BE504760A - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  DISPOSITIF TRANSFORMATEUR   D'ENERGIE.   



   L'invention a pour objet un dispositif capable d'être jumelé avec tout moteur, fixe ou mobile, à   combustion   interne, respectivement à explosion, en vue de transformer en énergie mécanique une partie importante de l'énergie calorifique véhiculée par les fluides - gazeux et liquides - portés à tempé- rature relativement élevée par ledit moteur à combustion. 



   Le dispositif s'applique surtout à l'équipement des moteurs mobi- les où les installations de récupération doivent être à la fois compactes, exiguës et capables d'être accouplées à l'axe moteur. Il en résulte que le problème de la récupération énergique dans le moteur mobile présente un inté- rêt plus grand que dans le moteur fixe.. 



   On a déjà tenté récupérer une partie des calories véhiculées par les gaz d'échappement pour alimenter une installation de chauffage du véhicule, pour préchauffer dans certaines limites l'air d'entrée ou pour d'autres applications isolées analogues. 



   On a, d'autre part, aussi préconisé de récupérer une partie des calories de l'eau de refroidissement en faisant passer le siphon par un é- changeur thermique combiné avec un volant de pulsation de l'air. Ces appli- cations ne permettent néanmoins qu'une récupération réduite et périodique. 



   Le but de l'invention est de réaliser un équipement capable, à tout moment, de transformer une grande quantité des calories perdues trans- portées par les gaz d'échappement et par l'eau de refroidissement du moteur en énergie mécanique directement rapportée sur l'axe du vilebrequin du moteur. 



   On a déjà tenté de réaliser une telle récupération, par exemple en faisant passer les gaz d'échappement directement sur une petite turbine ou moteur analogue de manière à profiter de la force énergétique des gaz d'échappement pour produire un mouvement reporté sur l'axe moteur du vile- brequin. Par suite de l'impact des gaz d'échappement sur l'élément mobile transformateur   dénergie,   une partie de l'énergie calorique des gaz était transformée, cependant que, dans ce genre d'application, on récupère bien plus une partie de la force vive du fluide qu'une partie de l'énergie calo- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 rifique. 



   Le dispositif de l'invention part d'un principe nouveau essen- tiellement basé sur un échange thermique suivi d'une transformation énergé- tique. En effet, l'eau de refroidissement du moteur est utilisée comme fluide chauffé et les gaz d'échappement du moteur sont utilisés comme flui- de chauffant dans un échangeur thermique rotatif mis en mouvement par un ef- fet de réaction dudit fluide chauffé porté à très haute température et s'é- vacuant tangentiellement dans une enceinte fermée. 



   Le cycle de la transformation énergétique peut donc se compren- dre en substance comme   suit :   l'eau venant de la circulation de refroidisse- ment du moteur et généralement déjà portée à une température oscillant entre 65 C et 85 C passe dans l'axe creux d'un dispositif rotorique portant périphé- riquement des obstacles et en bout une série d'ajutages tangentiels issus de la partie centrale creuse dudit élément rotorique; ce dernier est logé dans-un enveloppement compartimenté en tr.ois chambres distinctes, l'une formant l'admission de ladite eau de refroidissement et comportant, de pré- férence, un dispositif capable de favoriser le cheminement convenable de   l'eau le long dudit axe creux ;

   seconde chambre étant interposée dans le   conduit d'évacuation des gaz d'échappement   dumteur   équipé et la troisième chanbre formant une enceinte pour la petite turbine à réaction formée par l'ensemble des ajutages tangentiels placés en bout de l'élément rotorique. 



  Cette enceinte est intérieurement garnie d'aspérités dûment profilées en vue de favoriser l'effet de réaction de l'eau, respectivement de la vapeur d'eau s'échappant   violemment   desdits ajutages tangentiels. 



   Il s'établit donc entre l'eau circulant dans l'axe dudit élément rotorique et les gaz d'échappement admis à l'extérieur de celui-ci un échan- ge thermique extrêmement important produisant une élévation rapide et sensi- ble de la.température de ladite eau à circulation axiale. Cet échange ther- mique est tel que ladite eau se présente au droit des ajutages tangentiels de sortie à l'état de vapeur généralement surchauffée, donc à pression élevée. 



  Les jets de vapeur issus desdits ajutages tangentiels frappent violemment les parties profilées de l'enceinte enveloppant la turbine ainsi conditionnée, produisant un effet de réaction tel que ladite turbine est énergiquement mise en rotation, une partie importante de l'énergie calorifique de ladite vapeur se transformant instantanément en énergie mécanique. Cette vapeur est ensui- te acheminée vers un condenseur (non représenté) qui peut être d'un type con- nu et duquel l'eau s'écoule vers le circuit de refroidissement du moteur. 



   En vue de favoriser l'introduction de l'eau dans l'axe creux de l'élément rotorique, le premier compartiment loge de préférence une petite pompe à action   centripède.   



   En vue de favoriser l'échange thermique dans le second comparti- ment entre les fluides se trouvant de part et d'autre de l'axe creux,ce dernier présentera de préférence des déformations toriques dans le plan mé- dian desquelles pourront favorablement être disposées des chicanes solidaires de l'axe moteur du dispositif récupérateur, objet de l'invention. Par ce moyen, l'eau circulant dans l'axe creux sera contrariée successivement en même temps que la surface d'échange thermique se trouve sensiblement augmen- tée, lesdites déformations servant elles-mêmes de supports à des ailettes sol- licitées par les gaz d'échappement coopérant ainsi aux mouvements du rotor 
De préférence, le retour de l'eau de condensation venant de la turbine motrice se fera par une chemise entourant le stator. 



   Les différents éléments constitutifs de ce transformateur d'é- nergie peuvent être de profil, de dimensions et même de position relative variables en sorte d'être judicieusement adaptés aux différentes applica- tions pratiques et notamment au type de moteur dont on désire augmenter le rendement mécanique. 



   A titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif d'aucune sorte, un mode préféré d'exécution est décrit plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 la figure 1 est une coupe radiale longitudinale schématique d'un dispositif transformateur d'énergie conforme à l'invention; les figures 2,3 et 4 représentent des coupes transversales, res- pectivement par les lignes   II-II,   III,III, IV-IV de la figure 1; la figure 5 est une vue perspective avec coupe partielle d'une application;du dispositif schématique des figures 1 à   4;   la figure 6 représente   sommairement   en vue perspective   un:moteur   d'automobile équipé du dispositif conforme à l'invention. 



   Dans l'exécution représentée dans ces différentes figures, le dispositif transformateur d'énergie, objet de l'invention, se compose de deux parties distinctes, d'une part un rotor et d'autre part un stator enve- loppant ledit rotor. Le rotor est substantiellement constitué par un axe moteur 1 prenant appui sur deux paliers 2-3 du stator.

   Cet axe moteur 1 est entouré par un élément tubulaire A présentant, en l'occurrence, trois élar- gissements ou déformations de forme torique ou approximativement torique, respectivement 5- Sur l'axe 1,; sont fixés des disques 8-9-10 disposés dans le plan médian des déformations, respectivement 5-6-7, le diamètre ex- térieur de ces disques étant inférieur au diamètre intérieur desdites dé- formations de manière à maintenir une continuité dans le passage annulaire limité intérieurement par ledit axe moteur 1 et extérieurement par ledit élé- ment tubulaire 4. Ce dernier est pourvu, à son entrée, d'une petite pompe à action centripède et, à sa sortie, d'une petite turbine à réaction. La pompe à action centripède est, en l'occurrence, formée par une série d'ailet- tes spiroïdales 11 équidistantes et fixées, à une extrémité, à l'axe moteur 1.

   Ces ailettes sont, vers leur extrémité libre, mutuellement solidarisées par une oeillère 12 et chaque ailette est prolongée jusqu'à l'axe moteur 1 en traversant l'élément tubulaire 4 au droit d'une ouverture individuelle 13. Il en résulte qu'à chaque ailette 11 prolongée jusqu'à l'axe moteur 1 -correspond un orifice 13 dans l'élément tubulaire 4. 



   La turbine à réaction disposée à l'autre bout de l'élément tubu-   laire 4   est formée par un certain nombre de tubes spiroïdaux 14 équidistants issus dudit élément tubulaire 4 et aboutissant jusqu'à proximité de la paroi interne de la chambre correspondante du stator. 



   La pompe à action centripède, d'une part, et ladite petite tur- bine à réaction, d'autre part, sont solidarisées à l'axe moteur 1 en sorte que leur rotation entraîne celle dudit axe moteur. 



   Le stator enveloppant les trois parties essentielles du rotor est constitué par un carter divisé en trois chambres distinctes 15-16-17 enveloppant respectivement la pompe centripède, l'élément tubulaire ±, avec ses déformations toriques 5-6-7 et la turbine à réaction. La chambre 15 est en relation directe avec le conduit   18   d'admission de l'eau venant de   l'installation   de refroidissement du moteur. Ce conduit 18 est issu d'un petit réservoir 19 dans lequel débouche le conduit 20 issu du circuit de circulation de l'eau de refroidissement du moteur. D'autre part (figure 2), le conduit 18 débouche tangentiellement ou à peu près tangentiellement dans ladite chambre 15.

   Celle-ci est intérieurement pourvue d'une paroi ± légèrement excentrique par rapport à la chambre 15 ou de forme spiroïdale et cette paroi est interrompue environ sur un quart de sa longueur dans la partie située en regard de l'entrée dudit   conduit 1.8.,   ladite paroi inté- rieure   21   enveloppant donc partiellement la pompe à effet   centripède   et elle coopère à diriger l'eau plus rationnellement vers le centre de la pompe. 



   Le compartiment central l6 du stator est intérieurement limité par une paroi cylindrique 22 et extérieurement par une seconde paroi cylin- drique      concentrique à la première et limitant avec celle-ci une chambre annulaire 24. Les deux parois   cylindriques,?2-2   sont traversées par des conduits tels que 25-26-27-28 issus du tube d'échappement du moteur ou se substituant à celui-ci. Ces tubes sont dirigés tangentiellement ou   à peu   près tangentiellement (figure 4) à la paroi intérieure délimitant la chambre 16.

   Les déformations toriques ou approximativement toriques 5-6-7 sont ex- 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 térieurement garnies de nervures ou ailettes,, respectivement 29-30-31 et ces ailettes sont susceptibles d'être sollicitées par la force vive des gaz d'é- chappement introduits dans la chambre 16 par les susdits conduits 25-26-27- 28. Du compartiment 16 part un conduit 32 formant le nouveau tube   d'échappe¯   ment des gaz brûlés et de la chambre annulaire   part   un conduit 33, pour l' évacuation de l'eau venant du compartiment 17. 



   Enfin le troisième compartiment 17 logeant la petite turbine à réaction présente une paroi cylindrique intérieure tapissée de redents 34 présentant des   parois 12 radiales   ou approximativement radiales. Les conduits 14 de la turbine à réaction sont prolongés jusqu'à proximité des- dits redents 34. 



   Le placement et le fonctionnement de ce dispositif transforma- teur d'énergie se comprennent aisément de la manière suivante : comme schématisé sommairement à la figure 6, le dispositif est fixé sur le bloc moteur à   proximité   de l'échappement et d'une telle manière que les différents   raccords   puissent être exécutés rationnellement. Les conduits 25-26-27-28 sont raccordés à l'échappement des gaz brûlés du moteur et la conduite 32 est raccordée au tube d'échappement normal se prolongeant généralement sous le véhicule pour déboucher   à   l'arrière de celui-ci. 



  Le conduit 18 est branché- sur l'entrée d'un condenseur dont la sortie est branchée sur la circulation de l'eau de refroidissement du moteur et le   conduit 33   est branché sur le départ dudit circuit de refroidissement. 



  L'appareil est disposé   en s orte   que son axe 1 soit parallèle à l'axe du vilebrequin. Sur l'axe 1 est calée une poulie      laquelle est reliée par une courroie 37 à une poulie      calée sur ledit vilebrequin. 



   Lorsque le moteur fonctionne,, l'eau du circuit de refroidissement pénètre dans la première chambre 15 par le conduit 18 et est acheminée vers l'espace annulaire entourant l'axe 1 par la   conformation   même des ailettes 11-12-13. L'eau est ainsi amenée à circuler entre ledit axe 1 et l'élément tubulaire 4 qui l'entoure. Le cheminement de l'eau le long dudit axe 1 est contrarié par les   chicanes 8-9-10.   ladite eau étant ainsi forcée de suivre le profil extérieur dudit élément tubulaire   ;.   Dans le même   temps   les gaz brûlés s'échappant du moteur sont admis dans le compartiment médian 13 et sollicitent les ailettes 29-30-31 portées par l'élément tubulaire 4.

   Les gaz d'échappement qui sont à très haute température abandonnent rapidement une grande partie de leurs calories à l'élément tubulaire ± qui les trans- met   à   l'eau circulant dans l'espace annulaire compris entre l'axe 1 et l'é- lément tubulaire 4. Etant données la rapidité et l'importance de cet échan- ge   thermique..   l'eau est rapidement transformée en vapeur surchauffée et c'est dans cet état physique qu'elle atteint la turbine à réaction logée dans le troisième compartiment 17. Chaque conduit 14éjecte un jet de vapeur surchauffée provoquant un effet de réaction sensiblement augmenté par l'im- pact sur les surfaces radiales ou approximativement radiales 35 des redents 34.

   Il se développe., par réaction.. un couple moteur d'une puissance rela- tivement considérable   entretenant':   la rotation énergique de   l'axe,1.   L'éner- gie mécanique ainsi produite est transmise par les poulies 36-38 et la cour- roie 37 au vilebrequin (non représenté) du moteur.

   La vapeur est alors acheminée par la chambre annulaire 24 et le   conduit.la   vers un condensateur (non représenté), Au début de la marche du moteurcelui-ci entraîne le rotor du transformateur d'énergie, objet de l'invention, jusqu'au moment où dans celui-ci se développe la transformation d'une grande quantité de calories en couple moteur et que ce couple atteint rapidement une valeur telle qu'il est en grande partie reporté sur l'axe du vilebrequin du moteur, 
Dans cette conception, on a ainsi récupéré une quantité sensible d'énergie en combinant judicieusement   l'intervention   de l'eau de refroidisse- ment du moteur et des gaz d'échappement.

   Une grande quantité des calories véhiculées par ceux-ci a été employée pour transformer une certaine quanti- té d'eau à l'état de vapeur surchauffée et pour transformer ensuite les ca- lories véhiculées par celle-ci en un important travail mécanique. 



   On pourrait éventuellement appliquer l'énergie mécanique ainsi 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 récupérée à toute autre fin qu'une augmentation du rendement mécanique du moteur. En effet, le dispositif transformateur d'énergie objet de l'in- vention constitue en soi ùn moteur thermique à haut rendement dont le travail mécanique pourrait être appliqué à toute fin motrice ou autre, no- tamment pour l'actionnement d'appareillages secondaires ou en vue de rem- plir certaines fonctions complémentaires. Notamment, ce dispositif pour- rait être combiné avec le groupe électrique en vue de rendre celui-ci en quelque sorte mécaniquement indépendant du moteur lui-même.

   Ou bien en- core, ledit dispositif pourrait servir pour actionner une   pompe,   un élé- vateur de bennes basculantes, la mise en action d'un appareil de levage ou toute autre application similaire. 



   Ce dispositif pourra évidemment être exécuté dans des formes ex- trêmement variables suivant la nature, les dimensions et la position rela- tive des différents organes qui le constituent et notamment de la pompe d' entrée à action centripède, du compartiment médian formant le local chauf- fant et du transformateur proprement dit de l'énergie calorifique en éner- gie mécanique. Les organes décrits pourront évidemment être remplacés par tous organes équivalents ou de fonction équivalente à celles précé- demment décrites. 



   On pourra également compléter le dispositif par toute disposition accessoire et notamment des roulements, joints, appareils de mesure, appa- reils de sécurité et autres et en général tous accessoires ressortissant de la technique   usuelle.   



   L'invention s'étend non seulement à ces dispositifs transforma- teurs d'énergie mais également à tout moteur fixe ou mobile à combustion in- terne ou à explosion combiné avec un tel dispositif transformateur d'éner- gie. En effet, on peut aisément imaginer la réalisation d'un bloc moteur dans lequel l'enveloppement double du dispositif serait, en tout ou en par- tie, venu de fonderie avec le bloc moteur ou avec toute autre partie de celui-ci. 



   L'invention s'étend également à toutes applications générale- ment quelconques dans lesquelles ce dispositif est susceptible d'être appli- qué en vue de transformer une énergie calorifique en énergie mécanique.¯ 
 EMI5.1 
 lij5VEID2ITIONS&. 



   1.- Dispositif transformateur d'énergie plus spécialement pour la récupération des calories perdues dans les moteurs à combustion interne en transformant cette énergie calorifique en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'il comporte substantiellement un moyen pour acheminer l'eau de re- froidissement du moteur entre un axe rotatif et un élément tubulaire envelop- pant cet axe, un moyen pour chauffer énergiquement ladite eau par les gaz d'échappement du moteur de manière à produire une vapeur et préférablement une vapeur surchauffée et un moyen pour faire produire par cette vapeur un travail mécanique.

Claims (1)

1. 20- Dispositif transformateur d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour acheminer l'eau, la chauffer en vue de la transformer en vapeur préférablement en vapeur surchauffée et le moyen pour transformer l'énergie calorifique de ladite vapeur d'eau en éner- gie mécanique participent d'un rotor solidaire d'un axe, ledit rotor étant enveloppé. dans un stator divisé en trois compartiments distincts logeant, respectivement, chacun des susdits dispositifs du rotor.

   3.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier compartiment du stator enveloppe une petite pompe à ac- tion centripède montée en bout de l'élément tubulaire entourant l'axe du dispositif, ledit compartiment étant pourvu d'une paroi intérieure excen- trique ou spiroïdale entourant partiellement ladite pompe et interrompue en regard de l'entrée de l'eau dans ledit compartiment, ladite entrée étant en communication avec la circulation de refroidissement du moteur.

   4.- Dispositif selon les revendications précédentes, caracté- risé en ce que ladite pompe à action centripède est constituée par une sé- rie d'ailettes traversant des orifices périphériques de l'élément tubulaire <Desc/Clms Page number 6> entourant l'axe,chaque ailette présentant au moins une oeillère latérale pour favoriser l'orientation des veines liquides.

   5.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément tubulaire entourant l'axe en ména-geant un passage an- nulaire présente, sur la longueur du tronçon compris dans le compartiment médian, une pluralité d'élargissements ou déformations toriques ou approxi- mativement toriquesl'axe présentant, au droit desdites déformations tori- ques, des chicanes en forme de disque.

   6.- Dispositif selon les revendications 1 et 5,caractérisé en ce que lesdites déformations toriques sont extérieurement pourvues d'ailet- tes.

   7.- Dispositif selon les revendications 1, 5 et 6, caractérisé en ce que, dans le compartiment médian du stator, débouchent des conduits reliés à l'échappement des gaz brûlés du moteur.

   8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les conduits débouchant dans le compartiment médian du stator et en rela- tion avec l'échappement des gaz brûlés du moteur sont orientés tangentielle- ment ou à peu près tangentiellement par rapport à l'élément tubulaire en- tourant l'axe.

   9.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément tubulaire entourant l'axe débouche, au droit du troisième compartiment du stator, dans la partie centrale d'une petite turbine à réac- tion.

   10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite turbine à réaction est substantiellement constituée par des petits tubes spiroïdaux ou autres issus du bout de l'élément tubulaire entourant l'axe et prolongés jusqu'à proximité de la paroi limitant le troisième com- partiment du stator.

   11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la paroi cylindrique limitant le troisième compartiment du stator est garnie de redents déterminant une succession de petites surfaces radiales formant surfaces de réaction pour le fluide violemment éjecté des conduits de ladite turbine à réaction.

   12.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le stator est enveloppé d'une paroi extérieure déterminant un espace annulaire en relation directe avec la troisième chambre du stator envelop- pant la petite turbine à réaction.

   13.- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la chambre annulaire extérieure du stator présente un départ de l'eau en communication avec la circulation d'eau de refroidissement du moteur.

   14.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le compartiment médian du stator comporte un départ des gaz brûlés du moteur.

   15. - L'application du dispositif conforme aux revendications pré- cédentes, aux moteurs à combustion et à explosion des véhicules automobiles.

   16.- Unmoteur à combustion interne ou à explosion dans le bloc moteur et conditionné, en tout ou en partie, pour recevoir les éléments caracté- ristiques du dispositif objet de l'invention.

   17.- Dispositif transformateur d'énergie, substantiellement tel que décrit précédemment et illustré aux dessins annexés.