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MAGHINE A 'GAZ !CHAUD !DANS LAQUELLE !LE .FLUIDE ACTIF .DECRIT )UN :CYCLE THERMODYNAMIQUE 'FERME .
L'invention concerne un procédé d'entraînement d'une machine à gaz thaud, dans laquelle un fluide actif parcourt un cycle thermodynamique fermé, fluide qui est constitué, en régime, par les gaz de combustion d' un brûleur qui sont utilisés comme fluide actif dans la machine. Par "machi- ne à gaz chaud" il y a lieu d'entendre ici une turbine à gaz chaud, un moteur à piston à gaz chaud, une machine frigorifiée a gaz froid fonctionnant suivant le principe inverse du moteur à gaz chaud ainsi qu'une pompe thermique.
L'utilisation des gaz de combustion'offre un sérieux avantage: la'possibilité de corrosion est plus petite ce qui est particulièrement im.- portant dans le cas de réchauffeurs constitués par des tubes. De plus, on obtient une bonne transmission de la chaleur vers le fluide actif de la machine., et le danger d'explosion est moindre. En effet, lorsque le fluide actif est de l'air et que le carter contient un mélange d'air et d'huile fi- nement divisé, il peut se former un mélange explosif. Suivant l'invention à la mise en marche, le fluide actif est de l'aire et en régime, cet air est remplacé par les gaz de combustion,
Ceci assure une mise en marche très simple de la machine lorsque la pression régnant dans l'enceinte active est plus basse que celle qui est désirée en régime.
La machine à gaz chaud appropriée à la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus,est caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens pour amener de l'air sous pression, un dispositif d'adduction de gaz de com- bustion et des moyens à l'aide desquels, soit l'air, soit des gaz de combus- tion peuvent être amenés à la machine. A cet effet,on peut utiliser par exemple ? des vannes.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, on utilise comme fluide actif, les gaz de combustion d'un brûleur qui fournit de l'é- nergie calorifique au circuit de la machine. Les turbines à gaz ainsi que
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les moteurs à piston à gaz chaud comportent en général un ou plusieurs brû- leurs. La Demanderesse s'est rendue compte du fait que les gaz de combustion de ce brûleur peuventtêtre utilisés comme fluide actif avant ou après qu'ils aient cédé de l'énergie calorifique au fluide actif de la machine, ce qui rend superflu l'emploi d'un brûleur additionnel pour la préparation des gaz de combustion.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, il est désirable que les gaz de combustion soient débarrassés de certains compo- sants tels que l'anhydride sulfureux et les particules de carbone.. La pénétration d'anhydride sulfureux dans l'enceinte active de la machine est nuisible, car ce gaz peut en attaquer les organes. La présence de particu- les de carbone est également nuisible, surtout dans les machines à piston à gaz chaud, car elles peuvent se déposer en des endroits indésirables, par exemple dans le récupérateur.
On peut débarrasser les gaz de combustion des composants indé- sirables qu'ils renferment, en les amenant en contact avec de l'eau, de pré- férence avec l'eau de refroidissement de la machine.
Les gaz de combustion du brûleur peuvent 'être avantageusement utilisés, surtout dans les machines à piston, lorsque, suivait une autre forme de réalisation de l'invention, ces gaz contiennent de l'anhydride car- bonique au moment où ils sont fournis au cycle d'une machine à piston à gaz chaud.. En effet, la présence d'anhydride carbonique dans le fluide actif de la machine réduit non seulement le frottement des parties animées d'un mouvement de va---et-vient, mais aussi l'usure de ces organes.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé., donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 1 représente la machine, tandis que la fig. 2 montre à une échelle quelque peu plus grande, le dispositif d'adduction des gaz de combustion.
Ces deux figures représentent un moteur à piston à gaz chaud.
La machine comporte un cylindre 1, dans lequel se déplacent, avec un décàlage constant, un balayeur 2 et un piston 3. Le balayeur 2 et le piston 3 sont accouplés, respectivement par les bielles 4 et 5, aux ma- netons 6 et 7 d'un vilebrequin commun. L'enceinte 8 formée au-dessus du ba- layeur 2 communique, par l'intermédiaire du réchauffeur 9, du récupérateur 10 et du réfrigérant 11, avec l'enceinte active 12. Cette dernière encein- te est la chambre froide-de la machine,tandis que l'enceinte 8 est la cham- bre chaude. Les gaz de combustion d'un brûleur 14 fournissent l'énergie calorifique au réchauffeur 9, qui est garni extérieurement d'ailettes 13.
Les gaz de combustion utilisés quittent la machine par la cheminée 15 .
Le réfrigérant 11 est entouré, sur sa périphérie extérieure, d'ailettes 16, qu'entoure un boîtier 17. La machine est refroidie à l'aide d'eau; cette eau est amenée en 18; elle lèche les ailettes 16 et quitte le boîtier 17 en 19;
Le fluide actif qui doit être amené dans l'enceinte active de la machine,traverse la canalisation 20. Cette canalisation est disposée de façon que son ouverture 21 soit ouverte lorsque le piston 3 occupe sa posi- tion basse. Lorsque le piston se soulève, l'ouverture 21 se ferme., ce qui empêche l'amenée de fluide actif. Le fluide actif ajouté peut être utilisé pour remplacer le fluide qui s'échappe du cylindre ou pour fournir une quan- tité de fluide supplémentaire ce qui augmente le niveau de pression dans la machine et lui permet de développer une puissance plus élevée.
Une partie des gaz de combustion utilisés peut être aspirée de la cheminée 15 par l'intermédiaire de la canalisation 22.
La fige 2 teprésente, à une échelle plus grande que celle de la Fig. l, le dispositif utilisé pour amener les gaz de combustion aspirés
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de la cheminée dans l'enceinte active de la machine. Les canalisations qui constituent le prolongement des canalisations-19, 20 et 22 sont tracées à plus grande échelle et ont donc un plus grand diamètre? nais elles portent les mêmes chiffres de référence.
Le dispositif comporte un compresseur 23 qui, pour la simpliei- té, est représenté sous forme de compresseurà piston. Le piston 24 de ce compresseur est animé d'un mouvement de va-et-vient par la biélle 25. Le compresseur peut être entraîné par le moteur à gaz chaud lui-même ou par un moteur indépendante Le compresseur comporte une soupape d'entrée 26 et une soupape de sortie 27;par l'intermédiaire de la canalisation 22, compor- tant une vanne à trois voies 28, un séparateur d'eau 29 et une installation de purification 30, il aspire les gaz de combustion de la cheminée 15.
L'installation de purification 30 est raccordée à la canalisation 19 du ré- frigérant, de sorte que l'eau de réfrigération petit être introduite vers le haut dans cette installation de purification. L'eau de réfrigération uti- lisée quitte l'installation à la partie inférieure par la canalisation 32 qui est raccordée à la pompe d'aspiration d'eau. Un trop-plein 33 fait en sorte que le niveau de l'eau soit constant. L'installation de purification est remplie de morceaux de verre 34. La vanne à trois voies 28 peut également être raccordée à une canalisation 35 qui communique avec l'atmosphère.
Le côté compresseur du compresseur communique avec la canalisa- tion 36 dans laquelle est montée la vanne à trois voies 37. Lorsque cette vanne occupe la position représentée sur la figure., la canalisation 36 com- munique avec le réservoir sous pression 38. Sur ce réservoir est branchée la canalisation 20 dans laquelle se trouve la vanne à trois voies 39.
A la vanne à trois voies 37 se raccorde également la canalisa- tion 40 qui communique avec la vanne à trois voies 39 par l' intermédiaire. du réservoir 41 et de la canalisation 42. La machine comporte en outre un robinet d'échappement 43 et une canalisation 44 avec robinet 45, qui permet d'amener du fluide dans le carter.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante : Pour le dé- marrage de la machine, la vanne 37 occupe la position représentée sur le dessin. Le réservoir 41 contient de l'air comprimé ou bien on le remplit d'air par exemple à l'aide d'une pompe à main. La vanne à trois voies 39 permet de faire communiquer le réservoir 41, par l'intermédiaire de la cana- lisation 42 et de la canalisation 20, avec l'enceinte active de la machine, de sorte que cette enceinte active est remplie d'un fluide actif sous pres- sion. On peut alors allumer le brûleur 14 et faire démarrer la machine.
La vanne 28 occupe alors une position telle que la canalisation 19 soit fer- mée et que la canalisation 35 soit branchée sur le compresseur. De plus, on peut alors tourner la vanne 37 de façon que l'air comprimé puisse être amené du compresseur dans le réservoir 41, de sorte que la pression dans le réservoir, qui était tombée par suite du démarrage de la machine, peut être ramenée à sa valeur initiale p Les vannes 28, 37, et 39 peuvent alors être ramenées dans la position représentée sur la figure. Le compresseur 23 aspire alors, par l'intermédiaire de la canalisation 22, les gaz de com- bustion de la cheminée 15. Ces gaz de combustion sont amenés à la partie supérieure de l'installation de purification 30.
Dans cette installation les gaz de combustion sont débarrassés des composants indésirables tels que SO2 et des particules de carbone. Toutefois, les gaz contiennent encore de l'anhydride carbonique. Ensuite ils sont amenés dans le séparateur d'eau 29 qui les débarrasse de l'eau en excès. Ce séparateur n'est repré- senté que schématiquement sur la figure; il peut d'ailleurs être de tout type connu. Les gaz de combustion sont comprimés dans le compresseur 23 et sont amenés au réservoir 38 par l'intermédiaire de la canalisation 36.
Ensuite, ils peuvent être amenés dans l'enceinte active de la machine alors que l'air existant dans la machine peut en être évacué par l'ouverture de la vanne 43, de sorte qu'au bout d'un certain temps , tout le fluide actif de la machine est constitué par des gaz de combustion.
Bien que le compresseur représenté soit du type à piston, on peut évidemment utiliser aussi un compresseur rotatif.
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Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, les gaz de combustion nécessaires pour compléter la quantité de fluide actif sont pré- levés des gaz d'échappement du brûleur qui appartient à la machine même.
Toutefois., comme l'emploi de gaz dé combustion est également avantageux dans les machines non équipées d'un tel brûleur, par exemple les machines frigo- rifiques ou les pompes thermiques, on pourra prévoir pour ces derniers types de machine un petit brûleur spécial. Le fonctionnement de la machine et la forme de réalisation du dispositif peuvent, abstraction faite de ce que ce brûleur ne fournit pas d'énergie calorifique à la machine et qu'il peut être monté à une certaine distance de celle-ci, être identiques à ceux de l'exemple de réalisation figuré sur la figure précédente.
Bien que, dans la machine qui vient d'être décrite, l'eau qui fait office d'agent refroidis- sant pour le réfrigérant de la machine est en. même temps utilisée dans l'in- stallation de purification, il va de soi que, dans d'autres formes de réali- sation, on peut utiliser un autre moyen de purification tandis que, dans les machines qui sont, par exemple, refroidies à l'air, l'installation de purifi- cation peut être raccordée directement à la canalisation d'eau.
Dans la machine représentée sur la figure, l'adduction du flui- de actif s'effectue au moment où le piston occupe sa position inférieure.
Il va de soi que le dispositif se prête également à, l'emploi d'autres métho- des d'adduction.
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HOT GAS MAGHINE IN WHICH! THE ACTIVE FLUID DESCRIBES A: CLOSED THERMODYNAMIC CYCLE.
The invention relates to a method of driving a thaud gas machine, in which an active fluid travels through a closed thermodynamic cycle, which fluid is constituted, under operating conditions, by the combustion gases of a burner which are used as fluid active in the machine. By "hot gas machine" is meant here a hot gas turbine, a hot gas piston engine, a cold gas refrigerated machine operating on the reverse principle of the hot gas engine as well as a heat pump.
The use of combustion gases offers a serious advantage: the possibility of corrosion is smaller, which is particularly important in the case of heaters formed by tubes. In addition, good heat transmission to the working fluid of the machine is obtained, and the danger of explosion is reduced. This is because when the working fluid is air and the crankcase contains a finely divided mixture of air and oil, an explosive mixture can form. According to the invention when starting up, the active fluid is air and during operation, this air is replaced by the combustion gases,
This ensures very simple start-up of the machine when the pressure prevailing in the active chamber is lower than that which is desired under operating conditions.
The hot gas machine suitable for implementing the method described above is characterized in that it comprises means for supplying air under pressure, a device for supplying combustion gas and means by which either air or combustion gases can be supplied to the machine. For this purpose one can use eg? valves.
In another embodiment of the invention, as the working fluid, combustion gases from a burner are used which supplies heat energy to the circuit of the machine. Gas turbines as well as
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hot gas piston engines generally have one or more burners. The Applicant has realized that the combustion gases from this burner can be used as active fluid before or after they have transferred heat energy to the working fluid of the machine, which makes the use of superfluous. 'an additional burner for the preparation of the combustion gases.
In another embodiment of the invention, it is desirable that the combustion gases be free of certain components such as sulfur dioxide and carbon particles. The penetration of sulfur dioxide into the active enclosure of the machine is harmful, because this gas can attack its parts. The presence of carbon particles is also harmful, especially in hot gas piston machines, as they can settle in undesirable places, for example in the recuperator.
The unwanted components they contain can be freed from the combustion gases by bringing them into contact with water, preferably with the cooling water of the machine.
The combustion gases from the burner can be advantageously used, especially in piston machines, where, following another embodiment of the invention, these gases contain carbon dioxide at the time they are supplied to the cycle. of a hot gas piston machine. Indeed, the presence of carbon dioxide in the working fluid of the machine not only reduces the friction of the parts moving in a reciprocating motion, but also wear and tear of these organs.
The description which will follow with reference to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of said invention.
Fig. 1 represents the machine, while FIG. 2 shows on a somewhat larger scale the device for supplying the combustion gases.
These two figures represent a hot gas piston engine.
The machine comprises a cylinder 1, in which move, with a constant offset, a sweeper 2 and a piston 3. The sweeper 2 and the piston 3 are coupled, respectively by the connecting rods 4 and 5, to the handles 6 and 7 of a common crankshaft. The enclosure 8 formed above the sweeper 2 communicates, through the intermediary of the heater 9, the recuperator 10 and the refrigerant 11, with the active enclosure 12. The latter enclosure is the cold chamber of the machine, while enclosure 8 is the hot room. The combustion gases from a burner 14 supply the heat energy to the heater 9, which is lined on the outside with fins 13.
The combustion gases used leave the machine through the chimney 15.
The coolant 11 is surrounded, on its outer periphery, by fins 16, surrounded by a housing 17. The machine is cooled with water; this water is brought into 18; it licks the fins 16 and leaves the housing 17 at 19;
The active fluid which must be brought into the active enclosure of the machine, passes through the pipe 20. This pipe is arranged so that its opening 21 is open when the piston 3 occupies its low position. When the piston rises, the opening 21 closes, which prevents the supply of active fluid. The added working fluid can be used to replace the fluid that escapes from the cylinder or to supply an additional amount of fluid which increases the pressure level in the machine and allows it to develop higher power.
Part of the combustion gases used can be sucked from the chimney 15 via the pipe 22.
Fig. 2 shows you, on a larger scale than that of FIG. l, the device used to bring the aspirated combustion gases
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of the chimney in the active enclosure of the machine. The pipes which constitute the extension of the pipes-19, 20 and 22 are drawn on a larger scale and therefore have a larger diameter? but they bear the same reference numbers.
The device comprises a compressor 23 which, for simplicity, is shown in the form of a piston compressor. The piston 24 of this compressor is driven back and forth by the connecting rod 25. The compressor can be driven by the hot gas engine itself or by an independent engine The compressor has an inlet valve 26 and an outlet valve 27; via the pipe 22, comprising a three-way valve 28, a water separator 29 and a purification installation 30, it sucks the combustion gases from the chimney 15 .
The purification installation 30 is connected to the refrigerant line 19, so that the refrigeration water can be introduced upwards into this purification installation. The refrigeration water used leaves the installation at the bottom through line 32 which is connected to the water suction pump. An overflow 33 ensures that the water level is constant. The purification installation is filled with pieces of glass 34. The three-way valve 28 can also be connected to a pipe 35 which communicates with the atmosphere.
The compressor side of the compressor communicates with the line 36 in which the three-way valve 37 is mounted. When this valve occupies the position shown in the figure, the line 36 communicates with the pressure tank 38. Thereof. the tank is connected to the pipe 20 in which the three-way valve 39 is located.
Also connected to the three-way valve 37 is the line 40 which communicates with the three-way valve 39 through it. of the reservoir 41 and of the pipe 42. The machine further comprises an exhaust valve 43 and a pipe 44 with a valve 45, which allows fluid to be brought into the housing.
The device operates as follows: To start the machine, the valve 37 occupies the position shown in the drawing. The reservoir 41 contains compressed air or else it is filled with air, for example using a hand pump. The three-way valve 39 enables the reservoir 41 to communicate, via the pipe 42 and the pipe 20, with the active enclosure of the machine, so that this active enclosure is filled with a active fluid under pressure. The burner 14 can then be ignited and the machine started.
The valve 28 then occupies a position such that the pipe 19 is closed and the pipe 35 is connected to the compressor. In addition, the valve 37 can then be turned so that the compressed air can be fed from the compressor into the tank 41, so that the pressure in the tank, which had fallen due to the start of the machine, can be brought back. to its initial value p The valves 28, 37, and 39 can then be returned to the position shown in the figure. The compressor 23 then sucks in, via the pipe 22, the combustion gases from the chimney 15. These combustion gases are brought to the upper part of the purification installation 30.
In this installation the combustion gases are freed from unwanted components such as SO2 and carbon particles. However, the gases still contain carbon dioxide. Then they are brought into the water separator 29 which frees them of excess water. This separator is only shown schematically in the figure; it can moreover be of any known type. The combustion gases are compressed in the compressor 23 and are supplied to the reservoir 38 via the pipe 36.
Then, they can be brought into the active enclosure of the machine while the air existing in the machine can be discharged therefrom through the opening of the valve 43, so that after a certain time, all the active fluid of the machine consists of combustion gases.
Although the compressor shown is of the piston type, it is obviously also possible to use a rotary compressor.
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In the exemplary embodiment described above, the combustion gases necessary to complete the quantity of active fluid are taken from the exhaust gases of the burner which belongs to the machine itself.
However, as the use of combustion gas is also advantageous in machines not equipped with such a burner, for example refrigerating machines or heat pumps, a small special burner can be provided for these latter types of machine. . The operation of the machine and the embodiment of the device can, apart from the fact that this burner does not supply heat energy to the machine and that it can be mounted at a certain distance from it, be identical to those of the exemplary embodiment shown in the previous figure.
Although, in the machine just described, the water which acts as a coolant for the machine coolant is present. used in the purification plant, it goes without saying that in other embodiments another means of purification can be used while, in machines which are, for example, cooled to air, the purification system can be connected directly to the water pipe.
In the machine shown in the figure, the adduction of the active fluid takes place when the piston occupies its lower position.
It goes without saying that the device also lends itself to the use of other adduction methods.