équipement et ensuite à l'appareil de combustion. 50)- Installation suivant la revendication 2, dans laquelle les moyens de récupération effectuent un pré-chauffage du combustible fourni à l'appareil de combustion. 6 )- Installation suivant la revendication 1 avec, comme générateur de chaleur, un réacteur nucléaire. 70)- Installation suivant une quelconque des revendications précédentes avec, comme moyen de chauffage du fluide, une chaudiè- re de génération de vapeur, l'élément moteur étant une turbine fonctionnant par détente de vapeur. 8 )- Installation suivant la revendication 1, dans laquelle la chaleur est récupérée par pré-chauffage du fluide de commande, celui-ci étant soumis à un réchauffage complémentaire ultérieur avant d'aller à l'élément moteur. 9 )- Installation suivant une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'équipement est automatisé. 100)- Installation suivant la revendication 9 dans laquelle l'équipement est un atelier de machines. 110)- Installation suivant une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle ltéquipement est un matériel de broyage.