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## Cycles de Hirn (ou cycle à surchauffe)

Dans le même ordre d'idée, le cycle de Hirn (figure ) permet d'éviter la présence d'un fluide diphasique dans la turbine en dimensionnant la chaudière de façon à surchauffer la vapeur dans la transformation isobare 1-6. De cette façon, le fluide ne revient dans la zone diphasique qu'à la sortie de la turbine.

Figure (a) Le cycle de Hirn sur diagramme (T, S) (b) Installation du cycle de Hirn

Ce cycle à vapeur surchauffée possède deux avantages essentiels par rapport au cycle de base de Rankine : – la surchauffe augmente la température d'utilisation d'une partie de la chaleur de la source chaude; – la surchauffe permet d'effectuer un cycle sec (il n'y a pas de vapeur humide dans la machine motrice) si la surchauffe a été choisie de telle sorte qu'en fin de détente on se trouve sur la courbe de vapeur saturante à la température du condenseur.

La méthode pour obtenir la vapeur surchauffée est d'envoyer la vapeur sèche en sortie de générateur de vapeur dans une surchauffeur (Figure ) où la vapeur est portée, à pression constante, à une température plus élevée

Le cycle de Rankine à surchauffe ou cycle de Hirn ne diffère du cycle de Rankine simple que par une transformation supplémentaire 6-1, pendant laquelle le fluide moteur est surchauffé à une température supérieure à celle de saturation, en lui fournissant une troisième quantité de chaleur Q 1-6 dans le resurchauffeur.

Ceci a pour effet d'augmenter énormément le travail de détente et donc le travail utile est d'améliorer les conditions de travail de la turbine et donc son rendement interne puisque une grande partie des étages de la turbine fonctionnent avec de la vapeur sèche. En même temps le rendement thermique du cycle augmente.

La quantité de chaleur Q1, fournit au fluide moteur totalement à pression constante, augmentera et sera composé alors d'une première quantité Q4-5 (avec augmentation de la température dans l'économiseur) pour porter celui-ci à l'état de liquide saturé (X4=0) avec augmentation de la température suivit d'une deuxième Q5-1 pour l'évaporer à température constante (T5 = T1) jusqu'à l'état de saturation (X1=1), puis d'une troisième Q1-6 pour surchauffer la vapeur saturée jusqu'à T6 >T1 =Tsat.

Le rendement du cycle de Rankine à surchauffe est :

(2.14)

(a) Le cycle de Hirn sur diagramme (T, S) (b) Installation du cycle de Hirn