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"Perfectionnements apportés aux installations thermiques compor- tant des générateurs de gaz sous pression pour actionner des machines réceptrices".
L'invention est relative aux installations ther- miques du genre de celles comportant, d'une part, un généra- teur de gaz sous pression, constitué par au moins un moteur à combustion interne, tel qu'un moteur à deux temps,et au moins un compresseur actionné par ledit moteur et, d'autre part, par au moins un récepteur, par exemple une turbine, action né par le gaz sous pression fourni par ledit générateur.
Dans certaines installations connues, la quantité totale du gaz comprimé-- plus spécialement de l'air-- est utilie sée pour effectuer un balayage et une partie seulement pour l'alimentation sous pression du moteur, de sorte que les gaz comprimés-- généralement en surabondance--, sont évacués en état mélangés plus ou moins aux gaz brûlés avant de parvenir au ré- cepteur.
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La présente invention a pour but d'améliorer le ren- dement thermique des installations de ce genre, et cela aussi bien dans le cas où les groupes moto-compresseurs sont utilisés comme générateurs de gaz comprimés à la même pression qu' des pressions différentes.
Elle consiste, principalement, à réchauffer en amont du récepteur, faisant partie des installations du genre en ques- tion, les gaz comprimés fournis par le générateur de gaz sous pression (gaz froids), préalablement séparés des gaz de combustion du moteur (gaz chauds), ledit@réchauffage étant opéré par la cha- leur résiduelle des gaz de combustion après travail desdits gaz de combustion dans le récepteur.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions, qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après notassent : en une deuxième disposition, consistant à faire comporter, aux installation du genre en question, des dispositifs de ré- glage automatique proportionnant convenablement les quantités de fluide, évoluant dans le moteur, et le fluide, évoluant direc- tement dans le récepteur, suivant la pression ou la température à l'entrée ddit récepteur;
et en une troisième disposition -- plus spécialement relative au cas où les deux tranches de gaz comprimés et de gaz de combus-
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tion, ainsi séparées, ii-rav.ai1.-±mt "'da:rm'::'l )#3, -#tant' à disposer les organes lesdites machines de manière que les fluides chauds et froids agissent alternativement sur les mêmes organes pour maintenir lesdits organes à une température moyenne compatible avec leur bonne tenue.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'ap- plication ainsi que certains modes de réalisation desdites dis- positions, et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les installations du genre en question, comportant application desdites dispositions,
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ainsi que les machines, appareils et éléments spéciaux propres à l'établissement de semblables installations.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
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La fig. 1 montre, s chêmatiquement (une installation thermique établie conformément à l'invention.
'Les fige 2 et 3 montrent respectivement deux diagrammes du cycle moteur suivant deux variantes de fonctionnement du moteur.
Les fig. 4 et 5 montrent en coupe axiale deux dispo- sitifs d'obturation correspondant respectivement aux deux va- riantes susdites.
La fig. 6 montre, en coupe longitudinale schématique, une installation, établie selon l'invention, suivant laquelle le dosage du fluide oomprimé pour l'alimentation et pour le bala- yage du moteur est automatiquement assuré en fonction de la pression dudit fluide.
La fig. 7 montre, semblablement,,une variante de cette disposition suivant laquelle le dosage s'effectue en fonction de la température des gaz brûlés.
La fig. 8 montre, semblablement une autre variante de cet- te disposition.
La fig. 9 montre, semblablement une installation établie selon l'invention, dans laquelle le compresseur est à deux étages de pression.
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'ac- corder la préférence, se proposant de réaliser une installation thermique comportant un générateur d'air sous pression, dont une partie est utilisée pour alimenter et, le cas échéant, pour bala- yer le moteur qui actionne le compresseur d'air, on s'y prend comme suit#+ ou de façon analogue..
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On utilise, comme machine Motrice, un moteur @ à deux temps., par exemple du type à deux pistons opposés 21 et 22 et à circulation equicourant, et on fait agir ledit moteur sur des compresseurs d'air 31 et 32 dont on relie les pistons 4 1 et 4 2 aux pistons moteurs susdits. On recueille l'air com- primé débité par les compresseurs dans un conduit 5 .
On fait .communiquer ledit conduit 5 avec les orifi- ces ou lumières 6, qu'on ménage dans la paroi du cylindre du moteur 1, et qui sont découverts vers la fin de la course mo- trice par le piston 21. Les gaz brûlés sont évacués par exem- ple par des orifices ou lumières 7 découverts par le piston 22 vers la fin de sa course motrice et l'air sous pression, assu- rant le balayage, est évacué par des orifices oh lumières 9 .
Pour éviter que les gaz brûlés s'échappent également par les orifices 9, on peut établir dans le conduit 8, dans lequel on fait déboucher lesdits orifices, des obturateurs automatiques ou commandés, tels qu'au moins un clapet 10 qui ne s'ouvre que lorsque la pression dans le cylindre est devenue voisine de celle de l'air débité par le conduit 5 .
On recueille les gaz brûlés, à température élevée, provenant des orifices d'échappement 7, dans un conduit 11 qu'on fait aboutir à une machine réceptrice telle qu'une turbine 12 dans laquelle ils se détendent jusqu'à la pression extérieure, tout en conservant une température supérieure à celle de l'air débité par le conduit 5, par conséquent de l'air ayant servi au balayage qui est recueilli par le conduit 8 .
On utilise une partie importante des calories des gaz brûlés, qui s'échappent de la turbine 12 par le conduit 13 , en faisant passer ces gaz dans un éohangeur de chaleur 14 dans lequel est logé le conduit e recueillant l'air de balayage Cet air est ainsi réchauffé avant d'être dirigé vers une machine réceptrice qui peut, par exemple, être la même turbine 12, dans laquelle l'air se détend jusqu'à la pression extérieure.
On peut faire passer par le moteur 1 tout l'air oomprimé débité par le conduit 5 et on dispose ainsi d'un
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grand excès d'air de balayage. On peut également, comme il est représenté sur les figures 6 à 9, balayer et alimenter le moteur par une partie seulement de l'air comprimé produit par le compresseur, par exemple en branchant sur un même ré- servoir 17 le conduit 18 d'amenée d'air comprimé au moteur 1 et le conduit 8 d'amenée d'air comprimé au récepteur 12.
Quel que soit le mode adopté, l'air comprimé à bas- se température, ayant ou non assuré le balayage du moteur, est réchauffé dans l'échangeur 14 par les gaz brûlés détendus dans le récepteur 12 .
Le gain de rendement ainsi obtenu est dû à la régé- nération thermique du fluide à basse température par les cha- leurs perdues après l'échappement de la machine réceptrice, ce qui permet aux gaz brûlés de s'échapper à une température plus basse que s'ils avaient été mélangée audit fluide avant de péné- trer dans ladite machine réceptrice.
Le cycle du moteur 1 peut être à détente interrompue ou tronquée, comme visible sur le diagramme de la fig. 2, ou à dé@@@e prolongée, comme visible sur le diagramme de la fig. 3 .
Dans le cas de la fig. 2, la détente est interrompue au point E par l'ouverture des orifices d'échappement 7 (suppo- sés confondus avec les lumières de balayage 9). Dans ce cas la séparation des gaz brûlés et de l'air de balayage peut être ob- tenue, par exemple, par un obturateur 15 (fig. 4),tel qu'une vanne oscillante, dont le déplacement dans un sens ou dans l'au- tre est obtenue par un axe oscillant 16, Suivant la position occu- pée par la vanne, on dirige les gaz chauds vers le conduit 11 et les gaz froids (air de balayage) vers le conduit 8.
A cet effet ladite vanne peut ouvrir le conduit 11 pendant la partie de la course FE et obturer ledit conduit, pour ouvrir le conduit P pen- dant la partie de la course EGA. Au point A, quand le piston 22 recouvre les orifices 7, la compression commence dans le cylindre du moteur 1.
On peut également utiliser la vanne 15 pour obturer
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plus ou moins tard la conduit 8 pour l'échappement de l'air de balayage et faire ainsi de la suralimentation.
Dans le cas où la détente est prolongée (fig. 3) les gaz brûlés sont, de préférence, évacués par des orifices 7, séparés des orifices 9 pour l'air de balayage (comme sur la fi- gure 1), le conduit 8, dans lequel débouchent ces orifices 9, étant obturé, au moment voulu, par une soupape commandée 101.
L'échappement des gaz chauds, commencé au point E, quand le pis@ ton 22 démasque les orifices 7, se poursuit pendant la partie de la course EGE pendant laquelle la soupape 101 est fermée. Par contre, l'échappement de l'air de balayage peut se faire pen- dant la partie de la course EA pendant laquelle la aoupape 101 est ouverte et les orifices 7 masqués par le piston 22. AU point
2 A, le piston 2 masque également les orifices 9 et la compression commence dans le cylindre du moteur 1.
Sur les fig. 6,7 et 8 on a montré, à titre d'exemple, quelques modes de réalisation suivant lesquels le circuit d'air de balayage est en dérivation sur le conduit d'air comprimé a- limentant le récepteur.
Dans ce cas, on peut doser automatiquement la quantité d'air de balayage, par exemple par une vanne ou registre 19 établi dans conduit @e et commandé. ou bien comme sur la fig, 6,par la pression du réservoir 17 agissant, par exemple par l'action de l'air comprimé sur un piston 21, ou bien, comme sur la fig. 7 par la température à l'entrée du récepteur 12, a gissant par exemple, sur un dispositif tel qu'un thermostat 22.
Ce dernier mode de réglage, d'après la température, présente l'@
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avantage de pouvoir faire de courtes pointes de puissance, jazz balayage tt --d1f$e."lâ quântité dlaiai,àe/ car l'élévation de température au récepteur ne s'établit que lentement.
Suivant une variante, montrétsur la fig. 8, on peut supprimer la vanne ou le registre 19 et prévoir un simple pas- sage calibré 23 entre le réservoir 17 et un réservoir de fai-
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ble capacité 24 .
Le même procédé de récupération de chaleur après sé- paration préalable du fluide en deux tranches s'applique égale- ment aux générateurs dont la pression d'alimentation est diffé- rente de la pression finale de compression. A titre d'exemple, une installation comprenant un compresseur étagé est montré sché- matiquement sur la figure 9 .
Dans ce cas l'air de balayage et d'alimentation peut être prélevé à un réservoir 171 de refoulement du premier étage de compression effectué dans les cylindres 31 et 32. A la sortie du moteur les gaz brûlés sont détendus dans le premier étage 121 de la machine réceptrice et à la sortie dudit étage lesdits gaz chauds réchauffent, dans l'échangeur 14, les gaz froids,comprimée dans les cylindres du second étage 311 et 312, en amont du second étage 122 du récepteur, où lesdits gaz froids réchauffés vont fi- nalement se détendre.
Dans le cas ou la machine réceptrice est constituée par une turbine telle que 12, les gaz brûlés évacués par les orifices 7 et recueillis par le conduit 11, pourraient avoir une température trop élevée pour la bonne tenue des aubes @ .
On peut alors, avantageusement et comme montré sur les fige 1 et 6, faire passer, par les mêmes aubages, alterna- tivement les gaz chauds du conduit 11 et les gaz plus frais four. nis par le conduit 8, de façon que lesdites aubes aient une tem- pérature moyenne convenable.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant plus spécialement été indiqués; elle en embrasse; au contraire, toutes les va- riantes, notamment celle où. l'invention serait appliquée à des moto-générateurs à pistons libre connus en eux-mêmes.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Improvements made to thermal installations comprising pressurized gas generators to operate receiving machines".
The invention relates to thermal installations of the type of those comprising, on the one hand, a pressurized gas generator, consisting of at least one internal combustion engine, such as a two-stroke engine, and at least one compressor actuated by said motor and, on the other hand, by at least one receiver, for example a turbine, action born by the pressurized gas supplied by said generator.
In certain known installations, the total quantity of the compressed gas - more especially of the air - is used for sweeping and only a part for the pressurized supply of the engine, so that the compressed gases - generally in overabundance--, are evacuated in a state mixed more or less with the burnt gases before reaching the receiver.
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The object of the present invention is to improve the thermal efficiency of installations of this type, and this also in the case where the motor-compressor units are used as generators of compressed gas at the same pressure as at different pressures.
It mainly consists in heating upstream of the receiver, forming part of the installations of the type in question, the compressed gases supplied by the pressurized gas generator (cold gases), previously separated from the combustion gases of the engine (hot gases. ), said reheating being operated by the residual heat of the combustion gases after working of said combustion gases in the receiver.
It consists, apart from this main provision, of certain other provisions, which are preferably used at the same time and which will be explained more explicitly below: in a second provision, consisting in including, for installations of the kind in question, automatic adjustment devices suitably proportioning the quantities of fluid, moving in the motor, and the fluid, moving directly in the receiver, according to the pressure or the temperature at the inlet of said receiver;
and in a third provision - more specifically relating to the case where the two sections of compressed gas and of combustion gas-
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tion, thus separated, ii-rav.ai1.- ± mt "'da: rm' :: 'l) # 3, - # tant' to arrange the organs said machines so that the hot and cold fluids act alternately on the same members to maintain said members at an average temperature compatible with their good performance.
It relates more particularly to certain modes of application as well as to certain embodiments of said provisions, and it relates more particularly still, and this as new industrial products, to installations of the type in question, comprising application of said provisions,
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as well as the machines, apparatus and special elements specific to the establishment of similar installations.
And it can, in any event, be clearly understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
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Fig. 1 shows, s chemically (a thermal installation established in accordance with the invention.
'Figs 2 and 3 respectively show two diagrams of the engine cycle according to two variants of engine operation.
Figs. 4 and 5 show in axial section two sealing devices corresponding respectively to the two aforementioned variants.
Fig. 6 shows, in schematic longitudinal section, an installation, established according to the invention, according to which the dosage of the compressed fluid for the supply and for the balancing of the motor is automatically ensured as a function of the pressure of said fluid.
Fig. 7 shows, similarly ,, a variant of this arrangement according to which the dosage is carried out as a function of the temperature of the burnt gases.
Fig. 8 similarly shows another variant of this arrangement.
Fig. 9 shows, similarly an installation established according to the invention, in which the compressor has two pressure stages.
According to the invention and more especially according to that of its modes of application as well as those of the embodiments of its various parts, to which it appears that preference should be given, proposing to provide an installation. thermal unit comprising a pressurized air generator, part of which is used to supply and, where appropriate, to sweep the motor which operates the air compressor, the procedure is as follows # + or similarly ..
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A two-stroke engine @, for example of the type with two opposed pistons 21 and 22 and with equicurrent circulation, is used as the driving machine, and said engine is made to act on air compressors 31 and 32, the two of which are connected. pistons 4 1 and 4 2 to the aforementioned motor pistons. The compressed air delivered by the compressors is collected in a duct 5.
Said duct 5 is communicated with the orifices or openings 6, which are made in the wall of the cylinder of the engine 1, and which are discovered towards the end of the motor stroke by the piston 21. The burnt gases are evacuated for example by orifices or openings 7 discovered by the piston 22 towards the end of its driving stroke and the pressurized air, ensuring the sweeping, is evacuated by orifices oh ports 9.
To prevent the burnt gases also escaping through the orifices 9, it is possible to establish in the duct 8, into which said orifices are made to open, automatic or controlled shutters, such as at least one valve 10 which does not open. only when the pressure in the cylinder has become close to that of the air delivered through line 5.
The burnt gases are collected, at high temperature, coming from the exhaust ports 7, in a duct 11 which is made to end at a receiving machine such as a turbine 12 in which they expand to the external pressure, while while maintaining a temperature higher than that of the air delivered by the duct 5, consequently of the air having served for the sweeping which is collected by the duct 8.
A large part of the calories of the burnt gases, which escape from the turbine 12 through the duct 13, are used by passing these gases through a heat exchanger 14 in which the duct e is housed collecting the purging air. is thus heated before being directed to a receiving machine which may, for example, be the same turbine 12, in which the air expands to the external pressure.
All the compressed air delivered through duct 5 can be passed through motor 1 and thus a
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large excess of purging air. It is also possible, as shown in FIGS. 6 to 9, to sweep and supply the motor with only part of the compressed air produced by the compressor, for example by connecting the duct 18 of the compressor to the same tank 17. compressed air supply to the motor 1 and the duct 8 for compressed air supply to the receiver 12.
Whatever mode is adopted, the compressed air at low temperature, whether or not it has swept the engine, is heated in the exchanger 14 by the burnt gases expanded in the receiver 12.
The gain in efficiency thus obtained is due to the thermal regeneration of the fluid at low temperature by the heat lost after the exhaust of the receiving machine, which allows the burnt gases to escape at a temperature lower than if they had been mixed with said fluid before entering said receiving machine.
The cycle of the engine 1 can be with interrupted or truncated expansion, as can be seen in the diagram of FIG. 2, or at extended de @@@ e, as visible in the diagram of fig. 3.
In the case of fig. 2, the expansion is interrupted at point E by the opening of the exhaust ports 7 (assumed to be the same as the scanning ports 9). In this case the separation of the burnt gases and the purging air can be obtained, for example, by a shutter 15 (fig. 4), such as an oscillating valve, the displacement of which in one direction or in the same direction. the other is obtained by an oscillating axis 16. Depending on the position occupied by the valve, the hot gases are directed towards the duct 11 and the cold gases (purging air) towards the duct 8.
To this end, said valve can open the duct 11 during the part of the stroke FE and close off said duct, in order to open the duct P during the part of the stroke EGA. At point A, when the piston 22 covers the ports 7, compression begins in the cylinder of engine 1.
Valve 15 can also be used to shut off
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more or less later the duct 8 for the exhaust of the purging air and thus to supercharge.
In the event that the expansion is prolonged (fig. 3) the burnt gases are preferably discharged through orifices 7, separated from the orifices 9 for the purging air (as in figure 1), the duct 8 , into which these orifices 9 open, being closed, at the desired time, by a controlled valve 101.
The hot gas exhaust, started at point E, when the pump 22 unmasks the orifices 7, continues during the part of the EGE stroke during which the valve 101 is closed. On the other hand, the exhaust of the purging air can take place during the part of the stroke EA during which the valve 101 is open and the orifices 7 masked by the piston 22. At the point
2A, piston 2 also hides ports 9 and compression begins in engine cylinder 1.
In fig. 6, 7 and 8 have been shown, by way of example, some embodiments according to which the purging air circuit is bypassed on the compressed air duct supplying the receiver.
In this case, it is possible to automatically dose the quantity of purging air, for example by a valve or register 19 established in duct @e and controlled. or else as in FIG. 6, by the pressure of the reservoir 17 acting, for example by the action of compressed air on a piston 21, or else, as in FIG. 7 by the temperature at the inlet of the receiver 12, a sliding for example on a device such as a thermostat 22.
This last mode of adjustment, according to the temperature, presents the @
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advantage of being able to make short bursts of power, jazz sweep tt --d1f $ e. "the quantity of the ai, toe / because the temperature rise at the receiver is only established slowly.
According to a variant, shown in FIG. 8, it is possible to omit the valve or the register 19 and to provide a simple calibrated passage 23 between the reservoir 17 and a reservoir.
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ble capacity 24.
The same heat recovery process after prior separation of the fluid into two sections also applies to generators whose supply pressure is different from the final compression pressure. By way of example, an installation comprising a stage compressor is shown schematically in FIG. 9.
In this case the purging and supply air can be taken from a delivery tank 171 of the first compression stage carried out in the cylinders 31 and 32. At the outlet of the engine, the burnt gases are expanded in the first stage 121 of the receiving machine and at the outlet of said stage said hot gases heat, in exchanger 14, the cold gases, compressed in the cylinders of the second stage 311 and 312, upstream of the second stage 122 of the receiver, where said heated cold gases go finally relax.
In the case where the receiving machine is constituted by a turbine such as 12, the burnt gases evacuated through the orifices 7 and collected through the duct 11, could have a temperature which is too high for the proper holding of the blades @.
It is then possible, advantageously and as shown in FIGS. 1 and 6, to pass, through the same vanes, the hot gases from the duct 11 and the cooler gases from the oven alternately. nis via duct 8, so that said vanes have a suitable average temperature.
As goes without saying, and as it moreover already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application nor to those of the embodiments of its various parts, having more especially indicated; she kisses some; on the contrary, all the variants, in particular the one where. the invention would be applied to motor-generators with free pistons known in themselves.
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