Brevet FR2292940A1 — publié le 19760625

La hausse du prix des hydreearbures a s@scité des recherches dans le mende pour mettre a valeur des calories de basse énergie comme celles des eaux de refreidissement des centrales thermiques ou des eaux c@audes @aturelles,par exemple. Des dispositifs connus permettent d'élever sensiblement la temperature primaire Par l'intermédiaire d'un fluide volatil semis à un cycle de vaporisation et de condensation. Le fluide internédiaire utilisée peut être le butane ou le fréon dont les caracteristiques concernées figurent au Tableau I - Tableau I Caracteristiques butane linéaire Fréon C4H10 Cl2F2 Peint d'Ebullition - 0,5 C -29,8 C Densité(liqui@@e) à 20 C 0,579 1,3 Chaleur de condensation 91,1 cal/g 39,1 cal/g Pression de liqué liqué faction à 20 C 2 bars 6 bars. Si le bilan energetique du cycle :(énergie exothermique de liquéfaction - énergie mécanique) est positif, on dispose, comme l'expcrience le montre,d'un gain de chaleur que l'on récupére habituel@ lexent dans un échangeur de type classique délivrant à l'aval un fluide plus chaud que le fluide primaire aient. L'élevation de la temperature à l'aide de tels dispesitifs peut être sensible ,de 12 C à 40 C,par exemple,le gain d'énergie calerique quadruplant presque l'éxergie nocessitée par la compression. L'objet de l'invention est également d'élever la temperature de l'veau aient à l'aide d'un fluide volatil ,ainsi qu'il a eté dit plus haut ,mais on réalisant toutefois, Par des dispositifs appro priés, des échanges thermiques directs entre l'eau et le butane, ou le fréon. En évitant le recours à des échangeurs ,l'un assurait la vaperisa- tien du fluide volatil par l'eau primaire, l'autre le rechauffement du cireuit d'eau secondaire par le fluide volatil condensé, le procédé permet une réduction sensible d'investissement et un accreissement appréçiable du rendement des échanges et de la température du circuit aval;au plan technolegique,il permet la suppres sion de c@@presseurs de liquéfaction ceûteux et d'entretion délicat ,ei les remplaçant par des pompes centrifuges classiques en charge, exemptes de teutes pertes de gas; dans certains eas particuliers, cemme il sera décrit ,la liquéfaction peut s'operer statiquement, sans l'aide de pompe centrifuge. Le principe du procédé consiste à fermer dans l'eau primaire une émulsien du gas à liquéfier et à comprimer celle-ci, sous la temperature pratiquée à une pression telle que celui-ci se condense . On a cheisi comme exemple de fluide volatil le butane, bien que d'autres fluides aisément condensables puissent être mis en ceuvre et adaptés au precédé Pans qu'il seit pour autant serti du cadre de l'invention ; ils deivent toutefeis, pour l'essentiel ,ne pas réagir vis-à-vis de l'eau et @@y être peu soluble .C'est le cas du butane;sa séparation do l'eau sera aisée ,sa densité i l'état liquéfié,etant basse - -0,579 - ; enfin@ sa chaleur de cendensation (91,1 cal/g) etant plus grande que celle du fréon ( 39,07 cal/g) On a représenté à la Planche 2 les sché@@s de deux dispositifs précenisés par l'invention ,l'un à compression hydrestatique (Fig. 4 ) ,le second à compression par pompe centrifuge(Fig.5) I - Le principe du dispositif à compression hydrostatique de la Fig. 4 se retrouve dans les compresseurs d'air hydrauliques à émulsion ,qui sont connus (Planche I-Fig.I) .Ceux-ci permet tent à des mines disposant d'aménagements hydrauliques parti culiers,de preduire éconemiquement l'air comprimé necessaire à leurs beseins, jusqu'à des puissance atteignant 4000 kw, par transformation de l'énergie hydraulique d'une chute d'eau en énergie pneumatique Par extension de l'invention ,en l'absence d'une chute d'eau disponible, on peut compresser un tas émulsionné dans l'eau si colle-ci se trouve daji à une pression suffisante pour pe- rer la liquéfaction de la dispersion gazeuse à la temperature pratiquée .Le principe du compresseur hydraulique à émulsion peut etre ainsi décrit: L'eau de la chute d'eau I ,émulsionnée par une admission d'air dans un émulseur 2 est imtr@duite eu 3 dams la cheminée dc compression 5 .L'air comprimé s'éceumule em 5; l'eau emprunte la cheminée ancendamte 7. L'experience mentre que les conditions optimales sont : . diametre des bulles d'air : 5mm . vitesse de cheminement de l'émulsion : 10-15 cm/sec. . rappert apatial 2,85 d'air / I d'eau .Daus la pratique, même avec fermation de peches d'air par coalescemce des bulles le rendement des émulseurs cl@ssiques est peu élevé ,ceux-ci exigeant 2 m3 d'eau pour émulsionner I m3 d'air. ;mais en raison de leurs pertes de gas élevées an mement de la ferma tion de l'émulsien, ils sont ixutilisables dage le cas prévu, et un autre precédé d'émulsifieation va être décrit dans le cadre de l'invention: On a représenté à la Fig. 2 de la Planche I un dispositif stati que d'émulsification compertant une cloche de cavitation 9 qui permet d'éviter toute perte gazeuse au mement de la formation de l'émulsion. Le gas à émulsionner accéde au semmet de la cleche par un tube creux vertical ,cemportant un filetage exterieur en vue du réglage de la cloche en hauteur et du débit de l'eau .Des mouvements teurbillenaires rapides entrainent le gaz dans les filets liquides où il s'émulsienne,l'émulsien etant emtrainée dans la celenne descondante de co@pression. L'experience acquise dans les precessus d'échange chimique,c@@@e l'hydrogénation catalytique en phases liquide-gaz mentre que les bulles formées à l'aide de la cloche de cavitatien sent de dimensien réguliére et stables ,effrant des surfaces d'échange élévées leur eirculatien interne est intense ,en raison de leur mede de fermation ,fav@risant les échanges des phases gazeuse et liquide On a représenté à la Planche 2,Fig. 4 ,un dispesitif ,selon l'invention,sur le principe du compresseur d'air hydraulique à émulsion,compertant un émulseur à cleche de cavitation qui a eté décrit ci-dessus : L'eau primaire appelée à subir une élevation de temperature est admiseen 14 dans l'émulseur à cleche 15,cette derniére étant alimentée en butane gazeux. L'émulsion fermée est admise en 18 dans une celenne de cempression 16 verticale,de @@auteur telle que la pression à la base soit au meins égale à la pression de liquéfaction du butane,qui est de 2 bars à 20 C , le débit de l'émulsion étant réglé en serte que la vitesse d'écoulement ne seiut pas inferieure à 10-15 cm/sec/ L'extremité inferieure de la celenne d'émulsion débeuche au fond d'un séparateur vertical 7 ,eù l'émulsion se rompt . t la partie basse du séparateur,en recueille l'eau échauffée,en 19. Le butane liquide est prélevé au semmet du séparateur et intreduit en 20 à la partie basse #### d'un évaporateur 19 .Ce dernier cemporte un échangeur 2I qui pourra trouver un emploi acc@@seire on clia- tisation . Le butane ga@ux est cellecté au semmet de l'é@a@erateur et stecké dans un gazementre 23 ,jeu@nt un rêle de velant dans l'accemplisse. ment du @ycle de changement de phases du butane ,et alimentant la cleche de l'émulseur 15 . Le gazemetre cemporte une purge d'eau on 25 ,et égalemental'évaperateur, l'inselubilité du butane dams l'eau,bien qu'admise,n'étant pas abselu@. La Fig. 4 de la Planche 2 représente le dispesitif de compression hydrestatique qui ne peut être appliqué qu'exceptionnellement, quand le sîte de l'inplantation le permet . La Fig.5 de la Pl.2, au centraire,présente un caractére general d'application ,l'ergane de cempression eta@t une pompe centrifuge classique, exerçant sur les bulles de butane gazeux une pression auffisante,au refeulement peur les liquéfier. Une experience acquise en Génie Chimique a déjà mentré l'efficacité des pempes cemtrifuges peur parfaire une émulsion déjà fermée et en accreître les interfaçes d'échange. A cet effet,l'émulsion est aspirée à la partie basse de l'émulseur 28 qui a eté décrit précedemment La pompe centrifuge 29 ,qui est dispesée en charge,afin d'éviter teutenfuite gazeuse au presseéteupe,la refeule au semment du séparateur de phases 32. Ou recuille l'eau chaude à la partie basse ,et @ le butane liquide en @3,à la partie haute du séparateur ,sa gazéifaction s'epé rant dans l'évaperateur 34 ;un échangeur incerperé 35 permet acces seirement d'alimenter un circuit refrigéré pour les beseins de la climatisation,par exemple . Le butane gazéifié est cellecté en 36 dans un gazemêtre 38 muni d'un purgeur d'eau à sa partie basse et alimentant ,comme il a eté décrit, la cloche de l'émulseur I5. - R E V E N D I C A T I O N S I - Precédés et dispositifs pour élever la temperature de l'eau par la chaleur de liquéfaction d'un fluide intermédiaire comme le butane ou le fréon 2 - Procédés se caracterisant en ce que les transferts thermiques s'e@erent avec des rendements élevés par contact direct de l'eau et du fluide intermédiaire, sans intervention d'échangeurs de chaleur. peur operer d'une part sen ébullitien, et,d'autre part,récuperer sa chaleur de condensation. 3 - Procédé selon I et 2, caracterisé en ce que l'eau primaire à échauffer est mise en contact direct avec le fluide inter médiaire sous la forme d'une émulsion du type " gas dans liquide". 4 - Procédé et dispesitif statique comportant essentiellement une cloche de cavitation alimentée par le fluide intermédiaire en phase vapeur ,en vue de fermer avec l'eau primaire une émulsion selon 3 5 - Procédé et dispositif selon 1,2,3 et 4 pour liquéfier le fluide intermédiaire ,compertant un énulseur à cloche sursou- tant une colonne de compression hydrostatique,un séparateur de phases extrayant l'eau chaude ,un évaporateur récuperant les frigories ,et un gazomètre contenant le fluide intermé- diaire à l'état gazeux, a partir duquel est alisenté l'émulseur. 6 - Procédé et dispesitif selon 5 ,compertant,au lieu d'une celenne de compression hydrestatique , une pompe centrifuge en charge dont la pression de refoulement est suffisante peur assurer, dans les conditions de temperature pratiquées ,la liquéfaction du fluide intermédiaire; dans tous les cas énonçés en 5 et 6, l'invention évitant le recours à un co:presseur de gaz classique@