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"MOTEUR THERMIQUE POUR LA TRANSFORMATION DE L'ENERGIE CALORIFIQUE EN ENERGIE MECANIQUE" la présente invention a pour objet un moteur permettant de transformer l'énergie calorifique fournie par un combustible quelconque, liquide, solide ou gazeux, en énergie mécanique re- cueillie sur l'arbre de la machine.
Ce moteur présente une simplification considérable sur tous les moteurs connus actuellement par le fait du groupage du générateur et du moteur sur le même arbre, réduisant à leur plus simple expression l'usure et les pertes dues au frottement.
La caractéristique essentielle de ce moteur réside dans le fait que le générateur ou chaudière tourne autour d'un axe sur lequel sont directement fixés les tuyères ou les aubages d'une turbine .
Le principe de l'invention réside dans le fait d'utiliser
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la force centrifuge agissant grâce à la rotation de l'ensemble sur le fluide à vaporiser, pour créer une pression s'opposant à celle formée par la vapeur du fluide vaporisé, laquelle s'échappe sur les aubes d'une turbine à action ou réaction et provoque la rotation de l'ensemble en produisant une énergie mécanique ou force motrice utilisable sur l'arbre du moteur.
Le fluide à vaporiser peut être quelconque: eau, mercure, solutions et tous produits capables de fournir une vapeur sous l'action de la chaleur, quelle que soit sa sourceo
Tout en conservant le principe, plusieurs formes de réali- sation permettent d'arriver au même résultat.
La chaudière peut être en forme de tambour cylindrique ou conique, ou être constituée par des faisceaux tubulaires radiaux, parallèles à l'axe de rotation, en forme de U, ou encore présen- ter des combinaisons de ces divers modes de réalisation, ceci, suivant les besoins, les combustibles à utiliser, le fluide à vaporiser et surtout, les conditions d'exploitation.
Le principe de l'invention va être décrit ci-après, en se référant aux dessins annexés qui en représentent divers modes de réalisation pris à titre d'exemple, mais aucunement limitatifs.
La Fig. 1 est une vue en bout représentant la projection des disques de la Fig. 2.
La Fig. 2 est une coupe axiale d'un mode de réalisation sous forme de coquilles assemblées, ventre à l'extérieur, afin de former entre elles une chambre contenant le fluide à vaporiser.
La Fig. 3 représente dans sa moitié supérieure, une vue en bout d'un système à tubes radiaux, et dans sa moitié infé- rieure, un système à tubes en U.
La. Fig. 4 représente une coupe de la Fig. 3, se rapportant respectivement aux deux exemples de cette Figure.
La Fig. 5 est une projection de la demi-partie inférieure de la Fig. 6..
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La Fig. 6 montre un mode de réalisation en forme de tambour conique, la demi-partie inférieure avec lames de gaz chauds entre deux lames de fluide à vaporiser, la demi-partie supérieure avec tambour simple.
Comme le montrent les Figures, le dispositif objet de l'invention est constitué par un générateur de vapeur tournant autour d'un arbre 1 reposant sur des paliers d'un modèle quelcon- que approprié 2.
Dans les Figs. 1 et 2, le fluide à vaporiser entre en a pour sortir sous forme de vapeur en a1, par les tuyères 3 réagis- sant sur un aubage fixe 4. Les tuyères 3 dans leurs réactions obligent l'ensemble à tourner autour de l'arbre ou axe 1.
Les chambres ou coquilles contenant le fluide à vaporiser sont constituées par des flasques 5 et 6 raccordées d'une ma- nière étanche sur un tambour 7 et assemblées d'une façon étanche à l'extérieur. Les parties du tambour contenues à l'intérieur des flasques sont munies de canaux pour le passage du fluide à vaporiser.
Une cloison 8 oblige le fluide à vaporiser, à suivre un circuit déterminé, partant du tambour 7 vers l'extérieur, pour revenir de l'extérieur vers le tambour et passer ensuite dans une autre chambre s'il y a lieu, quoiqu'une machine peut être réalisée avec un seul jeu de coquilles.
La chaleur est fournie par des injecteurs ou brûleurs 9, les gaz chauds de la combustion suivant le circuit b pour s'éva- cuer en b1. après avoir cédé au générateur la majeure partie de leur chaleur. Les déperditions extérieures peuvent être évitées, grâce à un carter 10 qui peut être calorifugé.
Les chicanes 11 peuvent obliger les gaz chauds à suivre constamment les parties à chauffer et à céder de ce fait le ma- ximum de leur pouvoir calorifique au fluide à vaporiser contenu dans les coquilles 5 et 6. Des entrées d'air ou de carburant sont
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ménagées, réglables s'il y a lieu, dans le carter 10 et les chica- nes 11.
Le fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus est le sui- vant :
Le fluide à vaporiser arrive par l'axe en a; un clapet de retenue peut être interposé. A l'arrêt, le fluide remplit .à moitié environ l'ensemble tournant ; en marche, la force centrifuge le projette à l'extérieur, les cloisons 8 l'obligent à réaliser un circuit bien déterminé.
Le combustible dégage une chaleur assurant la vaporisation du fluide, et la vapeur formée vient, en sortant des tuyères 3, réagir sur les aubes 4, provoquant une réaction ou impulsion fai- sant tourner l'ensemble autour de l'arbre 1 tout comme une turbi- ne à vapeur.
La puissance de la machine sera fonction de la pression de la vapeur fournie et de son débit, et par conséquent de la quantité de chaleur fournie.
Le fluide à vaporiser peut être introduit sous pression.
Liais pour certaines valeurs du diamètre, de la vitesse tangen- tielle et de la pression, il arrivera que l'admission du fluide se fasse naturellement, la densité du fluide jouant également son rôle; c'est le régime pour lequel l'ensemble devient une pompe centrifuge, réalisant l'alimentation automatique en fluide à vaporiser.
Le dispositif des Figures 3 et 4 fonctionne suivant le même principe, les lames d'eau étant remplacées par des tubes.
Dans la demi-vue supérieure des Figures 3 et 4, des tu- bes 12, partent du tambour 7 pour aboutir à un tube collecteur 13, d'où des tubes 14 ramènent le fluide à vaporiser vers une nouvelle section du tambour 7.
Dans la demi-vue inférieure, des tubes en U 15 partent du tambour 7 pour revenir dans une deuxième section du même tam-
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bour, des chicanes 16 peuvent être placées dans le but d'obliger les gaz chauds de la combustion à effectuer un circuit déterminé apportant le maximum de leur chaleur au fluide à vaporiser.
Le fonctionnement et les détails sont les mêmes que pour les Figures 1 et 2, les lames du fluide à vaporiser étant rempla- cées par des tubes contenant ce même fluide. la variante des Figures 6 et 5 constitue un autre mode de réalisation. Dans ce cas, les coquilles ou les tubes sont remplacés par une chaudière cylindrique ou conique tournant autour de son arbre 1. A son entréer, le fluide à vaporiser est obligé, grâce à des chicanes 17 fixées alternativement sur la chaudière et sur l'arbre, de suivre un circuit déterminé, avantageux pour utiliser la chaleur et la force centrifuge.
Il est à craindre pour de grandes vitesses de rotation de voir sous l'action de la force centrifuge, les gaz chauds se dé- coller des parties à chauffer. Il suffira alors de faire tourner le carter 10 avec la chaudière ou générateur.
Une disposition particulièrement heureuse peut être réali- sée comme indiqué par la demi-partie inférieure de la Figure 6 et par la Figure 5, dans laquelle les gaz chauds circulent en b, entre le générateur ou chaudière et une lame ou couronne 18, con- tenant du liquide à vaporiser, en communication avec le généra- teur par des canaux 19.
Le fonctionnement de cet ensemble est des plus simples, la chaleur est fournie par un dispositif approprié 9 et les gaz chauds suivent le circuit b. Le fluide à vaporiser arrive en a et suit ee circuit pour sortir sous forme de vapeur en a1, cette vapeur réagissant sur un aubage de turbine, ou même. sur les pis- tons d'une machine tournant avec l'ensemble.
Il est à remarquer que, quel que soit le mode de réalisation adopté, grâce à la force centrifuge dont l'utilisation est une
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des caractéristiques de l'invention, le fluide le plus froid, donc le plus dense, est toujours et automatiquement chassé à l'extérieur des parties tournantes, en contact avec les gaz les plus chauds, obligeant ainsi au maximum l'échange de calories.
Il va de soi que les dispositifs figurés et décrits le sont à titre d'exemple et sont susceptibles de subir de nombreu- ses modifications ou altérations sans pour cela sortir de l'es- prit ni du cadre de l'invention.
,en particulier, les aubes de la turbine peuvent être rem- placées par une machine à piston.
Sur la même machine, il peut y avoir une machine à piston utilisée pour les démarrages en charge, ce qui supprime' dans bien des cas le changement de vitesse, la turbine entrant en fonction- nement au-delà d'un régime déterminé,
Pour certaines utilisations, le générateur peut être com- posé de divers dispositifs sur le même arbre, le type cylindrique représentant la plus grande régularité de marche, le type à tubes ou à flasques contenant peu de fluide à vaporiser, représentant le type à grande souplesse.
Ce moteur peut comporter divers dispositifs de contrôle et de conduite, tels en particulier que régulateurs agissant en fonction de la vitesse ou de la puissance demandée, sur le régi- me de chauffe ou d'admission de fluide à vaporiser.
Dans le cas d'utilisation de combustibles, solides, char- bons, tourbes, lignites, bois, sciures, etc..., un foyer conve- nable suivant des types connus, sera adjoint à la machine en des- sous ou sur le côté, parallèle ou perpendiculaire à l'arbre du moteur ; cette dernière disposition semble devoir être la plus heureuse et la plus facile à réaliser.
Dans une même machine, il peut être prévu l'emploi de
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divers combustibles en adaptant, de construction, des foyers ou des brûleurs de types divers adaptés suivant des procédés connus aux combustibles dont l'emploi est envisagé.
Le générateur peut être également du type à tubes de fu- mée; en prenant l'exemple de la chaudière cylindrique, les gaz chauds circuleront dans des tubes, traversant la chaudière de part en part, parallèles ou inclinés sur l'axe et autour des- quels circule le fluide à vaporiser.
On comprendra aisément que cette machine est réversible en tant qu'échangeur de calories. Elle devient un refroidisseur ou condenseur en faisant circuler à l'intérieur les gaz ou vapeurs à refroidir et à l'extérieur le fluide de refroidissement.
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"THERMAL ENGINE FOR THE TRANSFORMATION OF CALORIFIC ENERGY INTO MECHANICAL ENERGY" The present invention relates to an engine making it possible to transform the calorific energy supplied by any fuel, liquid, solid or gaseous, into mechanical energy collected on the gas. shaft of the machine.
This engine presents a considerable simplification on all the engines currently known by the fact of the grouping of the generator and the engine on the same shaft, reducing to their simplest the wear and the losses due to friction.
The essential characteristic of this engine resides in the fact that the generator or boiler turns around an axis on which the nozzles or the blades of a turbine are directly fixed.
The principle of the invention lies in the fact of using
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the centrifugal force acting through the rotation of the assembly on the fluid to be vaporized, to create a pressure opposing that formed by the vapor of the vaporized fluid, which escapes on the blades of an action or reaction turbine and causes the assembly to rotate by producing mechanical energy or motive force which can be used on the motor shaft.
The fluid to be vaporized can be any: water, mercury, solutions and all products capable of providing a vapor under the action of heat, whatever its source.
While retaining the principle, several embodiments allow the same result to be achieved.
The boiler may be in the form of a cylindrical or conical drum, or be constituted by radial tubular bundles, parallel to the axis of rotation, in the form of a U, or else present combinations of these various embodiments, this, depending on requirements, the fuels to be used, the fluid to be vaporized and above all, the operating conditions.
The principle of the invention will be described below, with reference to the accompanying drawings which show various embodiments thereof taken by way of example, but in no way limiting.
Fig. 1 is an end view showing the projection of the disks of FIG. 2.
Fig. 2 is an axial section of an embodiment in the form of assembled shells, belly on the outside, in order to form between them a chamber containing the fluid to be vaporized.
Fig. 3 shows in its upper half an end view of a radial tube system and in its lower half a U-tube system.
Fig. 4 shows a section of FIG. 3, relating respectively to the two examples of this Figure.
Fig. 5 is a projection of the lower half-part of FIG. 6 ..
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Fig. 6 shows an embodiment in the form of a conical drum, the lower half-part with hot gas blades between two blades of fluid to be vaporized, the upper half-part with a single drum.
As shown in the Figures, the device which is the subject of the invention consists of a steam generator rotating around a shaft 1 resting on bearings of any suitable model 2.
In Figs. 1 and 2, the fluid to be vaporized enters a to exit in the form of vapor at a1, through the nozzles 3 reacting on a fixed blading 4. The nozzles 3 in their reactions force the assembly to turn around the shaft or axis 1.
The chambers or shells containing the fluid to be vaporized are formed by flanges 5 and 6 connected in a sealed manner to a drum 7 and assembled in a sealed manner on the outside. The parts of the drum contained inside the flanges are provided with channels for the passage of the fluid to be vaporized.
A partition 8 forces the fluid to vaporize, to follow a determined circuit, starting from the drum 7 towards the outside, to return from the outside towards the drum and then pass into another chamber if necessary, although a machine can be made with a single set of shells.
The heat is supplied by injectors or burners 9, the hot combustion gases following circuit b to escape to b1. after giving up most of their heat to the generator. External losses can be avoided, thanks to a casing 10 which can be heat insulated.
The baffles 11 can force the hot gases to constantly follow the parts to be heated and thereby yield the maximum of their calorific value to the fluid to be vaporized contained in the shells 5 and 6. Air or fuel inlets are available.
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housed, adjustable if necessary, in the casing 10 and the chocks 11.
The operation of the device described above is as follows:
The fluid to be vaporized arrives via the axis at a; a check valve can be interposed. When stopped, the fluid fills approximately half of the rotating assembly; in motion, the centrifugal force throws it outside, the partitions 8 force it to carry out a well-defined circuit.
The fuel releases heat ensuring the vaporization of the fluid, and the vapor formed comes, leaving the nozzles 3, to react on the blades 4, causing a reaction or impulse causing the assembly to rotate around the shaft 1 just like a steam turbine.
The power of the machine will depend on the pressure of the steam supplied and its flow rate, and consequently on the quantity of heat supplied.
The fluid to be vaporized can be introduced under pressure.
But for certain values of the diameter, of the tangential speed and of the pressure, it will happen that the admission of the fluid takes place naturally, the density of the fluid also playing its part; this is the speed for which the assembly becomes a centrifugal pump, producing the automatic supply of fluid to be vaporized.
The device of Figures 3 and 4 operates on the same principle, the water blades being replaced by tubes.
In the upper half-view of Figures 3 and 4, the tubes 12 start from the drum 7 to end at a collecting tube 13, from where the tubes 14 return the fluid to be vaporized to a new section of the drum 7.
In the lower half-view, U-shaped tubes 15 leave the drum 7 to return to a second section of the same drum.
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bour, baffles 16 can be placed with the aim of forcing the hot combustion gases to perform a determined circuit providing the maximum of their heat to the fluid to be vaporized.
The operation and details are the same as for Figures 1 and 2, the blades of the fluid to be vaporized being replaced by tubes containing the same fluid. the variant of Figures 6 and 5 constitutes another embodiment. In this case, the shells or the tubes are replaced by a cylindrical or conical boiler rotating around its shaft 1. On entering, the fluid to be vaporized is forced, thanks to baffles 17 fixed alternately on the boiler and on the shaft. , to follow a determined circuit, advantageous to use heat and centrifugal force.
It is to be feared for high rotational speeds that, under the action of the centrifugal force, the hot gases will separate from the parts to be heated. It will then be sufficient to rotate the casing 10 with the boiler or generator.
A particularly successful arrangement can be realized as indicated by the lower half-part of Figure 6 and by Figure 5, in which the hot gases circulate in b, between the generator or boiler and a blade or ring 18, con- holding the liquid to be vaporized, in communication with the generator by channels 19.
The operation of this assembly is very simple, the heat is supplied by an appropriate device 9 and the hot gases follow circuit b. The fluid to be vaporized arrives at a and follows ee circuit to exit in the form of vapor at a1, this vapor reacting on a turbine blade, or even. on the pistons of a machine rotating with the assembly.
It should be noted that, whatever the embodiment adopted, thanks to the centrifugal force, the use of which is a
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of the characteristics of the invention, the coldest fluid, and therefore the most dense, is always and automatically expelled outside the rotating parts, in contact with the hottest gases, thus forcing the exchange of calories as much as possible.
It goes without saying that the devices shown and described are by way of example and are liable to undergo numerous modifications or alterations without departing from the spirit or the scope of the invention.
, in particular, the blades of the turbine can be replaced by a piston machine.
On the same machine, there may be a piston machine used for load starts, which in many cases eliminates the need to change speed, the turbine starting to operate above a determined speed,
For some uses, the generator may be composed of various devices on the same shaft, the cylindrical type representing the most regularity of operation, the type with tubes or flanges containing little fluid to be vaporized, representing the type with great flexibility. .
This engine can include various control and control devices, such as in particular regulators acting as a function of the speed or the power requested, on the heating or fluid intake regime to be vaporized.
In the case of the use of fuels, solids, coal, peat, lignite, wood, sawdust, etc ..., a suitable hearth according to known types, will be added to the machine below or on the side, parallel or perpendicular to the motor shaft; this last arrangement seems to be the happiest and easiest to achieve.
In the same machine, the use of
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various fuels by adapting, of construction, fireplaces or burners of various types adapted according to known processes to the fuels whose use is envisaged.
The generator can also be of the smoke tube type; taking the example of the cylindrical boiler, the hot gases will circulate in tubes, passing right through the boiler, parallel or inclined on the axis and around which circulates the fluid to be vaporized.
It will easily be understood that this machine is reversible as a heat exchanger. It becomes a cooler or condenser by circulating the gases or vapors to be cooled inside and the cooling fluid outside.