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Machine pour la production de gaz sous pression.
L' invention concerne une machine pour la produc- tion de gaz sous pression dans laquelle ua piston déplaceur chasse les gaz de travail d'une manière connue à travers un accumulateur de chaleur alternativement d'une chambra de travail froide dans une chambre de travail chaude chauffée par une com- bustion interne, et inversement: et est ainsi mis à même, uni- quement par l'action directe de la chaleur, d'aspirer de l'air atmosphérique, ou n'importe quel autre gaz, et de refouler cet air ou autre gaz à une pression élevée.
L'invention repose sur cette constatation que, d'une part les quantités de travail développées par cette
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machine est le facteur essentiel déterminant le cycle thermo- dynamique de la quantité -- appelée ci-après "quantité de dé- placement" -- d'agent de travail gazeux travaillant dans la chambre de travail, quantité qui passe de la chambre de travail froide dans la. chambre de travail chaude à travers l'accumulateur de chaleur pendant la section de travail-- appelée ci-après "période de refoulement " - pendant laquelle la quantité de gaz comprimée lors de la course de refoulement, -- et appelée ci-après "quantité utile" -- est refoulée de la chambre de travail dans le tuyau à gaz sous pression;
et que, d'autre part, il n'est pas nécessaire, comme jusqu'à ce jour, de cons- ti tuer la " quantité de déplacement par une fraction de l'agent -le travail existant dans la chambre de travail, et qu'il est au contraire plus avantageux d'introduire de l'extérieur, pen- dant la période de refoulement, une quantité de gaz séparée à titre de "quantité de déplacement".
Dans les machines antérieures de ce genre, la "quantité de déplacement" était en effet soumise dans la chambre ' de travail froide, conjointement avec la compression de la "quantité utile" à la compression qui constituait une partie du circuit thermo-dynamique de la dite "quantité de déplacement- et qui précédait son passade à travers l'accumulateur de chaleur et, directement après la compression, cette quantité était tranférée, à titre d'élément de la quantité de gaz existant da s la chambre de travail, de la chambre de travail froide à la chamibre de travail chaude à travers l'accumulateur de chaleur.
Par suite, les conditions qui régnaient dans la ' chambre de travail froide, étaient lex facteurs essentiels, déterminant l'état dans lequel s'effectuait l'entrée de la " quantité de déplacement" dans l'accumulateur de chaleur. Toutefois du fait que, suivant l'invention, la"quantité de déplacement"
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est introduite dans la chambre de travail de l'extérieur et seulement pendant la période de refoulement, on peut choisir l'état de la "quantité de déplacement", c'est-à-dire aussi bien la température que la, pression de cette quantité, d'une façon indépendante de l'état de gagent de travail à son entrée dans la chambre de travail.
Comme il sera expliqué plus loin, la quantité de travail spécifique, c'est-à-dire le rendement de la machine, peut ainsi être augmentée, ou bien on peut faire en sorte que la machine produise en même temps directement du travail mécanique. Conformément à cela, la chambre de travail de la machine suivant l'invention est munie sur le côté froid du ou des accumulateurs de chaleur d'un organe d'admission com- mandé par lequel, après que la pression maximum des chambres de travail de la machine a été atteinte, des gaz comprimés peuvent être introduits dans la chambre de travail de la machine, à travers le ou les accumulateurs de chalevr; pendant la période de refoulement.
Sur .le dessin sont représentées schématiquement et à titre d'exemples,trois formes de réalisation de l'objet de l' invention.
Fig.l est une coupe longitudinale schématique d'un compresseur à gaz travaillant en circuit ouvert et actionnant une turbine à air comprimé,
Fig.2 est une coupe schématique d'un compresseur à gaz actionné par un combustible gazeux, travaillant en circuit de surpression fermé et actionnant une turbine à air comprimé.
Fig.3 montre en coupe schématique un compresseur à gaz muni d'un réfrigérant construit intérieurement.
Fig.4. montre le tiroir obturateur commandé disposé entre le cylindre auxiliaire et l'accumulateur de chaleur.
Dans la fig.l, A désigne la machine, basée sur les principes
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principes connus, servant à produire des gaz sous pression, et ap-nelée ci-après "compresseur" mette machine étant composée d'un cylindre 1 dans le-quel le piston déplaceur 2 peut recevoir un mouvement alternatif. Ce piston reçoit sa commande de vilebre- quin 3 a l'aire du coude 4. Le vilebrequin reçoit sa commande d'une manière quelconque.
On peut par exemple utiliser à cet effet une fraction de la puissance d'un moteur à air comprimé B qui doit être actionné par le gaz sous pression produit par la machine A. 5 est une accumulateur de chaleur dont le côté froid est désigné par 5a, et dmt le côté chaud est désigné par
5b, Entre le côté chaud 5b de l'accumulateur de chaleur et le piston 2 se trouve la chambre de travail chaude 6b, La chambre qui se trouve sur le côté froid % de l'accumulateur de chaleur communique par le tuyau de communication 7, contournant l'accu- mulateur de chaleur 5, avec la chambre de travail froid 6a située de l'autre côté du piston 2. 8 est une pompe à combus- tible qui introduit par exemple un combustible liquide par la tuyère 9 dans la chambre de travail chaude 6b.
Bien entendu, on peut utiliser un combustible gazeux. Si l'on fait usage de gaz de combustion comme agent de travail, c'est-à-idre si les gaz aspirés sont incapables d'entretenir la combustion, il faut en outre introduite de l'air de combustion. 10 désigne des clapets d'aspiration et 11 désigne les clapets de refoulement dont les chambres communiquent par le tuyau 12 avec un réservoir sous pression 13. Le gaz comprimé de ce réservoir peut être conduit à tout lieu d'utilisation désiré.
Suiva t l'exemple représenté, le gaz comprimé doit, en vue de produire un travail mécanique, alimenter par le tuyau 14 le moteur à air comprimé B 15 désigne un cylindre auxiliaire dans lequel se meut le piston 16 qui est relié au vilebrequin 3 sous un angle tel, eu égard au piston 2, que le dit piston 16 a déjà. effectué une partie importante de sa course montante quand le piston 2 est à son point mort infé- rieur.
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Ce cylindre auxiliaire peut encore être supprimé dans les constructions simples de la machine, auquel cas la chambre qui se trouve au-dessous du côté froid 5a de l'accu- mulateur de chaleur est isolée de l'extérieur, non pas à l'aide d'un piston mobile, mais à l'aide d'une paroi fixe 15a disposée au-dessous de l'orifice du tuyau 7 (paroi représentée en traits mixtes sur la fig.l)
On supposera d'abord que la machine travaille sans cylindre auxiliaire et que l'accumulateur de chaleur se trouve dans son état d'équilibre ou de permanence dans lequel son côté froid 5a possède approximativement la température de l'air extérieur et son côté chaud 5b une température aussi élevée que possible, soit environ 900 C
On supposera en outre que le piston 2 se trouve à sa position la plus basse,
la chambre 6a étant rempl i e de gaz froid. Lorsque le piston 2 monte, le gaz froid est refoulé hors de la chambre 6 par le tuyau de communication 7, traverse l'accumulateur de chaleur 5 et pénètre dans la chambre chaude
6b.. Dans son passage à travers l'accumulateur de chaleur 5, le gaz est chauffé par cet accumulateur jusqu'à sa température maximum.
Par suite de ce chauffage, il s'effectue, pendant que le gaz est transféré à la chambre de travail chaude 6b, une augmentation de volume du gaz transféré, laquelle augmenta- tion occasionne une augmentation de pression en raison de la constance du volume total des deux chambres de travail 6a, 6b, pendant le mouvement du piston. Pendant que le piston 2 effectue sa course ascendante, la pression augmente graduellement, à peu prèsjusqu'à la position x-x, jusqu'au moment où elle atteint celle qui s'exerce sur le clapet de refoulement 11.
En conti- nuant à monter, le piston refoule une nouvelle quantité de gaz froids
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froids à travers l'accumulateur de chaleur dans la chambre chaude 6b Dans son passage à travers l'accumulateur de chaleur, jette quantité de gaz est de nouveau chauffée jusqu'à la tempé- rature la plus haute de l'accumul .teur, puis elle est encore chauffée par la combustion du combustible introduit en 9.
Par suite de la dilatation de ces gaz, qui se produit pendant le chauffage, une quantité de gaz correspondant à l'augmentation de valume est délivrée, pendant la période de refoulement qui commence alors, de la chambre froide 6a dans le réservoir à gaz sousi pression 13 par le clapet de refoulement 11 et le tuyau 12,
La période de refoulement dure de la position x-x jusqu'à la fin de la course d'élévation du piston 2, c'est-à-dire pendant que le piston parcourt la distance h2, A commencement de la course de descente du piston 2, le gaz chaud qui se trouve dans la chambre 6b est refoulé à travers l'accumulateur de chaleur 5 et par le tuyau de communication 7 dans la chambre de travail froide 6a, En passant à travers l'accumulateur de cha- leur,
le gaz se refroidit et subit par suite une diminution de volume provoquant à son tour une diminution de pression en rai- son de la constance du volume total. Après que le piston 2 a parcouru une certaine distance dans son mouvement de descend soit lorsqu'il atteint une position y-y, la pression régnant dans les chambres de travail est descendue au-dessous de la pression extérieure à laquelle est soumis le clapet d'aspiration 10. Le piston 2 continuant à descendre, le clapet 10 s'ouvre et de l'air frais provenant de l'atmosphère, ou n'importe quel autre gaz provenant d'un réservoir, est aspiré. Il ressort de ce qui précède que, pendant une course double du piston 2, les quatre périodes ou phases e travail suivantes se déroulent:..
1. Du point mort inférieur jusqu'à la position x-x c'est-à-dire sur la distance h1 de la course d'élévation, la pression
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pression du contenu entier des chambres de travail augmente, une partie de l'agent de travail qui se trouve dans ces chambres étant transférée du côté froid au côté chaud à travers l'accu- mulateur de chaleur, ce qui effectue l'élévation de pression, et c'est pourquoi on appellera. cette quantité d'air " quantité de compression".
2. De la position x-x au point mort supérieur, c' est-à-dire sur la distance h2, s'étend la -période de refoule- ment, c'est-à-dire qu'une fraction des gaz comprimés qui se trouvent dans la chambre froide 6a, à savoir la "quantité utile" est refoulée sous la pression la plus haute dans le tuyau de refoulement. En mme temps, une'autre fraction du gaz se trouvant dans la chambre de travail froide, à savoir la "quantité de déplacement" est transférée uniquement du côté froid au côté chaud 6bvà travers l'accumulateur de chaleur et reste dans la chambre de travail.
3. Du point mort supérieur à la position y-y, c' est-à-dire pendant le parcours h3 s'effectue la diminution de pression du contenu entier des chambres de travail.
4. De la position y-y au point mort inférieur, c' est-à-dire pendant le par cours h4, des gaz frais sont aspirés dans la chambre de travail froide 6a
Pendant ces deux dernières périodes de travail, les quantités de compression et de déplacement reviennent du côté chaud au côté froid à travers l'accumulateur de chaleur.
Si l'on néglige les résistances de frottement et la différence qui existe entre les aires du piston 2 sur le côté chaud et le côté froid, par suite (le la tige de piston, le mouvement entier du piston s'effectue, par suite de l'égalité constante des pressions régrant sur les deux faces du piston, sans dépense de travail mécanique extérieur ainsi que sans déve-
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loppcment de travail mécanique de la paru piston.. Le travail d'aspiration et de compression est obtenu uniquement sous forme d'une action directe de la chaleur introduite avec le combus- tible.
Le moteur 13 actionnant l'arbre 3 n' a donc à fournir qu'un travail suffisant pour vaincre les résistances dues au mouvement/ travail qui he constitue qune faible fraction de celui emmaga- siné dans les gaz sous pression produits aux dépens de la chaleur de combustion utilisée.
Comme il ressort de ce qui précède, une partie seulement h2 de la course délévation entière h du piston 2 est utilisée pour la période de refoulement et une partie seulement h4 de la course de descente entière du piston 2 est utilisée pour la période d'aspiration, ce qui nuit au rendement volume- trique e la machine puisqu'une fraction h1 (ou K13 de la course est nécessaire pour l'élévation (ou la chute) de pression.
Lorsqu' on utilise le piston auxiliaire 16, dont la course de pression s'effectue en avance par rapport à la course montante du piston 2 et élève ainsi la pression régnant dans les chambres de tra/ail à la pression de refoulement, Mais dont la descente, effectuée après que la course de refoulement du iciston 2 est terminée, diminue la pression régnant dans la chambre de travail à la pression d'aspiration, le "quantité de compression", c'est- à-dire la quantité de gaz qui doit passer à travers l'accumula- teur de chaleur pendant les première et troisième périodes h1 et h3 en vue d'élever ou d'abaisser la pression, peut être di- minuée notablement.
Par conséquent.; la course de refoulement peut déjà commencer à une position plus basse X1-X1 du piston 2, et la course d'aspiration peut déjà commencer à une position plus haute V1-V1 dudit piston. Une fraction plus grande de la cour -se du piston 2 est par conséquent utilisée pour la période de refoulement et pour la période d'aspiration
Les gaz comprimés produits peuvent, ainsi qu'il
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a été mentionné plus haut, recevoir des applications quelconques mais actionnent de préférence un moteur à air comprimé B, de telle sorte qu'on obtient une installation de force motrice thermo-pneumatique dans laquelle le moteur à air comprimé B produisant le travail mécanique peut effectuer en outre la commande du piston principal 2 et celle du piston auxiliaire 16.
Le moteur B peut être un moteur à détente, ou peut comme il ressort de la fig.2 travailler de telle sorte qu'au lieu que les gaz sous pression recueillis du réservoir 13 soient détendus jusqu'à la pression atmosphérique pendant le dévelop- pement de travail dans le moteur B, ils possèdent encore à la sortie du dit moteur une pression supérieure à celle de l'at- mosphère et soient conduits dans un réservoir sous pression 26 de tension moindre. La machine A aspire, alcrs hors de ce réser- voir, par les clapets 10, les gaz comprimés de pression p1 et élève leur pression à la pression plus élevée p2 du réservoir 13. Dans ce cas, le compresseur A et le moteur B travaillent suivant un circuit fermé, dont la pression minimum 1 1 est plus grande que celle de l'atmosphère.
Suivant l'invention,, les ensembles de machine décrits plus haut, et par eux-mêmes connus sont rendus plus efficaces par ce fait que la "quantité de déplacement", au lieu .d'être prise dans la chambre de travail froide 6b du compres- seur thermique lui-même est introduite d'une source externe par un organe d'admission commandé 18 relié au côté froid 5a de l'accumulateur de chaleur 6 en 17 (fgi.1 et 2) Dans l'exemple d'exécution de la fig.l, la "quantité de déplacement" froide pénétrant dans la chambre de travail froide à la pression maximum se rend du réservoir à gaz sous pression 13 à l'organe d'admission 18 par la dérivation 24 et à travers un réfrigérant 25.
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La commande 18a. de 1' organe d'admission 18 est établie de telle sorte que l'ouverture d'admission s'ouvre après que la pression de refoulement a été atteinte dans la chambre
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'3e travail 6 Eb à la fin de la période de compression .,1, o'est-à-iire à la position i-x ou Xl-Xl du piston, et reste ouverte rendant la période de refoulener-t
Grâce à cette disposition, on obtient que, pendant la période de refoulement, grâce à l'organe d'admission 18, la "quantité de déplacement" est conduite au côté froid de l'accumulateur de chaleur, sous forme de gaz snus pression dont l'état diffère e celui de la quantité de gaz qui s-e trouve dans la chambre de travail froide 6a, et possède notamment la même pression, mais une température plus basse que cette der-
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nière.
Pfcii-Hnt la rrrinde e refoulement, la "quantité de dépla- jernent" introduite de l'extérieur est transférée du côté froid 5a de l'accumulateur ,.le chaleur à la chambre de travail chaude
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6.h à travers l'accumulateur . Par conséquent, pendant la pé- riode de refoulement h2, il n'est pas nécessaire de faire passer à travers l'accumulateur 5, par le tuyau de communica-
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tion 7, de oaz sus pression provenant e la chambre froide z qui se trouve au-dessus du piston 2.Au contraire, la quantité entière de gaz snus pression que renferme la chambre de travail froide 6a est refoulée au dehors à travers le clapet de refou-
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lement 11.
Les avantages ainsi obtenus sont multiples:
L'avantage le plus direct réside dans l'élévation du rendement volumétrique du compresseur car la quantité de gaz qui, autrement, devait passer sous forme de "quantité de
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-1éplaueI(.E:ùt "penrlant la période e refoulement de la chambre -le travail froide au c<>té chaud est refoulée à l'extérieur sous forme de quantité de gaz utile et augmente par conséquent la quantité de gaz utile.
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Un second avantage réside dans le fait que le tuyau de communication 7 ne travaille pas rendant la période de refoulement puisqu'il ne peut passer de gaz de la chambre de travail froide à l'accumulateur de chaleur par le dit tuyau pendant cette période. On évite ainsi les pertes de frottement résultant d'un tel mouvement de gaz.
Un troisième avantage réside dans le fait que la température du côté froid de l'accumulateur de chaleur peut être maintenue à la température minimum du cycle de travail, c'est-à-dire celle du réfrigérant, sans qu'il soit besoin de disposer un réfrigérant à l'intérieur de la chambre de travail de la machine. Ceci procure des avantages relatifs au rendement thermique et d'autres avantages relatifs au rendement volumé- trique.
Un quatrième avantage découle fait que, dans la production de la quantité de gaz comprimé introduite par 1'organe d'admission 18, une compression exothermique peut être appliquée.
Un cinquième avantage découle du fait que la quantité de gaz introduite par l'organe d'admission 13 peut êtes délivrée à une pression plus élevée que celle régnant dans la chambre de travail froide, ce qui a comme résultat que le compresseur-- travaillant, autrement sans développement de travail extérieur-- contribue à développer du travail extérieur.
Un sixième avantage réside dans l'augmentation du rendement mécanique.
Pour pouvoir estirrer à leur juste valeur les avantages dûs au fait que le réfrigérant n'a pas besoin d'être disposé dans la chambre de travail elle-même, il faut d'abord faire remarquer que, dans le compresseur A, comme dans toutes les machines thermiques transformant de la chaleur en travail,
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il ne suffit -cas, came on le sait, en raison des principes thermo-dynamiques, de délivrer uniquement de la chaleur et u' il faut au contraire '{.voir soin de céder au éliriner une certaine quantité de chaleur sous une forme quelconque.
Dans le compresseur, le mode d"élimination particulier de la chaleur ressort de ce qui suit:
Dans toutes les constructions du compresseur B, le gazs qui se trouve à la fin de la période d'aspiration, c'est- a-dire du parcours.1:14, dans la chambre de travail froide 6a, et qui possède une température relativement basse Tl, est comprimé adiabatiquement à une température relativement haute
T correspondant à l'élévation de pression de la valeur p1 à la valeur p2 pendant la période de compression suivante,- c'est- à-dire pendant le parcours h-1 Dans les constructions de com- presseur connues jusqu'à ce jour dans lesquelles la "quantité de déplacement " n'est pas délivrée de l'extérieur ..une fraction du gaz comprimé adiabatiquement arrive sur le côté chaud,
sous fonr.e de "quantité de déplacement", par l'intermédiaire de l'accumulateur de chaleur 5, pendant la période de refoule- ment h2, Comme, conformément à l'exposé du début, c'est préci- sèrent la "quantité de déplacement' qui effectue le circuit thermo-dynamique produisant le travail, il faut que la chaleur éliminée provienne de cette "quantité de déplacement" et il faut que,notamment,ce sot la chaleur de compression de cette quantité qui soit éliminée d'une manière quelconque par refroi- dissement, Si ceci n'avait pas lieu, la différence de tempéra- ture entre le côté froid et le côté chaud de l'accumulateur de chaleur, différence qui est essentielle pour le fonctionne- ment du compresseur,
serait peu à peu détruite -- comme il sera démontre plus loin.--
L'élimination de cette chaleur de compression s'effectuerait d'une manière connue, de la façon la plus directe, par un réfrigérant k placé en amont du côté froid de l'accunu- lateur
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lateur de chaleur (fig.3) lequel réfrigérant absorberait la chaleur de compression de la "quantité de déplacement" avant l'en trée dans l'accumulateur de chaleur, de sorte que cette quantité pénétrerait dans l'accumulateur 5 à la température T1 du réfri- gérant.
Par conséquent, si le côté froid 5a de l'accumu- lateur de chaleur possède déjà la température T1, cette tempé- rature ne sera pas modifiée par le passage de la dite quantité de gaz. Par centre, si le côté froid de l'accumulateur de chaleur venait à être porté à une température plus élevée par un excès de chaleur, cette température serait constamment ré- duite à la température la plus basse Tl par les gaz entrants qui arrivent à l'état refroidi du réfrigérant. La différence de température entre le côté chaud et le côté froid de l'accumu- lateur de chaleur est donc constamment maintenue et le côté froid de l'accumulateur de chaleur reçoit toujours la tempéra- ture la plus basse T1 du circuit thermo-dynamique.
La disposition du réfrigérant dans la chambre de travail elle-même est toutefois préjudiciable. En effet, une telle disposition exige des constructions coûteuses et diffi- ciles à exécuter si, dans l'espace relativement faible dont on dispose, c'est-à-dire avec de faibles dimensions, on veut obte- nir un grand effet de réfrigération. Toutefois, même dans ce cas, le réfrigérant effectue une augmentation importante de l'es- pace nuisible. Du fait que, suivant l'invention, il n'est pas nécessaire de disposer de réfrigérant dans la chambre de tra- vail , les inconvénients cités plus haut sont supprimés.
Le fait de disposer le réfrigérant à l'extérieur de la chambre de travail est connu en soi, rrais, dans la dispo- sition connue, la température du côté roid de l'accumulateur ne pouvait être maintenue qu'à une valeur supérieure à la tempéra- ture du réfrigérant, ce qui nuisait au rendement thermique et à
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la puissance ou quantité de travail spécifique de la machine.
En effet, s'il n'existe pas de réfrigérant dans la chambre -le travail elle-même, la chaleur de c ompression de la "quant té de déplacement" n'est pas extraite de cette quan- tité avant l'entrée dans l'accumulateur de chaleur. Cette quan- tité. de chaleur sera par conséquent délivrée, à l'entrée dans l'accumulateur de chaleur, au côté froid 5a du dit accumulateur la température de ce côté $' élevant ainsi à T2. Il s'ensuit que la quantité de gaz revenant au côté froid pendant les périodes suivantes de détente et d'aspiration h3 et 1,4 quitte l'accumu- lateur de chaleur à cette température plus élevée T2.
La température T2 de cette quantité de gaz qui re- vient s'élèvera à une valeur encore plus élevée T3 pendant la période de compression adiabatique suivante h1,La chaleur de compression adiabatique correspondante sera alors délivrée au côté froid 5a de l'accumulateur de. chaleur, lorsque le, "quantité de déplacement" suivante entrera dans le dit accumulateur, de sorte que la température de ce côté s'élèvera à T3. La tempéra- ture du côté froid de l'accumulateur s'élèverait ainsi constam- ment jusqu'à ce que la différence e température entre le côté jhaud et le côté froid e l'accumulateur disparaisse peu à peu, par suite, l'action de l'accumulateur, et en même temps celle du compresseur, ne se produiraient plus.
En réalité, la différence de température entre le côté froid et le côté chaud de l'accu- mulateur ne disparait pas complètement si l'on a soin que la quantité fraîche de gaz utile aspirée pendant la période d'aspi- ration pénètre constamment à la température la plus basse T1 Ceci est par exemple de suite le cas si le compresseur aspire di- rectement dans l'atmosphère de l'air dont la température est supposée égale à T1
En pareil cas, comme on va le voir, on obtient bien une certaine différence de température entre le côté froid et le / côté
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côté chaud de l'accumulateur, mais le côte froid atteint une température qui est nécessairement plus élevée que la tempéra- ture la plus basse T1 du cycle de travail.
La quantité fraîche d'air utile aspirée à cette température la plus basse Tl est en effet comprimée dans la chambre de travail froide pendant la première période de compres- sion h1, de la température Tl à la température T2 correspondant à l'élévation de pression aliabatque de p1 àp2 Pendant la période de refoulement h2 qui suit, une fraction de ce gaz com- primé est transférée au côté chaud s nus forme de "quantité de déplacement" et, dans l'entretemps, élève la température du côté froid de l'accumulateur à la, valeur T2 à son entrée dans l'accumulateur.
Cette quantité revient par suite égaleront du côté chaud à la chambre de travail froide à la température T2 Pendant la période d'aspiration suivanth4, cette quantité reve- mant à la température T2 se mélange alors avec la quantité d'air utile fraîchement aspirée de température Tl, de sorte qu'on b otient dans la chambre de travail froide une température de mélange Tl, qui est supérieure à T1 mais inférieure à T2 Pen- dant la deuxième période de compression qui suit, la compression adiabatique s'effectue de la température de mélange T1' à une température de compression T2' qui est supérieure à T2 puisque Tl était aussi supérieure à T1 Pendant la seconde période de refoulement,
le côté froid de l'accumulateur de chaleur s'é- chauffe à la température supérieure T2' dans le transfert de la seconde "quantité de déplacement" . La quantité de gaz reve- nant alors du côté chaud à la même température T2' se mélange maintenant une fois de plus pendant la période d'aspiration suivante h4 avec la quantité d'air utile fraîchement aspirée de température T1, On obtient donc dans la chambre de travail froide une seconde température de mélange T1"qui est comprise erlre T1' et T2' et qui est supérieure à la température de mélange antérieure
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antérieure Tie.
Par la répétition continuelle de ces processus, le coté froid de l'accumulateur atteint finalement une tempera" ture limite Te et la chambre de travail froide atteint à la. f i de la période d'aspimtion une température de mélange limite T]3L . Cet températures limites seront atteintes lorsque Te
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sera exactement égale à la température de compression adiabatique
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température à laquelle s'élève la température de mélange Tex de la chairbre le travail froide pendant la compression de la. valeur Jq à la valeur Ig. En effet, dans ce cas, la "quantité de déplacement" pénètre déjà dans l'acouatilateur de chaleur à la température f da cIté froid -- possédant la même tempéra- ture -- dudit ,ccumu3ateur, c'est-à-dire sans effectuer on nouvelle élévation de température du coté froid de l'accumla- teur.
Toutefois, la. quantité de gaz revenant du etté chaud au côté froid à la température Te se úlal\5" pendant la ,.ried8 d'aspiration, avec la quantité d'air utile fraîchement aapirie qui possède la tempéra¯re Tl. pour recevoir de nouymux axao- tement la température de mélange 1'1x' qui régnait à la fin de la période d'aspiration précédente. Dans cet état de pernoe,. la quantité de chaleur à éliminer est donc celle qui cerr88JHllDd à la quantité e déplacement oscillant alternativement dans l'aa et l'autre sens, à travers l'accumalateur de chaleur et à la différence de température entre Tif et 'rl:1:. Cette quantité de
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chaleur est exactement égaler la chaleur de cèdres sien de la
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quantité de déplacement qui a préoédeB<Mnt été désignée ocra
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devant être éliminée.
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Cette chaleur de 0 cmpressioJ;1éat donc éliminée dans le cas décrit en raison du fait qu'elle est ooumniquée par mêlant pendant la période d'aspiration 14 à la quantité de gaz utile fraîchement aspirée, et qu'elle est délivrée avee élit
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à l'extér ieur. Dans ce cas, la quantité de gaz utile aspirée à. la température la plus basse T1 exerce donc l'action de refroidissement nécessaire, maisle résultat du refroidissement est moins parfait que dans l'application d'un réfrigérant dis- posé à l'intérieur de la chambre de travail.
En effet, en premier lieu, le côté froid ce 1' accumulateur de chaleur ne peut être maintenu à la .température la plus basse Tl et, au contraire, reçoit une température plus élevée T2x et, en second lieu, la compression de la "quantité de déplacement" dans la chambre de travail froide -- compression dite "développement , de la .machine de travail froid"- a lieu non pas comme dans un réfrigérant disposé dans la chambre de travail, entre les températures T1 et T2, mais entre les températures plus élevées T1x et T ce qui diminue le rendement thermique.
Les mêmes conditions de température sont obtenues si le compresseur A travaille avec la machine d'utilisatinde pression B en circuit fermé suivant la disposition représentée fig.2 et si l'on fait en sorte que la quantité de gaz utile aspirée horsdu réservoir à basse pression 26 pénètre constamment à la température minimum T1 dans le compressour
Le otite froid de l' accumulateur de chaleur atteint, également dans ce cas, la température limite T2x, et il règne également la température de mélange limite T1x à la fin de la période d'aspiration.
La compression s'effectue de la tempéra- ture de mélange T1x, qui est supérieure à Tl, à, exactement, la température T2x, qui est supérieure à T2; et la quantité de gaz utile est refoulée à cette température T dans le réservoir à gaz sous pression 13. La quantité de gaz utile sortant de ce réservoir se rend à la machine B utilisant la pressionet subit dans cette machine -- en développant un travail utile correspondant -- une détente adiabatique. Comme cette détente a lieu entre- les limites de pression p2 et p1 entre lesquelles
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s'est effectuée la compression, la température s'abaisse -- si l'on néglige les pertes de chaleur -- de nouveau exactement à
T1x, valeur qu'elle possédait dans le compresseur A au commen- cement de la compression.
La quantité de gaz utile s'échappe donc, après qu'elle a développé du travail dans la machine B, à la température T1xet arrive à cette température dans le réeer- voir à basse pression 26. Il faut donc, par l'application d'un réfrigéra .± k, préférablement disposé dans le réservoir à basse pression 26, lui-même, comité indiqué en pointillé sur la fig.2 avoir soin que la quantité de gaz utile soit refroidie de T1x à T1., afin qu'elle pénètre de nouveau à cette température dans la compresseur A pendant son circuit.
En refroidissant la quantité de gaz utile de T1x àT1 dans le réfrigérant, on obtient précisément la chaleur de compression de la "quantité de déplacement" qui,pendant la période d'aspiration, avait élevé par mélange jusqu'à T1x dans le compresseur, la température Tl de la quantité de gaz utile aspirée laquelle chaleur, ainsi qu'on l'a déjà dit plus haut, doit absolument être éliminée.
La nécessité absolue de la disposition d'un réfri- gérait dans une machine travaillant suivant un circuit fermé ressort en même terrps immédiatement de ce qui précède. En effet, si l'on n'utilisait pas de réfrigérant, le gaz s'échappant de la machine qui utilise la pression et pénétrant dans le réservoir 26, dans le cas d'une entrée de gaz non refroidi dans le com- presseur A, enmmènerait la chaleur produite par la compression de la quantité de déplacement, lors du cycle de travail pré- cédent età laquelle s'ajoute toujours la chaleur de compression de la qualité de déplacement qui a été développée dans le cycle de travail suivant,
de sorte que dans l'agent de travail et pendant son circuit les chaleurs de compression de la "quantité
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d.e déplacement" se développant dans tous les cycles de travail précédents s'accumulant et effectuent une élévation de tempé- rature continuelle du gaz dans le réservoir 26. Par conséquent, il faudrait que la température du gaz pénétrant dans le com- presseur et du côté froid de l'accumulateur de chaleur atteigne graduellement la température la plas haute e l'accumulateur de chaleur.
Si le compresseur travaille en circuit ouvert, la disposition d'un réfrigérant spécial à l'extérieur de la machine est superflue car, dans ce cas, la quantité de gaz utile s' échap- pant de la machine utilisant la pression dans l'atmosphère libre est refroidie par l'atmosphère à la température ambiante Tl et une quantité d'air équivalente est aspirée par le compresseur dans l'atmosphère à la température Tl . Dans ce cas, l'atmosphère se comporte elle-même à la façon d'un réfrigérant.
Il ressort de la description qui précède des conditions de température que, dans les constructions connues du compresseur thermique, la température du côté froid de l'ac- cumulateur de chaleur ne peut être maintenue à la température la plus basse Tl que si le réfrigérant est disposé dans la chambre e travail .S'il est disposé à. l'extérieur, cette température reçoit une valeur plus grande T2x Toutefois, cette élévation de température occasionne une diminution du fondement volumétrique et de la quantité de travail spécifique de la machine.
En effet, plus la température du coté froid de l'accumulateur de chaleur peut être maintenue basse, c'est-à- dire plus la différence de température entre les côtés chaud et froid dudit accumulateur est grande, et plus les "quantités de déplacement " transférées pendant la période de refoulement du côté froid au côté chaud de l'accumulateur de chaleur doivent être
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être faibles pour déplacer vers l'extérieur, -par leur augmen- tation de volume, la quantité de gaz utile.
Plus la fraction de la quantité de gaz qui se trouve dans la chambre de travail froide et qui est requise comme quantité e déplacement par le dép;acement -le la quantité utile est faible et plus la quantité délivrée à l'extérieur est grande et par conséquent plus le rendement volumétrique du compresseur est élevé. Toutefois, comme la construction -- donnant lee conditions de température les plus favorables-- du réfrigérant dans la chambre de travail présente par contre les inconvénients susmentionnés, il était désirable de trouver les moyens faisant l'objet de l'invention et d'obtenir ses conditions de température les plus favorables même dans le cas de réfrigérants extérieurs.
Par conséquent, comme suivant l'invention, la "quantité dd déplaceront " introduite à l'état comprimé à la pression de refoulement provient d'une source externe, elle peut, avant son introduction, être refroidie rar un réfrigérant extérieur 25 (fi.l) à la température la plus basse Tl et être conduite dans cet état par le tuyau 17 à l'ac simulateur de chaleur. Le côté froid de ce dernier sera donc constamment. maintenu à la température la plus basse T1
Le réfrigérant 25 nécessaire à cet effet se trouve toutefois à l'extérieur des chambres de travail et peut donc recevoir une contenance de toute grandeur désirée sans augmen- ter l'espace nuisible.
Par conséquent, le réfrigérant peut, sans autre considération, être construit de la façon la plus simple, par exemple sous forme de réfrigérant à ruissellement, et est en outre d'accès facile.
L'action duréfrigérant disposé à l'extérieur de la chambre e travail suivant l'invention diffère essentielle- ment de l'action du réfrigérant disposé d'une panière connue à
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l'extérieur de la chambre de travail en ce sens que, alors que dans ce dernier refroidissement de l'agent de travail qui doit être introduit dans la chambre de travail avait lieu jusqu'à la limite de pression inférieure et que l'agent de travail froid était introduit dans la chambre de travail pendant la période d'aspiration on refroidit suivant l'invention, l'agent de travail à introduire dans la chambre de travail, après qu'il a été comprimé jusqu'à la pression de refoulement, c'est-à-dire jusqu'à la limite de pression supérieure,
et on l'introduit dans la chambre due travail pendant la période de refoulement après qu'il a atteint la pression maximum régnant dans cette chambre.
Suivant l'invention, il est donc important que la "quantité de déplacement "introduite pendant la période de refoulement soit, après avoir été comprimée au moins jusqu'à la pression de refoulement puis refroidie, introduite à froid daus la chambre de travail à un moment après lequel elle ne subit plus dans la chambre de travail aucune nouvelle augmenta- t ion de pression, et par suite aucune augmentation de tempéra- ture, et pénètre au contraire à sa température la plus basse dans l'accumulateur de chaleur.
Il résulte de l'observation faite au début, à savoir que c'est la "quantité de déplacement " dont le circuit thermo-dynamique fournit le développement de travail du com- presseur, que le facture essentiel déterminant le rendement thermique du compresseur est la température moyenne des varia- tions d'état à laquelle laquantité de déplacement est soumise pendant son maintien dans la chambre de travail chaude(. ou froide) étant donné que les variations d'état qui se produisent pendant la traversée de l'accumulateur de chaleur dans l'un et l'autre sens s'annulent parce qu'égales et de sens contraires.
Les
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Les températures moyennes de la variation d'état qui s'effectue dans la chambre de travail chaude (nu froide) donnent les tem- pératures limites supérieure* et inférieure du circuit thermo- dynamique qui sont les facteurs déterminants pour le calcul du rendement thermique.
Dans les constructions antérieures à la présente inventai on, dans lesquelles la quantité de déplacement consti- tuait une Fraction de l'agent de travail renfermé dans la chambre ,le travail froide, il était inévitable que la compression à laquelle l'agent de travail était soumis dans la chambre de travail froide avant son entrée dans l'accumulateur de chaleir ait lieu adiabatiquement, La température moyenne de la "quantité -le déplacèrent'' subissant une modification d'état dans la clambre de travail froide est, dans ce cas, considérablement plus élevée que la température la plus basée T1 du réfrigérant.
Un autre avantage dirait que la quantité de dépla- cement froide est introduite de l'extérieur résulte de ce que la compression peut être effectuée à l'aide de pompes séparées, le cas échéant aussi pn plusieurs phases, avec un refroidissement agissant pendant la compression, ou un refroidissement par étapes, de sorte qu'on peut comprimer la quantité de déplacement- presque isothermiquement jusqu'à la pression de refoulement.
Par la expression effectuée presque isothermiquement de la "quantité de déplacement" , la température moyenne de la modi- fication d'état de la dite quantité qui s'effectue dans les pompes, c'tst-a-dire dans une partie externe/rapportée de la chanbre de travail froide, se mpproche davantage de la limite de température la plus que dans la compression adiabatique de la quantité -le déplacèrent dans la chambre de travail froide du compresseur ce qui augmente le rendement thermique de l'ensemble des machines.
La
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La fi.2 montre une installation dans laquelle la pompe à plusieurs étages séparés 20, actionnée par l'en- semble de machines, comprime les gaz dans un réservoir à pression 19 jusqu'à la pression d'introduction, les réfrigérants 25, 25 intercalés après les divers étageséliminant la chaleur de compression. Suivant l'exemple représenté fig.2, l'ensemble des:).', machines travaille avec un circuit de surpression fermé, le moteur B délivrant son échappement dans un réservoir à basse pression 26 qui communique avec le clapet d'aspiration 10 du compresseur thermique A.
Si l'air de compression et, dans le cas où l'on utilise un combustible gazeux, ce combustible est comprimé jus- qu'à la pression de refoulement à, l'aide de pompes 29,30, res- pectivement, avant leur introduction dans la chambre de travail, et sont introduits dans la chanbre de travail sur le côté froid de l'accumulateur de chaleur auxiliaire 31,32 pendant la période de refoulement, ces gaz forment une partie de la "quantité de déplacement " de sorte que la quantité de déplacement intro- duite en 17 peut être diminuée de façon correspondante.
Les pompes à gaz frais 29 et 30 sont alimentées, respectivement, par les réservoirs à air 33 et à gaz 34 dans lesquels règne la limite de pression inférieure p1 du circuit fermé. L'air et le gaz comprimés par les pompes 35,36 dans les réservoirs 33,34 , respectivement, sont dérivés respectivement de l'atmosphère et de la source de az. Après chaque cycle de travail, il faut séparer de la chambre de travail un poids de gaz de combustion équivalent au poids du combustible introduit et ,le l'air de combustion introduit, car, autrement, la quantité d'agent de travail que renferme cette chambre augmenterait continuellement.
Les gaz de combustion se séparant passent dans le réservoir 38, à la pression inférieure p1 du circuit fermé dans
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dans chaque cycle de travail, à travers un organe d'échappement commandé 43. Leur énergie de pression peut a antageusement être utilisée dans le moteur à basse pression 40 dans lequel ils se détehlent de la pression ¯& à un atrr.osphère en fournissant du travail et réchappent ensuite dans 1* atmosphère. La chaleur de compression des gaz frais, chaleur produite par la compres- sion dans les rompes 35,36 , est en partie transmise par des ou, des, régénérateurs.
à l'agent de travail massant du réservoir récupérateurs 37,38/39 au moteur a basse pression 40, afin que sa température ne s'abaisse pas d'une façon désavantageuse au-dessous de celle de l'atmosphère par suite de la détente, et une autre partie de cette chaleur est éliminée par les réfrigérants 41 et 42.
Dans la disposition décrite, la, modification d'état que se produit dans la chambre de travail pour une des parties des gaz frais constituant la "quantité de déplacement" consiste dans la compression, par les pompes 29,30, de la tempé- rature des réfrigérants 41,42 à la température de compression adiabatique, mais cette compression peut aussi, en vue d'abaisser la température inférieure moyenne, 'une façon.analogue à celle de la "quantité de déplacement " restante dans la pompe 20, être effectuée isothermiquement.
Dans les cas décrits relativement aux fig.1 et 2, la différence de l'état de l'agent de travail qui se trouve danss la chambre de travail froide de la machine pendant la rériode de refoulement et de la "quantité de déplacement " introduite de l'extérieur consiste en ce que cette dernière possède une température plus basse que les gaz comprimés adia- batiqeuement qui se trouvent dans la chambre de travail froide de la machine. La "quantité de déplacement " introduite de l'extérieur peut toutefois posséder aussi une pression plus élevée
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élevée que celle régnant dans la chambre froide pendant la péroide de refoulement..
Dans ce cas, il faut toutefois prévoir encore un autre organe obturateur commandé qui coupe la communication entre les parties froides de la chambre de travail, situées des deux côtés du piston.-- guidé dans ce cas hermétiquement-- pendant l'introduction de la "quantité de déplacement " S'il existe aussi un cylindre auxiliaire 15, il faut entoutre que cet obturateur auxiliaire coupe aussi la communication entre le cylindre auxiliaire et l'accumulateur de chaleur sans supprimer la communication entre le cylindre auxiliaire et le côté froid du piston principal 2.
Si, cornue cela est représenté fig.2, le. piston auxiliaire 16 est tourné directement par sa face de travail active vers le côté froid de l'accumulateur de chaleur, avec le tuyau de communication 7, débouchant entre l'accumulateur et le piston auxiliaire 16, il faut que l'obturateur soit situé entre le joint d'introduction dudit tuyau 7 et le côté froid de l'accumulateur.
là fig.4 montre la disposition d'un tel obturateur Entre le côté froid 5a de l'accumulateur 5 et le cylindre auxi- liaire 15,un tiroir 21 est intercalé, selon la fig.4 de telle manière qu' il se trouve entre l'orifice du tuyau 7 et le dit côté froid 5a Les clapets 18 admettant la "quantité de refou- lement" qui doit être introduite de l'extérieur sont disposés en cercle autour du fond du cylindre auxiliaire 15 et débouchent dans la chambre comprise entre le tiroir 21 et le côté froid 5a de l'accumulateur de chaleur. Le tiroir 21 et les clapets 18 sont commandés de telle sorte que le tiroir 21 se ferme lorsque la pression de refoulement se trouve atteinte et que les clapets 18 s'ouvrent ensuite.
Dans ce dispositif, la "quantité de déplacement " peut être introduite sous une pression plus élevée que la pression de refoulement, de sorte que la pression régnât dans
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dans la chambre 6b) (fig.2) peut être plus élevée que celle reliant dans la chambre 6. Les clapets 18 se refenrent avant la fin de la course de refoulement, et ce, assez tôt pour qu'il s'effectue une expansion dans la chambre 6b etque, jusqu'à la fin -le la course, la pression redevienne, la même sur les deux faces du piston 2.
Aussi longtemps qu'il règne une différence de pression entre les deux ctés du piston 2, c' est-à-dire pendant la partie de la période de refoulement qui précède l'égalité des pressions régnant de part et d'autre du pistcn à la fin de l'expansion, cette différence a pour effet de développer un travail qui actionne le piston 2 et qui peut être érivé du vilebrequin 3. Dans ce cas la machine se comporte non seulement à la façon d'un géné-ateur e gaz sous pression mis encore a la façon d'une machine motrice produisant directement du travail mécanique.
Il est aussi avantageux de disposer un obturateur entre le tuyau 7 reliant le cylindre auxiliaire à la face de pistai froide de la chanbre de travail et le point d'entrée 17 de la "quantité de déplacement " quand cette quantité n'estt pas introduite à une pression plus élevée que celle de refoule- meut, en vue d'empêcher complètement, dans ce cas, un mélange e la quantité de déplacement froide introduite avec les gaz plus chauds poussés par le cylindre auxiliaire dans le tuyau de communication 7.
Toutefois, un obturateur à action d'obturateur complète, et par conséquent commandé, n'est pas nécessaire à cet effet et il suffit au contraire de prévoir (fig.l) une cloi- son 21 présentant des ouvertures dont les dimensions sont telles qu'elles entravent seulement le mélange des gaz froids et chauds,
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à travers la cloison, en opposant au passade du gaz du cylindre auxiliaire vers l'accumulateur une résistance plus grande que celle correspondant au passage par le tuyau de comrunication 7.
Par suite, dans la course du piston auxiliaire 16 vers l'inté- rieur, l'agent de travail passe du cylindre auxiliaire au côté froid du piston principal 2'. principalement par le tuyau 7, et il n'en passe qu'une faible fraction à travers la, cloison 21a
La disposition de 1'organe d'étranglement ou d'obturation 21 dépend des positions réciproques du cylindre auxiliaire et du côté froid de l'accumulateur de chaleur. Le cas échéant, il peut être nécessaire de prévoir deux organes d'étranglement ou d'obturation de ce genre pour couper la com- munication entre le cylindre auxiliaire et le ou les accumula- teurs de chaleur et la chambre de travail située sur le côté froid du piston.
Il a été démontré plus haut que l'invention aug- mente le rendement thermique et la quantité de travail spécifique de la machine. Gomme une partie des pertes d'énergie par exemple les pertes de chaleur par rayonnement et conduction de la chambre de travail chaude ne dépendent que des dimensions et des tempé- ratures régnantes, etnépendent donc pas directement de la quantité de travail fournie, le rapport entre ces pertes inva- riables et la quantité de travail totale devient plus favorable quand la quantité de travail de la même machine augmente. L'aug- mentation de la quantité de travail spécifique effectue donc à son tour une augmentation du rendement thermique.
Le rendement mécanique est d'ailleurs aussi augmenté En effet, étant donné que la compression de la "quantité de dé- placement " peut être effectuée à l'extérieur de la chambre de travail du compresseur thermique dans des pompes séparées (voir 20, fig.2) celles-ci peuvent être adaptées aux conditions les plus
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plus favorables, indépendamment de la machine thermique, sous le rapport de leur construction (par exemple à plusieurs étages et à double effet) et e leur nombre de tours, de sorte que le travail de compression de la qualité de déplacement s'effectue avec un Meilleur rendement mécanique que s'il s'effectuait dans le compresseur même.
REVENDICATIONS
1.- Machine pour la production de gaz sous pression, dans laquelle un piston déplaceur chasse les gaz de travail à travers un accumulateur de chaleur alternativement d'une chambre de travail froide dans une chambre de travail chaude chauffée par une combustion interne, et inversement, caractérisée par le fait que, après que la pression de refou- lement a été atteinte dans les chambres .de travail de la machine du gaz froid provement d'une source de gaz sous pression située à l'extérieur de la machine, possédant au moins la pression de refoulement et agissant comme "quantité de déplacement " est amené, pendant la période de refoulement, au côté froid de l'accumulateur de chaleur.
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Machine for the production of gas under pressure.
The invention relates to a machine for the production of gas under pressure in which a displacer piston drives the working gases in a known manner through a heat accumulator alternately from a cold working chamber into a hot working chamber. heated by internal combustion, and vice versa: and is thus enabled, solely by the direct action of heat, to suck in atmospheric air, or any other gas, and to discharge this air or other gas at high pressure.
The invention is based on this observation that, on the one hand, the quantities of work developed by this
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machine is the essential factor determining the thermodynamic cycle of the quantity - hereinafter referred to as "displacement quantity" - of gaseous working agent working in the working chamber, which quantity passes from the working chamber cold in the. hot working chamber through the heat accumulator during the working section - hereinafter called "discharge period" - during which the quantity of gas compressed during the discharge stroke, - and hereinafter called " useful quantity "- is forced from the working chamber into the pressurized gas pipe;
and that, on the other hand, it is not necessary, as hitherto, to con- stitute the "amount of displacement by a fraction of the agent - the work existing in the working chamber, and whereas it is on the contrary more advantageous to introduce from the outside, during the discharge period, a separate quantity of gas as "displacement quantity".
In earlier machines of this kind, the "amount of displacement" was indeed subjected in the cold working chamber, together with the compression of the "useful amount" to the compression which formed part of the thermodynamic circuit of the machine. called "quantity of displacement - and which preceded its passage through the heat accumulator and, directly after the compression, this quantity was transferred, as part of the quantity of gas existing in the working chamber, of the cold working chamber to the hot working chamber through the heat accumulator.
Hence, the conditions prevailing in the cold working chamber were the essential factors determining the state in which the entry of the "displacement amount" into the heat accumulator took place. However, the fact that, according to the invention, the "amount of displacement"
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is introduced into the working chamber from the outside and only during the discharge period it is possible to choose the state of the "displacement quantity", that is to say both the temperature and the pressure of this quantity, independently of the state of the work pledge when it enters the work chamber.
As will be explained later, the specific amount of work, i.e. the efficiency of the machine, can thus be increased, or the machine can be made to simultaneously produce mechanical work at the same time. In accordance with this, the working chamber of the machine according to the invention is provided on the cold side of the heat accumulator (s) with a controlled inlet member by which, after the maximum pressure of the working chambers of the machine has been reached, compressed gases can be introduced into the working chamber of the machine, through the chalevr accumulator (s); during the period of refoulement.
In the drawing are shown schematically and by way of example, three embodiments of the object of the invention.
Fig.l is a schematic longitudinal section of a gas compressor working in open circuit and actuating a compressed air turbine,
Fig.2 is a schematic sectional view of a gas compressor actuated by a gaseous fuel, working in a closed pressure circuit and actuating a compressed air turbine.
Fig.3 shows in schematic section a gas compressor provided with an internally constructed refrigerant.
Fig. 4. shows the controlled shutter slide arranged between the auxiliary cylinder and the heat accumulator.
In fig. L, A designates the machine, based on the principles
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known principles, serving to produce pressurized gas, and called hereinafter "compressor" machine being composed of a cylinder 1 in which the displacement piston 2 can receive a reciprocating movement. This piston receives its crankshaft command 3 at the area of the elbow 4. The crankshaft receives its command in any way.
For example, it is possible to use for this purpose a fraction of the power of a compressed air motor B which is to be operated by the pressurized gas produced by the machine A. 5 is a heat accumulator, the cold side of which is designated by 5a , and dmt the hot side is denoted by
5b, Between the hot side 5b of the heat accumulator and the piston 2 is the hot working chamber 6b, The chamber located on the cold side% of the heat accumulator communicates through the communication pipe 7, bypassing the heat accumulator 5, with the cold working chamber 6a located on the other side of the piston 2. 8 is a fuel pump which, for example, introduces a liquid fuel through the nozzle 9 into the combustion chamber. hot work 6b.
Of course, a gaseous fuel can be used. If combustion gas is used as the working medium, that is, if the aspirated gases are incapable of supporting combustion, it is also necessary to introduce combustion air. 10 denotes suction valves and 11 denotes the discharge valves whose chambers communicate via pipe 12 with a pressurized tank 13. The compressed gas from this tank can be carried to any desired place of use.
Following the example shown, the compressed gas must, in order to produce mechanical work, feed through the pipe 14 the compressed air motor B 15 designates an auxiliary cylinder in which the piston 16 moves which is connected to the crankshaft 3 under an angle such, with respect to piston 2, that said piston 16 already has. performed a significant part of its upstroke when piston 2 is at its lower dead center.
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This auxiliary cylinder can still be omitted in simple machine constructions, in which case the chamber which is located below the cold side 5a of the heat accumulator is insulated from the outside, not with the aid. a movable piston, but with the aid of a fixed wall 15a disposed below the orifice of the pipe 7 (wall shown in phantom in fig.l)
It will first be assumed that the machine works without an auxiliary cylinder and that the heat accumulator is in its state of equilibrium or permanence in which its cold side 5a has approximately the temperature of the outside air and its hot side 5b as high a temperature as possible, around 900 C
It will also be assumed that the piston 2 is in its lowest position,
the chamber 6a being filled with cold gas. When the piston 2 rises, the cold gas is forced out of the chamber 6 through the communication pipe 7, passes through the heat accumulator 5 and enters the hot chamber
6b .. In its passage through the heat accumulator 5, the gas is heated by this accumulator to its maximum temperature.
As a result of this heating, while the gas is being transferred to the hot working chamber 6b, there is an increase in the volume of the transferred gas, which increase causes an increase in pressure due to the constancy of the total volume. of the two working chambers 6a, 6b, during the movement of the piston. As the piston 2 performs its upstroke, the pressure gradually increases, roughly up to position x-x, until it reaches that exerted on the discharge valve 11.
By continuing to rise, the piston delivers a new quantity of cold gas
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through the heat accumulator in the hot chamber 6b As it passes through the heat accumulator, the quantity of gas is again heated up to the highest temperature of the accumulator .tor, then it is still heated by the combustion of the fuel introduced at 9.
As a result of the expansion of these gases, which occurs during heating, a quantity of gas corresponding to the increase in valume is delivered, during the discharge period which then begins, from the cold chamber 6a into the gas tank underi pressure 13 via the discharge valve 11 and the pipe 12,
The discharge period lasts from position xx until the end of the upstroke of piston 2, i.e. while the piston travels the distance h2, A beginning of the downstroke of piston 2 , the hot gas which is in the chamber 6b is discharged through the heat accumulator 5 and through the communication pipe 7 into the cold working chamber 6a, passing through the heat accumulator,
the gas cools and consequently undergoes a decrease in volume causing in turn a decrease in pressure due to the constancy of the total volume. After the piston 2 has traveled a certain distance in its downward movement, i.e. when it reaches a position yy, the pressure in the working chambers has fallen below the external pressure to which the suction valve is subjected 10. As the piston 2 continues to descend, the valve 10 opens and fresh air from the atmosphere, or any other gas from a reservoir, is sucked in. It emerges from the above that, during a double stroke of the piston 2, the following four periods or phases of work take place: ..
1. From the lower dead center to the x-x position, that is to say over the distance h1 of the lifting stroke, the pressure
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pressure of the entire contents of the working chambers increases, part of the working medium in these chambers being transferred from the cold side to the hot side through the heat accumulator, which causes the pressure to rise , and that's why we will call. this amount of air "amount of compression".
2. From position xx to upper dead center, that is to say over distance h2, the delivery period extends, that is to say that a fraction of the compressed gases which are found in the cold room 6a, ie the "useful quantity" is discharged under the highest pressure in the discharge pipe. At the same time, another fraction of the gas in the cold working chamber, namely the "displacement amount" is transferred only from the cold side to the hot side 6bv through the heat accumulator and remains in the working chamber. .
3. From the upper dead point to the y-y position, that is to say during the h3 path, the pressure reduction of the entire contents of the working chambers takes place.
4. From position y-y to lower dead center, that is to say during the course h4, fresh gases are sucked into the cold working chamber 6a.
During these last two working periods, the amounts of compression and displacement return from the hot side to the cold side through the heat accumulator.
If one neglects the frictional resistances and the difference which exists between the areas of the piston 2 on the hot side and the cold side, therefore (the piston rod, the entire movement of the piston takes place, as a result of constant equality of pressures on both sides of the piston, without external mechanical work expenditure as well as without
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Mechanical working loppcment of the piston. The suction and compression work is obtained only in the form of a direct action of the heat introduced with the fuel.
The motor 13 actuating the shaft 3 therefore only has to provide sufficient work to overcome the resistances due to the movement / work which it constitutes only a small fraction of that stored in the pressurized gases produced at the expense of heat. of combustion used.
As can be seen from the above, only part h2 of the entire lifting stroke h of piston 2 is used for the discharge period and only part h4 of the entire lowering stroke of piston 2 is used for the suction period , which is detrimental to the volume efficiency of the machine since a fraction h1 (or K13 of the stroke is necessary for the rise (or fall) in pressure.
When using the auxiliary piston 16, the pressure stroke of which is carried out in advance with respect to the upstroke of the piston 2 and thus raises the pressure prevailing in the tra / ail chambers to the discharge pressure, but whose lowering, carried out after the discharge stroke of iciston 2 is completed, decreases the pressure in the working chamber to the suction pressure, the "compression quantity", that is to say the quantity of gas which must pass through the heat accumulator during the first and third periods h1 and h3 in order to raise or lower the pressure, can be considerably reduced.
Therefore.; the delivery stroke can already start at a lower position X1-X1 of the piston 2, and the suction stroke can already start at a higher position V1-V1 of said piston. A larger fraction of the stroke of piston 2 is therefore used for the discharge period and for the suction period.
The compressed gases produced can, as well as
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has been mentioned above, to receive any applications but preferably operate a compressed air motor B, so that a thermo-pneumatic driving force installation is obtained in which the compressed air motor B producing the mechanical work can perform in addition, the control of the main piston 2 and that of the auxiliary piston 16.
The motor B may be an expansion motor, or may, as can be seen from fig. 2, work so that instead of the pressurized gases collected from the reservoir 13 are expanded to atmospheric pressure during the development. working in engine B, they still have at the outlet of said engine a pressure greater than that of the atmosphere and are conducted into a pressure tank 26 of lower voltage. The machine A sucks, alcrs out of this tank, by the valves 10, the compressed gases of pressure p1 and raises their pressure to the higher pressure p2 of the tank 13. In this case, the compressor A and the motor B are working. following a closed circuit, the minimum pressure 1 1 of which is greater than that of the atmosphere.
According to the invention, the machine assemblies described above, and by themselves known are made more efficient by this fact than the "amount of displacement", instead of being taken in the cold working chamber 6b of the machine. The thermal compressor itself is introduced from an external source by a controlled intake member 18 connected to the cold side 5a of the heat accumulator 6 at 17 (fgi.1 and 2). of fig.l, the cold "displacement quantity" entering the cold working chamber at maximum pressure travels from the pressurized gas tank 13 to the inlet member 18 through the bypass 24 and through a refrigerant 25.
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EMI10.1
Command 18a. of the inlet member 18 is established so that the inlet opening opens after the outlet pressure has been reached in the chamber.
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'3rd work 6 Eb at the end of the compression period., 1, o is to iire at the i-x or Xl-Xl position of the piston, and remains open making the repress-t period
Thanks to this arrangement, it is obtained that, during the discharge period, thanks to the inlet member 18, the "displacement quantity" is conducted to the cold side of the heat accumulator, in the form of pressurized gas, of which the state differs from that of the quantity of gas which is in the cold working chamber 6a, and notably has the same pressure, but a lower temperature than the latter.
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niere.
In addition to the discharge, the "displacement quantity" introduced from the outside is transferred to the cold side 5a of the accumulator, the heat to the hot working chamber.
EMI10.4
6.h through the accumulator. Consequently, during the discharge period h2, it is not necessary to pass through the accumulator 5, through the communication pipe.
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tion 7, from oaz under pressure coming from the cold chamber z which is located above the piston 2. On the contrary, the entire quantity of gas under pressure which the cold working chamber 6a contains is discharged outside through the valve. refou-
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element 11.
The advantages thus obtained are numerous:
The most direct advantage lies in the increase in the volumetric efficiency of the compressor because the quantity of gas which otherwise would have to pass in the form of "quantity of gas.
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-1plaueI (.E: ùt "during the period of discharge from the chamber - cold work at the hot side is discharged outside in the form of a quantity of useful gas and consequently increases the quantity of useful gas.
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A second advantage lies in the fact that the communication pipe 7 does not work, rendering the discharge period since it cannot pass gas from the cold working chamber to the heat accumulator through said pipe during this period. Friction losses resulting from such gas movement are thus avoided.
A third advantage lies in the fact that the temperature of the cold side of the heat accumulator can be kept at the minimum temperature of the working cycle, that is to say that of the refrigerant, without the need for a refrigerant inside the working chamber of the machine. This provides thermal efficiency advantages and other volumetric efficiency advantages.
A fourth advantage follows that in producing the quantity of compressed gas introduced by the inlet member 18 exothermic compression can be applied.
A fifth advantage derives from the fact that the quantity of gas introduced by the intake member 13 can be delivered at a pressure higher than that prevailing in the cold working chamber, which results in the compressor - working, otherwise without the development of external work - helps to develop external work.
A sixth advantage lies in the increase in mechanical efficiency.
In order to be able to fully appreciate the advantages due to the fact that the refrigerant does not need to be placed in the working chamber itself, it must first be noted that, in compressor A, as in all thermal machines transforming heat into work,
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it is not enough -case, cam we know, because of thermodynamic principles, to deliver only heat and u 'on the contrary' {. be careful to yield to the elimination of a certain quantity of heat in any form .
In the compressor, the particular heat elimination mode is shown by the following:
In all constructions of compressor B, the gas which is at the end of the suction period, that is to say of the path. 1:14, in the cold working chamber 6a, and which has a temperature relatively low Tl, is compressed adiabatically at a relatively high temperature
T corresponding to the pressure rise from value p1 to value p2 during the following compression period, - that is to say during the journey h-1 In the compressor constructions known to date in which the "displacement amount" is not supplied from the outside ... a fraction of the adiabatically compressed gas arrives on the hot side,
on the basis of "amount of displacement", via the heat accumulator 5, during the discharge period h2, As, according to the discussion at the beginning, it is specified the " quantity of displacement which carries out the thermodynamic circuit producing the work, it is necessary that the heat eliminated comes from this "quantity of displacement" and it is necessary that, in particular, it is the heat of compression of this quantity which is eliminated from in any way by cooling, If this does not take place, the temperature difference between the cold side and the hot side of the heat accumulator, a difference which is essential for the operation of the compressor,
would gradually be destroyed - as will be demonstrated later.
The elimination of this heat of compression would be effected in a known manner, in the most direct manner, by a refrigerant k placed upstream of the cold side of the accumulator.
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heat generator (fig.3) which refrigerant would absorb the heat of compression of the "displacement amount" before entering the heat accumulator, so that this amount would enter the accumulator 5 at the temperature T1 of refrigerator.
Therefore, if the cold side 5a of the heat accumulator already has the temperature T1, this temperature will not be changed by the passage of said quantity of gas. By center, if the cold side of the heat accumulator were to be brought to a higher temperature by an excess of heat, this temperature would be constantly reduced to the lowest temperature Tl by the incoming gases which arrive at l 'cooled state of the refrigerant. The temperature difference between the hot side and the cold side of the heat accumulator is therefore constantly maintained and the cold side of the heat accumulator always receives the lowest temperature T1 from the thermodynamic circuit.
The arrangement of the refrigerant in the working chamber itself is however detrimental. In fact, such an arrangement requires expensive and difficult constructions to carry out if, in the relatively small space available, that is to say with small dimensions, it is desired to obtain a large cooling effect. . However, even in this case, the refrigerant effects a large increase in the nuisance space. Since, according to the invention, it is not necessary to have a refrigerant in the working chamber, the above-mentioned drawbacks are eliminated.
The fact of disposing the refrigerant outside the working chamber is known per se, but in the known arrangement the temperature on the cold side of the accumulator could only be maintained at a value greater than the temperature. coolant temperature, which adversely affected thermal efficiency and
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the specific power or amount of work of the machine.
Indeed, if there is no refrigerant in the chamber - the work itself, the heat of compression of the "amount of displacement" is not extracted from this amount before entering the chamber. the heat accumulator. This quantity. of heat will therefore be delivered, at the entrance to the heat accumulator, to the cold side 5a of said accumulator, the temperature on this side $ 'thus raising to T2. As a result, the amount of gas returning to the cold side during the subsequent expansion and suction periods h3 and 1.4 leaves the heat accumulator at this higher temperature T2.
The temperature T2 of this amount of returning gas will rise to an even higher value T3 during the next adiabatic compression period h1. The corresponding adiabatic heat of compression will then be delivered to the cold side 5a of the accumulator. heat, when the next "displacement amount" enters said accumulator, so that the temperature on that side will rise to T3. The temperature of the cold side of the accumulator would thus rise steadily until the temperature difference between the hot side and the cold side of the accumulator gradually disappeared, hence the action of the accumulator, and at the same time that of the compressor, would no longer occur.
In reality, the temperature difference between the cold side and the hot side of the accumulator does not disappear completely if care is taken that the cool quantity of useful gas sucked during the suction period constantly penetrates to the lowest temperature T1 This is for example immediately the case if the compressor draws air directly from the atmosphere whose temperature is assumed to be equal to T1
In such a case, as we will see, we get a certain temperature difference between the cold side and the / side.
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hot side of the accumulator, but the cold side reaches a temperature which is necessarily higher than the lowest temperature T1 of the working cycle.
The fresh quantity of useful air drawn in at this lowest temperature Tl is in fact compressed in the cold working chamber during the first compression period h1, from the temperature Tl to the temperature T2 corresponding to the rise in pressure. aliabatque from p1 to p2 During the discharge period h2 which follows, a fraction of this compressed gas is transferred to the naked hot side as a "displacement quantity" and, in the meantime, increases the temperature of the cold side of the l 'accumulator at the, value T2 when it enters the accumulator.
This quantity therefore returns to the hot side equal to the cold working chamber at temperature T2 During the suction period following h4, this quantity returning to temperature T2 then mixes with the quantity of useful air freshly drawn in at temperature Tl, so that in the cold working chamber, a mixing temperature Tl, which is higher than T1 but lower than T2, is obtained in the cold working chamber.During the second compression period which follows, adiabatic compression takes place from the temperature mixing T1 'at a compression temperature T2' which is greater than T2 since Tl was also greater than T1 During the second discharge period,
the cold side of the heat accumulator heats up to the upper temperature T2 'in the transfer of the second "displacement quantity". The quantity of gas then returning from the hot side at the same temperature T2 'now mixes once more during the following suction period h4 with the quantity of freshly drawn useful air of temperature T1. cold working chamber a second mixing temperature T1 "which is between T1 'and T2' and which is higher than the previous mixing temperature
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earlier Tie.
By the continual repetition of these processes, the cold side of the accumulator finally reaches a limit temperature Te and the cold working chamber reaches at the end of the suction period a limit mixture temperature T] 3L. limit temperatures will be reached when Te
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will be exactly equal to the adiabatic compression temperature
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temperature at which the temperature of the mixture Tex of the flesh rises during the cold work during compression of the. Jq value to Ig value. Indeed, in this case, the "amount of displacement" already penetrates into the heat acouatilateur at the temperature f in the cold - having the same temperature - of said accumulator, that is to say without carry out a new temperature rise on the cold side of the accumulator.
However, the. quantity of gas returning from the hot summer to the cold side at the temperature Te se úlal \ 5 "during the suction, with the quantity of freshly aapirie useful air which has the temperature Tl. to receive new axao - the mixing temperature 1'1x 'which prevailed at the end of the preceding suction period. In this state of heat, the quantity of heat to be removed is therefore that which confers on the quantity of displacement oscillating alternately in the 'aa and the other direction, through the heat accumulator and at the temperature difference between Tif and' rl: 1 :. This quantity of
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warmth is exactly equal to the warmth of his cedars from the
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amount of displacement which has preoeded B <M not been designated ocra
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to be eliminated.
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This heat of 0 cmpressioJ; 1eat therefore eliminated in the case described due to the fact that it is produced by mixing during the aspiration period 14 with the quantity of useful gas freshly drawn in, and that it is delivered with electives.
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outside. In this case, the amount of useful gas sucked out. the lower temperature T1 therefore exerts the necessary cooling action, but the result of the cooling is less perfect than in the application of a refrigerant placed inside the working chamber.
Indeed, in the first place, the cold side of this heat accumulator cannot be kept at the lowest temperature T1 and, on the contrary, receives a higher temperature T2x and, secondly, the compression of the " amount of displacement "in the cold working chamber - so-called compression" development, of the cold working machine "- takes place not as in a refrigerant placed in the working chamber, between temperatures T1 and T2, but between the higher temperatures T1x and T which reduces the thermal efficiency.
The same temperature conditions are obtained if the compressor A works with the pressure utilization machine B in a closed circuit according to the arrangement shown in fig. 2 and if one ensures that the useful quantity of gas sucked out of the low pressure tank 26 constantly penetrates the compressor at the minimum temperature T1
The cold otitis of the heat accumulator also reaches the limit temperature T2x in this case, and the limit mixing temperature T1x also prevails at the end of the suction period.
The compression takes place from the mixing temperature T1x, which is higher than T1, to, exactly, the temperature T2x, which is higher than T2; and the quantity of useful gas is delivered at this temperature T into the pressurized gas tank 13. The quantity of useful gas leaving this tank goes to the machine B using the pressure and undergoes in this machine - developing useful work corresponding - adiabatic relaxation. As this expansion takes place between the pressure limits p2 and p1 between which
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compression has taken place, the temperature drops - if we neglect the heat losses - again exactly to
T1x, value it had in compressor A at the start of compression.
The quantity of useful gas therefore escapes, after it has developed work in the machine B, at the temperature T1x and arrives at this temperature in the low pressure tank 26. It is therefore necessary, by applying d 'a refrigerator ± k, preferably placed in the low pressure tank 26, itself, committee indicated in dotted lines in fig. 2 take care that the quantity of useful gas is cooled from T1x to T1., so that it enters compressor A again at this temperature during its circuit.
By cooling the useful quantity of gas from T1x to T1 in the refrigerant, precisely the heat of compression of the "displacement quantity" which, during the suction period, had been mixed up to T1x in the compressor, the temperature T1 of the useful quantity of gas sucked in, which heat, as has already been said above, must absolutely be removed.
The absolute necessity of the provision of a refrigerator in a machine working in a closed circuit emerges immediately from the above. In fact, if no refrigerant was used, the gas escaping from the machine which uses the pressure and entering the reservoir 26, in the case of an uncooled gas entering the compressor A , would entail the heat produced by the compression of the displacement quantity, during the previous work cycle and to which is always added the compression heat of the displacement quality which was developed in the following work cycle,
so that in the working agent and during his circuit the heats of compression of the "quantity
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of displacement "developing in all previous work cycles accumulating and effecting a continual rise in the temperature of the gas in the tank 26. Therefore, the temperature of the gas entering the compressor and the side The cold of the heat accumulator gradually reaches the highest temperature in the heat accumulator.
If the compressor operates in an open circuit, the provision of a special refrigerant outside the machine is superfluous because, in this case, the quantity of useful gas escaping from the machine using the pressure in the atmosphere. free is cooled by the atmosphere to ambient temperature T1 and an equivalent quantity of air is sucked by the compressor into the atmosphere at temperature T1. In this case, the atmosphere itself behaves like a refrigerant.
From the foregoing description of the temperature conditions, it is apparent that in known constructions of the thermal compressor, the temperature of the cold side of the heat accumulator can only be maintained at the lowest temperature Tl if the refrigerant is arranged in the room e work. If it is willing to. outside, this temperature receives a greater value T2x However, this temperature rise causes a decrease in the volumetric foundation and the specific amount of work of the machine.
In fact, the more the temperature of the cold side of the heat accumulator can be kept low, that is to say the greater the temperature difference between the hot and cold sides of said accumulator, and the greater the "amounts of displacement. "transferred during the discharge period from the cold side to the hot side of the heat accumulator must be
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be weak in order to move the quantity of useful gas towards the outside, by their increase in volume.
The lower the fraction of the quantity of gas which is in the cold working chamber and which is required as the quantity of displacement by the dep; acement -the useful quantity is small and the greater the quantity delivered to the outside. Consequently, the higher the volumetric efficiency of the compressor. However, as the construction - giving the most favorable temperature conditions - of the refrigerant in the working chamber presents on the other hand the aforementioned drawbacks, it was desirable to find the means forming the object of the invention and to obtain its most favorable temperature conditions even in the case of external refrigerants.
Therefore, as according to the invention, the "amount dd will displace" introduced in a compressed state at the discharge pressure comes from an external source, it can, before its introduction, be cooled by an external refrigerant 25 (fi. l) at the lowest temperature Tl and be conducted in this state by pipe 17 to the heat simulator ac. The cold side of the latter will therefore be constantly. maintained at the lowest temperature T1
The refrigerant required for this purpose, however, is located outside the working chambers and can therefore accommodate any desired size without increasing the detrimental space.
Therefore, the refrigerant can, without further consideration, be constructed in the simplest way, for example as a trickle refrigerant, and furthermore is easily accessible.
The action of the refrigerant placed outside the working chamber according to the invention differs essentially from the action of the refrigerant placed in a basket known to
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outside the working chamber in the sense that, while in this latter cooling of the working medium which is to be introduced into the working chamber took place up to the lower pressure limit and the cooling agent cold work was introduced into the working chamber during the suction period is cooled according to the invention, the working agent to be introduced into the working chamber, after it has been compressed up to the discharge pressure, i.e. up to the upper pressure limit,
and it is introduced into the working chamber during the discharge period after it has reached the maximum pressure prevailing in this chamber.
According to the invention, it is therefore important that the "displacement quantity" introduced during the discharge period is, after having been compressed at least up to the discharge pressure and then cooled, introduced cold into the working chamber at a temperature. moment after which it no longer undergoes any further increase in pressure in the working chamber, and consequently no increase in temperature, and on the contrary enters at its lowest temperature into the heat accumulator.
It follows from the observation made at the beginning, namely that it is the "quantity of displacement" of which the thermodynamic circuit provides the working development of the compressor, that the essential bill determining the thermal efficiency of the compressor is the mean temperature of the state changes to which the displacement quantity is subjected while it is being kept in the hot (. or cold) working chamber given that the state changes which occur during the passage of the heat accumulator in one and the other direction cancel each other out because they are equal and in opposite directions.
The
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The average temperatures of the change of state which takes place in the hot working chamber (cold bare) give the upper * and lower limit temperatures of the thermodynamic circuit which are the determining factors for the calculation of the thermal efficiency.
In constructions prior to the present invention, in which the amount of displacement was a Fraction of the work agent enclosed in the chamber, the work cold, it was inevitable that the compression at which the work agent was submitted in the cold working chamber before its entry into the heat accumulator takes place adiabatically, The average temperature of the "quantity displaced" undergoing a change of state in the cold working chamber is, in this case, considerably higher than the most base temperature T1 of the refrigerant.
Another advantage would say that the amount of cold displacement is introduced from the outside results from the fact that the compression can be carried out by means of separate pumps, optionally also in several phases, with cooling acting during the compression. , or stepwise cooling, so that the amount of displacement can be compressed almost isothermally to the discharge pressure.
By the almost isothermal expression of the "displacement quantity", the average temperature of the modification of state of the said quantity which takes place in the pumps, that is to say in an external / added part. of the cold working chamber, gets closer to the temperature limit more than in the adiabatic compression of the quantity -the displaced in the cold working chamber of the compressor which increases the thermal efficiency of all the machines.
The
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Fig. 2 shows an installation in which the pump with several separate stages 20, actuated by the set of machines, compresses the gases in a pressure tank 19 up to the introduction pressure, the refrigerants 25, 25 inserted after the various stages eliminating the heat of compression. Following the example shown in fig. 2, all the :). ', Machines work with a closed overpressure circuit, the engine B delivering its exhaust into a low pressure tank 26 which communicates with the suction valve 10 of the thermal compressor A.
If the compression air and, in the case where a gaseous fuel is used, this fuel is compressed up to the discharge pressure by, by means of pumps 29,30, respectively, before their introduction into the working chamber, and are introduced into the working chamber on the cold side of the auxiliary heat accumulator 31,32 during the discharge period, these gases form part of the "displacement amount" so that the amount of displacement introduced at 17 can be correspondingly decreased.
The fresh gas pumps 29 and 30 are supplied, respectively, by the air 33 and gas reservoirs 34 in which the lower pressure limit p1 of the closed circuit prevails. The air and gas compressed by the pumps 35,36 in the reservoirs 33,34, respectively, are derived from the atmosphere and the source of az, respectively. After each working cycle, it is necessary to separate from the working chamber a weight of combustion gas equivalent to the weight of the fuel introduced and, the combustion air introduced, because, otherwise, the quantity of working agent contained in this room would increase continuously.
The separating combustion gases pass into the tank 38, at the lower pressure p1 of the closed circuit in
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in each working cycle, through a controlled exhaust member 43. Their pressure energy can advantageously be used in the low pressure engine 40 in which they are released from the pressure ¯ & to an atrr.osphere by supplying work and then escape into the atmosphere. The heat of compression of the fresh gases, the heat produced by the compression in the breaks 35,36, is in part transmitted by or, regenerators.
to the massaging working agent of the recuperator tank 37,38 / 39 to the low pressure engine 40, so that its temperature does not drop disadvantageously below that of the atmosphere as a result of the expansion , and another part of this heat is removed by refrigerants 41 and 42.
In the arrangement described, the modification of state which occurs in the working chamber for one of the parts of the fresh gases constituting the "displacement quantity" consists in the compression, by the pumps 29,30, of the temperature. refrigerants 41,42 at the adiabatic compression temperature, but this compression can also, in order to lower the lower average temperature, in a manner analogous to that of the "amount of displacement" remaining in the pump 20, be effected. isothermally.
In the cases described in relation to figs. 1 and 2, the difference in the state of the working agent which is in the cold working chamber of the machine during the discharge period and of the "displacement quantity" introduced from the outside is that the latter has a lower temperature than the adia- batically compressed gases which are in the cold working chamber of the machine. The "displacement quantity" introduced from the outside can however also have a higher pressure.
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higher than that prevailing in the cold room during the discharge period.
In this case, however, it is necessary to provide yet another controlled shutter member which cuts off the communication between the cold parts of the working chamber, located on both sides of the piston - in this case hermetically guided - during the introduction of the "amount of displacement" If there is also an auxiliary cylinder 15, this auxiliary shutter must also cut off the communication between the auxiliary cylinder and the heat accumulator without removing the communication between the auxiliary cylinder and the cold side of the piston main 2.
If, retort this is shown in fig. 2, the. auxiliary piston 16 is turned directly by its active working face towards the cold side of the heat accumulator, with the communication pipe 7, emerging between the accumulator and the auxiliary piston 16, the shutter must be located between the gasket for introducing said pipe 7 and the cold side of the accumulator.
there fig.4 shows the arrangement of such a shutter Between the cold side 5a of the accumulator 5 and the auxiliary cylinder 15, a slide 21 is interposed, according to fig.4 in such a way that it is between the orifice of the pipe 7 and the said cold side 5a The valves 18 admitting the "discharge quantity" which must be introduced from the outside are arranged in a circle around the bottom of the auxiliary cylinder 15 and open into the chamber between the drawer 21 and the cold side 5a of the heat accumulator. The spool 21 and the valves 18 are controlled such that the spool 21 closes when the discharge pressure is reached and the valves 18 then open.
In this device, the "displacement amount" can be introduced under a pressure higher than the discharge pressure, so that the pressure prevails in
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in chamber 6b) (fig.2) can be higher than that connecting in chamber 6. The valves 18 close again before the end of the discharge stroke, and this, early enough for an expansion to take place in chamber 6b and that, until the end of the stroke, the pressure returns to the same on both sides of piston 2.
As long as there is a pressure difference between the two sides of the piston 2, that is to say during the part of the discharge period which precedes the equality of the pressures prevailing on either side of the piston. at the end of the expansion, this difference has the effect of developing a work which actuates the piston 2 and which can be erived from the crankshaft 3. In this case the machine behaves not only like a gas generator under pressure still put in the manner of a driving machine directly producing mechanical work.
It is also advantageous to have a shutter between the pipe 7 connecting the auxiliary cylinder to the cold piston face of the working tube and the entry point 17 of the "displacement quantity" when this quantity is not introduced at a higher pressure than the discharge pressure, in order to completely prevent, in this case, mixing of the amount of cold displacement introduced with the hotter gases pushed by the auxiliary cylinder into the communication pipe 7.
However, a shutter with complete shutter action, and therefore controlled, is not necessary for this purpose and it suffices on the contrary to provide (fig.l) a partition 21 having openings whose dimensions are such that 'they only hinder the mixing of cold and hot gases,
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through the partition, opposing to the passage of gas from the auxiliary cylinder to the accumulator a greater resistance than that corresponding to the passage through the communication pipe 7.
As a result, in the inward stroke of the auxiliary piston 16, the working medium moves from the auxiliary cylinder to the cold side of the main piston 2 '. mainly through pipe 7, and only a small fraction of it passes through the partition 21a
The arrangement of the throttle or closure member 21 depends on the reciprocal positions of the auxiliary cylinder and the cold side of the heat accumulator. If necessary, it may be necessary to provide two such throttling or shut-off members to cut off the communication between the auxiliary cylinder and the heat accumulator (s) and the working chamber located on the side. cold piston.
It has been shown above that the invention increases the thermal efficiency and the specific amount of work of the machine. As part of the energy losses, for example the heat losses by radiation and conduction of the hot working chamber depend only on the dimensions and the prevailing temperatures, and therefore do not directly depend on the quantity of work supplied, the ratio between these losses invariably and the total amount of work becomes more favorable as the amount of work of the same machine increases. Increasing the specific amount of work therefore in turn increases thermal efficiency.
The mechanical efficiency is moreover also increased Indeed, since the compression of the "displacement quantity" can be carried out outside the working chamber of the thermal compressor in separate pumps (see 20, fig. .2) these can be adapted to the most
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more favorable, independently of the thermal machine, in relation to their construction (for example, multi-stage and double-acting) and e their number of turns, so that the work of compressing the quality of displacement is carried out with a Better mechanical efficiency than if it took place in the compressor itself.
CLAIMS
1.- Machine for the production of pressurized gas, in which a displacement piston drives out the working gases through a heat accumulator alternately from a cold working chamber into a hot working chamber heated by internal combustion, and vice versa , characterized by the fact that after the discharge pressure has been reached in the working chambers of the machine, cold gas comes from a pressurized gas source located outside the machine, having at the minus the discharge pressure and acting as a "displacement amount" is brought, during the discharge period, to the cold side of the heat accumulator.