Installation thermique. L'invention a pour objet une installation thermique comportant, d'une part, un généra teur de gaz sous pression, constitué par au moins un moteur à combustion interne et au moins un compresseur actionné par ledit mo teur et, d'autre part, au moins un récepteur, par exemple une turbine, actionné par les gaz sous pression fournis par ledit générateur. Cette installation est caractérisée par le fait qu'au moins une partie des gaz comprimés par le compresseur est séparée des gaz de com bustion du moteur et réchauffée, en amont du récepteur, par la chaleur résiduelle des gaz de combustion après travail desdits gaz de combustion dans le récepteur.
Les dessins montrent, à titre d'exemples, plusieurs forment d'exécution de l'installation faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre, schématiquement, une première forme d'exécution de cette installa tion; Les fig. 2 et 8 montrent respectivement deux diagrammes du cycle moteur s'appli- quant aux moteurs de deux formes d'exécu tion différentes de l'installation; Les fig. 4 et 5 montrent, en coupe axiale, deux dispositifs d'obturation que compor tent respectivement les deux formes d'exécu tion susdites; La fig. 6 montre, en coupe longitudinale schématique, une autre forme d'exécution de l'installation selon l'invention, dans laquelle le dosage du fluide comprimé pour l'alimen tation et pour le balayage du moteur est au tomatiquement assuré en fonction de la pression dudit fluide;
La fig. 7 montre, partiellement, une va riante de la forme d'exécution de la fig. 6, suivant laquelle le dosage s'effectue en fonc tion de la température des gaz brûlés; La fig. 8 montre partiellement une autre variante de la forme d'exécution de la fig. 6; La fig. 9 montre une autre forme d'exé cution de l'installation selon l'invention, dans laquelle le compresseur est à deux étages de pression. Comme on le voit en fig. 1, l'installation selon la première forme d'exécution présente un générateur constitué par un moteur 1 à deux temps, du type à deux pistons opposés 21 et 22 et à circulation équicourant.
Ce mo teur agit sur des compresseurs d'air 31 et 32 dont les pistons 41 et 42 sont reliés aux pis tons moteurs susdits. L'air comprimé débité par les compresseurs est recueilli dans un conduit 5.
Ledit conduit 5 communique avec des lumières 6 ménagées dans la paroi du cylin dre du moteur 1, et qui sont découvertes vers la fin de la course motrice par le piston 21. Les gaz brûlés sont évacués par des lumières 7 découvertes par le piston 22 vers la fin de sa course motrice et l'air sous pression, assu rant le balayage, est évacué par des lumières 9. Pour éviter que les gaz brûlés s'échap pent également par les orifices 9, un clapet 10 est établi dans le conduit 8. Ce clapet 10 ne s'ouvre que lorsque la pression dans le cylin- est devenue voisine de celle de l'air débité par le conduit 5.
Les gaz brûlés, à température élevée, pro venant des orifices d'échappement 7, sont re cueillis dans un conduit 11 aboutissant à un récepteur constitué par une turbine 12 dans laquelle ils se détestent jusqu'à la pression extérieure, tout en conservant une tempéra ture 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.
Une partie importante des calories des gaz brûlés, qui s'échappent de la turbine 12 par le conduit 13, est utilisée par le fait que ces gaz passent dans un échangeur de cha leur 14 dans lequel est logé le conduit 8 re cueillant l'air de balayage. Cet air est ainsi réchauffe avant d'être dirigé vers un récep teur qui est ici constitué par la même turbine 12, dans laquelle l'air se détend jusqu'à la pression extérieure.
Dans l'installation de la fig. 1, tout l'air comprimé débité par le conduit 5 passe par le moteur 1 et on dispose ainsi d'un grand excès d'air de balayage. Par contre, dans les ins tallations des fig. 6 à 9, le moteur est balayé et alimenté par une partie seulement de l'air comprimé produit par le compresseur, par le fait que sur un même réservoir 17 est branché un conduit 18 d'amenée d'air comprimé au moteur 1 et un conduit. 8 d'amenée d'air comprimé au récepteur 12.
Dans ces différentes formes d'exécution, l'air comprimé à basse température, ayant ou non assuré le balayage du moteur, est ré chauffé dans l'échangeur 1.4 par les gaz brf- lés détendus dans le récepteur 12.
Le gain de rendement ainsi obtenu est dû à la régénération thermique du fluide à basse température par les chaleurs 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 mélangés audit fluide avant de pénétrer 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 détente pro longée, comme visible sur le diagramme de la fig. 3.
Dans le cas de la fig. 2, la détente est interrompue au point F par l'ouverture de orifices d'échappement 7 (supposés confondus avec les lumières de balayage 9). Dans une forme d'exécution spéciale, le séparation des gaz brûlés et de l'air de balayage est obtenue par un obturateur 15 (fig. 4), constitué par une vanne oscillante, dont le déplacement dans un sens ou dans l'autre est obtenu par un axe oscillant 16. Suivant la position occu pée par la vanne, les gaz chauds sont diri gés 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 pen dant la partie de la course FE et obturer le dit conduit, pour ouvrir le conduit 8 pendant la partie de la course EGA. Au point<I>A,</I> 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 plus ou moins tard le conduit 8 pour l'échappement de l'air de balayage et faire ainsi de la suralimentation. Dans une forme d'exécution dans laquelle la détente est prolongée (fig. 3), les gaz brû lés sont évacués par des orifices 7, séparés des orifices 9 pour l'air de balayage (comme sur la fig. 1), le conduit 8, dans lequel débou chent ces orifices 9, étant obturé, au moment voulu, par une soupape commandée 101. L'é chappement des gaz chauds, commencé au point E, quand le piston 22 démasque les ori fices 7, se poursuit pendant la partie de' la course EGE pendant laquelle la soupape 10' est fermée. Par contre, l'échappement dé l'air de balayage peut se faire pendant la partie de la course EA pendant laquelle la soupape 101 est ouverte et les orifices 7 masqués par le piston 22.
Au point A, le piston 22 masque également les orifices 9 et la compression commence dans le cylindre du moteur 1.
Dans les formes d'exécution des fig. 6, 7 et 8, le circuit d'air de balayage est en dé rivation sur le conduit d'air comprimé alimen tant le récepteur.
Dans ces installations, la quantité d'air de balayage est dosée automatiquement, par un registre 19 établi dans le conduit 18. Dans l'installation de la fig. 6, ce registre est com mandé par la pression du réservoir 17 agis sant par l'action de l'air comprimé sur un piston 21. Dans l'installation de la fig. 7, le registre est commandé par la température à l'entrée du récepteur 12, agissant sur un ther mostat 22. Ce dernier mode de réglage, d'a près la température, présente l'avantage de pouvoir faire de courtes pointes de puissance, sans modifier la quantité d'air de balayage. car l'élévation de température au récepteur ne s'éablit que lentement.
Dans l'installation selon la fig. 8, le re gistre 19 est supprimé et un simple passage calibré 23 est prévu entre le réservoir 17 et un réservoir de faible capacité 24.
L'installation représentée en fig. 9 coin- prend un compresseur étagé.
Dans cette installation, l'air de balayage et d'alimentation est prélevé à un réservoir 17' de refoulement du premier étage de com pression effectué dans des cylindres 31 et 32. A la sortie du moteur, les gaz brûlés sont dé- tendus dans le premier étage 12' d'une ma chine réceptrice et à la sortie dudit étage lesdits gaz chauds réchauffent, dans l'échan geur 14, les gaz froids, comprimés dans les cylindres du second étage 31.1 et 31.=, en amont du second étage 12' du récepteur, où lesdits gaz froids réchauffés vont finalement se dé tendre.
Dans le cas où la machine réceptrice est constituée par une turbine telle que 12, les gaz brûlés évacués par les orifices 7 et re cueillis par le conduit Il pourraient avoir une température trop élevée pour la bonne te nue des aubes.
On peut alors, avantageusement et comme montré sur les fig. 1. et 6, faire passer, par les mêmes cubages, alternativement les gaz chauds du conduit 11 et les gaz plus frais fournis par le conduit 8, de façon que lesdites aubes aient une température moyenne conve nable.
Thermal installation. The subject of the invention is a thermal installation comprising, on the one hand, a pressurized gas generator, consisting of at least one internal combustion engine and at least one compressor actuated by said engine and, on the other hand, at least one receiver, for example a turbine, actuated by the pressurized gases supplied by said generator. This installation is characterized by the fact that at least part of the gases compressed by the compressor is separated from the combustion gases of the engine and heated, upstream of the receiver, by the residual heat of the combustion gases after working of said combustion gases. in the receiver.
The drawings show, by way of example, several embodiments of the installation forming the subject of the invention.
Fig. 1 shows, schematically, a first embodiment of this installation; Figs. 2 and 8 respectively show two diagrams of the engine cycle applying to engines of two different embodiments of the installation; Figs. 4 and 5 show, in axial section, two closure devices which respectively comprise the two aforementioned embodiments; Fig. 6 shows, in schematic longitudinal section, another embodiment of the installation according to the invention, in which the dosage of the compressed fluid for the supply and for the scavenging of the engine is automatically ensured as a function of the pressure of said fluid;
Fig. 7 shows, partially, a variant of the embodiment of FIG. 6, according to which the dosage is carried out as a function of the temperature of the burnt gases; Fig. 8 partially shows another variant of the embodiment of FIG. 6; Fig. 9 shows another embodiment of the installation according to the invention, in which the compressor has two pressure stages. As seen in fig. 1, the installation according to the first embodiment has a generator consisting of a two-stroke engine 1, of the type with two opposed pistons 21 and 22 and with equicurrent circulation.
This engine acts on air compressors 31 and 32, the pistons 41 and 42 of which are connected to the aforementioned engine pis tons. The compressed air delivered by the compressors is collected in a duct 5.
Said duct 5 communicates with openings 6 formed in the wall of the cylinder dre of the engine 1, and which are discovered towards the end of the driving stroke by the piston 21. The burnt gases are evacuated by openings 7 discovered by the piston 22 towards the end of its driving stroke and the pressurized air, ensuring the sweeping, is evacuated by openings 9. To prevent the burnt gases from escaping also through the orifices 9, a valve 10 is established in the duct 8 This valve 10 only opens when the pressure in the cylinder has become close to that of the air delivered through the duct 5.
The burnt gases, at high temperature, coming from the exhaust ports 7, are collected in a duct 11 leading to a receiver consisting of a turbine 12 in which they hate each other up to the external pressure, while maintaining a temperature. ture greater than that of the air delivered by the duct 5, consequently of the air used for the sweeping which is collected by the duct 8.
A significant portion of the calories of the burnt gases, which escape from the turbine 12 through the duct 13, is used by the fact that these gases pass through a heat exchanger 14 in which the duct 8 is housed, collecting the air. sweep. This air is thus reheated before being directed to a receiver which here consists of the same turbine 12, in which the air expands to the external pressure.
In the installation of fig. 1, all the compressed air delivered through line 5 passes through motor 1 and there is thus a large excess of purging air. On the other hand, in the installations of fig. 6 to 9, the engine is swept and supplied with only part of the compressed air produced by the compressor, by the fact that on the same tank 17 is connected a duct 18 for supplying compressed air to the engine 1 and a led. 8 for compressed air supply to the receiver 12.
In these various embodiments, the compressed air at low temperature, having or not having swept the engine, is reheated in the exchanger 1.4 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 lower temperature 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 with extended long detent, as shown in the diagram in fig. 3.
In the case of fig. 2, the expansion is interrupted at point F by the opening of exhaust ports 7 (assumed to be mistaken for the scanning lights 9). In a special embodiment, the separation of the burnt gases and the purging air is obtained by a shutter 15 (fig. 4), constituted by an oscillating valve, the displacement of which in one direction or 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 the said duct, in order to open the duct 8 during the part of the stroke EGA. At point <I> A, </I> when piston 22 covers ports 7, compression begins in engine cylinder 1.
It is also possible to use the valve 15 to close the conduit 8 for the exhaust of the purging air more or less later and thus to supercharge. In an embodiment in which the expansion is prolonged (fig. 3), the burnt gases are discharged through orifices 7, separated from the orifices 9 for the purging air (as in fig. 1), the duct 8, into which these orifices 9 open, being closed, at the desired moment, by a controlled valve 101. The hot gas exhaust, started at point E, when the piston 22 unmasks the ori fices 7, continues during the part of the 'EGE stroke during which valve 10' 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 point A, the piston 22 also hides the orifices 9 and compression begins in the cylinder of the engine 1.
In the embodiments of FIGS. 6, 7 and 8, the purge air circuit is bypassed on the compressed air duct supplying the receiver.
In these installations, the quantity of purging air is dosed automatically, by a register 19 established in the duct 18. In the installation of FIG. 6, this register is controlled by the pressure of the reservoir 17 acting by the action of the compressed air on a piston 21. In the installation of FIG. 7, the register is controlled by the temperature at the input of the receiver 12, acting on a ther mostat 22. This last adjustment mode, a near the temperature, has the advantage of being able to make short power peaks, without changing the amount of purging air. because the temperature rise at the receiver is only established slowly.
In the installation according to fig. 8, the register 19 is deleted and a simple calibrated passage 23 is provided between the reservoir 17 and a low capacity reservoir 24.
The installation shown in fig. 9 coin- takes a stage compressor.
In this installation, the purging and supply air is taken from a delivery tank 17 'for the first stage of com pressure carried out in cylinders 31 and 32. At the outlet of the engine, the burnt gases are expended in the first stage 12 'of a receiving machine and at the outlet of said stage said hot gases heat, in the exchanger 14, the cold gases, compressed in the cylinders of the second stage 31.1 and 31. =, upstream of the second stage 12 'of the receiver, where said heated cold gases will finally relax.
In the case where the receiving machine consists of a turbine such as 12, the burnt gases evacuated through the orifices 7 and collected through the duct II could have a temperature which is too high for the good color of the blades.
It is then possible, advantageously and as shown in FIGS. 1 and 6, passing, through the same cubages, the hot gases from the duct 11 and the cooler gases supplied by the duct 8 alternately, so that said blades have a suitable average temperature.