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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.