FR2500135A1 - Heat generator for heating building - has motor driven rotor with stator to agitate and heat liquid - Google Patents
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Abstract
Description
La présent invention concerne d'une manière générale un générateur de chaleur autonome destiné notamment au chauffage des locaux, formant un ensemble homogène et compact comprenant au moins : un organe moteur, un organe récepteur transformant l'énergie mécanique du moteur en chaleur par brasage d'un fluide circulant à l'intérieur du dit organe récepteur, une pompe capable de déplacer ce fluide dans une installation de chauffage ou dans un échangeur de fluides différents, un réservoir de fluides formant support de l'ensemble et un échangeur de chaleur capable de transmettre à un autre fluide la chaleur contenue dans le fluide du dit organe récepteur. The present invention relates generally to an autonomous heat generator intended in particular for space heating, forming a homogeneous and compact assembly comprising at least: a motor member, a receiver member transforming the mechanical energy of the engine into heat by brazing d '' a fluid circulating inside said receiving member, a pump capable of moving this fluid in a heating installation or in a different fluid exchanger, a fluid reservoir forming the support of the assembly and a heat exchanger capable of transmit to another fluid the heat contained in the fluid of said receiving member.
Dans le cas d'installations de faible importance l'échangeur peut etre avantageusement supprimé et dans ce cas c'est le fluide du dit géné- rateur qui circule dans l'installation à chauffer. In the case of small installations the exchanger can advantageously be omitted and in this case it is the fluid of the said generator which circulates in the installation to be heated.
La source d'énergie qui tend à s'imposer dans les années à venir est sans aucun doute l'électricité. The energy source which tends to impose itself in the years to come is undoubtedly electricity.
Qu'elle soit issue du nucléaire, de panneaux solaires, de piles à combustibles, d'usines marémotrices ou d'éoliennes, sa forme de distribution fait qu'elle pénètre dans tous les locaux. I1 s'agit donc de transformer cette énergie électrique en chaleur. Whether it comes from nuclear power, solar panels, fuel cells, tidal power plants or wind turbines, its form of distribution means that it penetrates all premises. It is therefore a question of transforming this electrical energy into heat.
Nous partirons donc d'un moteur électrique. Mais la présente invention peut etre utilisée en prenant n'importe quel type de moteur si là où l'on chauffe des locaux, l'énergie disponible la plus commode à utiliser est soit le fuel, soit le gaz ou tout autre combustible. We will therefore start with an electric motor. However, the present invention can be used by taking any type of engine if, where space is heated, the most convenient energy available to use is either fuel oil, gas or any other fuel.
L'organe récepteur est un appareil qui chauffe un fluide par brassage. The receiving organ is a device which heats a fluid by stirring.
Il comporte au moins deux parties coaxiales situées 9 l'intérieur d'une enveloppe étanche enserrant du plus près ces deux dites parties. L'une des parties est entrainée par le moteur. L'autre est fixe, de telle sorte que le rendement mécanique étant nul en permanence, toute l'énergie reçue est transformée en chaleur.It comprises at least two coaxial parts situated inside a sealed envelope enclosing these two said parts as closely as possible. One of the parts is driven by the engine. The other is fixed, so that the mechanical efficiency being permanently zero, all the energy received is transformed into heat.
Certes il existe de telles installations, notamment pour absorber l'énergie développée par un véhicule placé sur un banc d'essai. Certainly there are such installations, in particular for absorbing the energy developed by a vehicle placed on a test bench.
Le but principal n'étant pas de générer de la chaleur de façon continue, mais d'équilibrer l'énergie développée par le véhicule, de telle sorte que sa vitesse par rapport à un point fixe placé å l'extérieur du dit véhicule, soit nulle. The main purpose is not to generate heat continuously, but to balance the energy developed by the vehicle, so that its speed relative to a fixed point placed outside said vehicle, is nothing.
I1 est également connu de transformer directement l'énergie électrique en chaleur pour chauffer les locaux, notamment pour des constructions neuves, mais les convecteurs ont une faible inertie thermique, de plus leur fonctionnement étant par "tout ou rien", leur multiplication peut avoir des incidences fflcheuses pour l'organisme chargé de la distribution de ltélectricité, surtout aux heures de pointe. It is also known to transform electrical energy directly into heat to heat the premises, in particular for new constructions, but the convectors have a low thermal inertia, moreover their functioning being by "all or nothing", their multiplication can have unfortunate implications for the agency responsible for distributing electricity, especially during peak hours.
D'autre part, dans le cas d'installations de chauffage central à eau chaude déjà en place et dont la source d'énergie, le fuel ou le gaz est destinée à se raréfier, notamment par le court, il servit tout à fait ridicule de placer un convecteur électrique devant un radiateur à eau inutilisé. On the other hand, in the case of central heating installations with hot water already in place and whose energy source, fuel oil or gas is destined to become scarce, especially by the short, it served quite ridiculous place an electric convector in front of an unused water radiator.
Par ailleurs, ilnéxiste pratiquement pas de chaudieres électriques, si non pour l'eau chaude sanitaire, en raison notamment des mauvais rendements dans l'échange de chaleur entre le thermo-plongeur et l'eau, du à la présence d'un anneau de vapeur autour des tubes de chauffe et du dépot de tartre inévitable. In addition, there are practically no electric boilers, if not for domestic hot water, due in particular to poor yields in the heat exchange between the immersion heater and the water, due to the presence of a ring of steam around the heating tubes and the inevitable scale deposit.
Il existe également des générateurs du type "pompe à chaleur" qui sont de très bons transformateurs d'énergie en chaleur, mais leur fonctionnement est relativement complexe, leur encombrement est important et leur plage d'utilisation réduite, en raison du fait que le cycle de ce type d'appareil est basé sur une différence de température entre celle de l'évaporation et celle de l'extérieur du local à chauffer. There are also generators of the "heat pump" type which are very good transformers of energy into heat, but their operation is relatively complex, their size is large and their range of use reduced, due to the fact that the cycle of this type of appliance is based on a temperature difference between that of evaporation and that of the outside of the room to be heated.
Le but de la présente invention est de réaliser un générateur de chaleur, notamment d'origine électrique, ayant un bon rendement, sans flamme, silencieux, pratiquement sans entretien, auto-régulé par des capteurs conventionnels, sans danger et compact, de telle sorte qu'il puisse se placer avantageusement, soit sur une installation de chauffage central neuve ou sur une telle installation existante et alimentée par des sources d'énergie qui tendent à se raréfier en raison de leur cotit. Dans ce dernier cas, ces dites sources pourraient servir comme chauffage de base, ou d'appoint, ou purement et simplement remplaczespar la présente invention. The object of the present invention is to produce a heat generator, in particular of electrical origin, having a good efficiency, flameless, silent, practically maintenance-free, self-regulating by conventional sensors, safe and compact, so that it can be placed advantageously, either on a new central heating installation or on such an existing installation and supplied by energy sources which tend to become scarce due to their cost. In the latter case, these said sources could be used as basic or auxiliary heating, or purely and simply replaced by the present invention.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels
La figure 1 est une vue en élévation de l'ensemble selon l'invention.The characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows by way of example, with reference to the appended schematic drawings in which
Figure 1 is an elevational view of the assembly according to the invention.
La figure 2 est une coupe diamétrale d'un organe récepteur adapté à l'invention. Figure 2 is a diametrical section of a receiving member adapted to the invention.
La figure 3 est une coupe diamétrale d'un organe réception prévu pour un service prolongé. Figure 3 is a diametrical section of a receiving member intended for extended service.
Les figures 4 et 5 sont des vues respectivement suivant les fleches F1 et F2 de la figure 2. FIGS. 4 and 5 are views respectively along the arrows F1 and F2 of FIG. 2.
Les figures 6 et 7 sont des vues suivant les flèches F1 et F2 de la figure 2 en variante. Figures 6 and 7 are views along the arrows F1 and F2 of Figure 2 alternatively.
La figure 8 est une installation de chauffage central selon l'invention. Figure 8 is a central heating installation according to the invention.
La figure 9 est une autre forme d'installation selon l'invention. Figure 9 is another form of installation according to the invention.
La figure 10 est une solution de remplacement de l'énergie utilisée habituellement sur une installation existante par la présente invention. Figure 10 is an alternative to the energy usually used on an existing installation by the present invention.
D'une manière générale, un tel générateur de chaleur comporte deux parties coaxiales telles que représentées dans la figure 1. L'organe moteur 1, entraine l'organe récepteur 2 par un accouplement 3. Une console 4 immobilise en rotation l'enveloppe 5 de l'organe récepteur. In general, such a heat generator has two coaxial parts as shown in Figure 1. The drive member 1, drives the receiver member 2 by a coupling 3. A console 4 immobilizes the casing 5 in rotation of the receiving organ.
De l'autre côté du moteur et entraîné par celui-ci, une pompe 6 aspire le fluide à échauffer au travers d'une crépine 7 dans un réservoir 8 de telle sorte que le débit et la pression en résultant dans les canalisations, soit capable d'évacuer vers une installation de chauffage ou un échangeur de chaleur, les calories produites. On the other side of the motor and driven by it, a pump 6 sucks the fluid to be heated through a strainer 7 in a tank 8 so that the flow and the resulting pressure in the pipes, is capable to evacuate the calories produced to a heating installation or a heat exchanger.
La pompe 6, si nécessaire, peut etre entrainée par un moteur auxiliaire dont la commande est intégrée au fonctionnement du générateur. The pump 6, if necessary, can be driven by an auxiliary motor, the control of which is integrated into the operation of the generator.
Une canalisation 9 oblige le fluide refroidi à pénétrer par un orifice 10 dans l'organe récepteur. A pipe 9 forces the cooled fluid to penetrate through an orifice 10 in the receiving member.
Le fluide réchauffé en ressort par le canal 11 et apporte ainsi à l'eau du circuit de chauffage 12, au travers d'un échangeur tubulaire 13, par exemple, les calories générées dans l'organe récepteur. Les dimensions données sur la figure 1 se rapportent à titre d'exemple, à un moteur de 10 KW. The heated fluid emerges from the channel 11 and thus provides the water of the heating circuit 12, through a tubular exchanger 13, for example, the calories generated in the receiving member. The dimensions given in FIG. 1 relate by way of example to a 10 KW motor.
Il est évident que pour une installation moyenne ou petite, l'échan- geur de chaleur eau-fluide pourrait etre avantageusement supprimé. Dans ce cas la pompe 6 débiterait le fluide dans les radiateurs. La pression serait alors limitée à 2 ou 3 bars en raison des déformations possibles de ces derniers. It is obvious that for a medium or small installation, the water-fluid heat exchanger could be advantageously eliminated. In this case the pump 6 would deliver the fluid to the radiators. The pressure would then be limited to 2 or 3 bars due to the possible deformations of the latter.
Sur le refoulement 9 de la pompe 6 se trouve au moins une électrovanne 14 destinée à la régulation du générateur en fonction d'une tempé rature Par exemple la température du circuit de chauffage à la sortie de l'échangeur. At the outlet 9 of the pump 6 there is at least one solenoid valve 14 intended for regulating the generator as a function of a temperature For example the temperature of the heating circuit at the outlet of the exchanger.
Le rôle de cette vanne 14 est d'abaisser la'pression dans l'organe récepteur et ainsi de le faire caviter. Pratiquement cette valeur de pression est voisine de 1 bars alors que le seuil de cavitation est situé vers 1,6 bars. The role of this valve 14 is to lower the pressure in the receiving member and thus to cavitate it. In practice, this pressure value is close to 1 bar while the cavitation threshold is located around 1.6 bars.
Dans cette configuration, le couple absorbé au moteur, décroît alors lúne façon sensible et la quantité de chaleur produite fait de meme, le moteur continuant à tourner à charge reluite, mais à vitesse constante dans le cas d'un moteur électrique. In this configuration, the torque absorbed by the motor then decreases appreciably and the amount of heat produced does the same, the motor continuing to run under reduced load, but at constant speed in the case of an electric motor.
La figure 2 est une coupe diamétrale, à titre d'exemple, d'un organe récepteur selon l'invention. Figure 2 is a diametrical section, by way of example, of a receiving member according to the invention.
L'organe récepteur chauffe un fluide par brassage. Il comporte au moins deux parties coaxiales, placées à quelques millimètres l'une de l'autre, en regard et contenues dans une enveloppe 1 étanche, à l'int6- rieur de laquelle se trouve un fluide. The receiving member heats a fluid by stirring. It comprises at least two coaxial parts, placed a few millimeters apart, facing each other and contained in a sealed envelope 1, inside which is a fluid.
La première partie 3 dite "pompe" est constituée par un flasque circulaire ll entrainé par un arbre 5, lié au moteur et comportant au moins une surface radiale 10, ou incurvée dite "aube motrice" dont le point le plus rapproché de l'axe est situé à une distance r et le point le plus éloigné à une distance R, de telle sorte que chaque élément de fluide contenu dans l'enveloppe étanche est accéléré du rayon r au rayon R en rotation. The first part 3 called "pump" is constituted by a circular flange ll driven by a shaft 5, linked to the motor and comprising at least one radial surface 10, or curved called "driving vane" whose point closest to the axis is located at a distance r and the most distant point at a distance R, so that each element of fluid contained in the sealed envelope is accelerated from radius r to radius R in rotation.
La deuxième partie dite "turbine" 4 est constituée par un flasque circulaire 12 fixe et comportant au moins une surface radiale ou incurvée 13 dite "aube réceptrice" apte à recevoir l'énergie communiquée par la pompe 3 à un élément de fluide et à la transformer en chialeur, puisque le rendement mécanique d'un tel système est nul. The second part called "turbine" 4 is constituted by a circular flange 12 fixed and comprising at least one radial or curved surface 13 known as "receiving vane" capable of receiving the energy communicated by the pump 3 to a fluid element and to the transform into whining, since the mechanical efficiency of such a system is zero.
L'enveloppe étanche 1 passe au plus près de la pompe 3 et de la turbine 4 à une distance au plus égale à deux fois l'épaisseur de l'enveloppe étanche 1. Elle est rendue fixe par l'insertion dans le palier 14 de la console 2. The waterproof envelope 1 passes as close as possible to the pump 3 and the turbine 4 at a distance at most equal to twice the thickness of the waterproof envelope 1. It is made fixed by the insertion in the bearing 14 of console 2.
L'4mmobilisation de la turbine 4 est réalisée par le bout d'arbre 6 lequel est solidaire de l'enveloppe par soudure et bloqué dans la turbine. The turbine 4 is immobilized by the end of the shaft 6 which is secured to the casing by welding and blocked in the turbine.
Une butée à billes ou à rouleaux 15 reçoit les poussées hydrauliques internes. Le montage élastique 16 du roulement 17, 9 titre d'exemple, permet d'absorber la dilatation des différents constituants. A ball or roller stop 15 receives the internal hydraulic thrusts. The elastic mounting 16 of the bearing 17, 9 by way of example, makes it possible to absorb the expansion of the various constituents.
La circulation du fluide destinée à évacuer les calories produites dans le générateur se fait par au moins deux orifices 7 et 8 placés à la périphérie de l'enveloppe. The circulation of the fluid intended to evacuate the calories produced in the generator takes place through at least two orifices 7 and 8 placed at the periphery of the envelope.
La rondelle 18 est une pièce en acier cyanuré placée entre la butée tournante 15 et la pompe 3 obtenue éventuellement par moulage d'un alliage d'aluminium notamment, et évite ainsi l'incrustation axiale du matériau dur sur le mou. The washer 18 is a piece of cyanide steel placed between the rotary stop 15 and the pump 3 possibly obtained by molding an aluminum alloy in particular, and thus avoids the axial incrustation of the hard material on the soft.
L'entretoise 19 est fixe en rotation, un léger jeu par rapport à l'arbre 5 permet la libre rotation de celui-ci, mais évite qu'un débit de fluide trop important vienne engorger le joint d'étanchéité 20, lequel est déchargé par un canal 22 relié au réservoir.The spacer 19 is fixed in rotation, a slight clearance relative to the shaft 5 allows the free rotation of the latter, but prevents too much fluid flow clogging the seal 20, which is discharged by a channel 22 connected to the reservoir.
Un calorifugeage 21 évite une perte de calories vers l'extérieur. Insulation 21 prevents loss of calories to the outside.
Dans l'exemple représenté la turbine 4 et la pompe 3 sont issues de fonderies identiques dans un but de simplification et d'économie. In the example shown, the turbine 4 and the pump 3 come from identical foundries for the purpose of simplification and economy.
Elles peuvent etre de forme et de matériaux différents. Notamment la turbine peut avoir des aubes, radiales ou inclinées, solidaires de l'enveloppe étanche 1 en particulier par brasage ou agraffages par perforations locales et languettes, procédés déjà connus en soi en particulier dans les convertisseurs de couple pour automobiles. They can be of different shape and materials. In particular the turbine may have blades, radial or inclined, integral with the sealed envelope 1 in particular by brazing or stapling by local perforations and tongues, methods already known per se in particular in torque converters for automobiles.
Les figures 4 - 5 - 6 - 7 représentent des vues axiales d'aubages, moteurs ou récepteurs, vaiables pour la turbine ou la pompe. Figures 4 - 5 - 6 - 7 show axial views of blades, motors or receivers, suitable for the turbine or the pump.
La figure 8 est le schéma d'une installation de chauffage central équipée d'un générateur 1 selon l'invention et d'un échangeur eau/fluide 2 avec un accélérateur 3, des convecteurs eau-air 4 et une bâche 5. FIG. 8 is the diagram of a central heating installation equipped with a generator 1 according to the invention and a water / fluid exchanger 2 with an accelerator 3, water-air convectors 4 and a tank 5.
La figure 9 est une variante simplifiée selon l'invention notamment pour les petites installations dans laquelle le fluide du générateur 1 passe directement dans les convecteurs fluide-air 2 en supprimant avantageusement l'accélérateur, ltéchangeur et la bache. FIG. 9 is a simplified variant according to the invention, in particular for small installations in which the fluid of the generator 1 passes directly into the fluid-air convectors 2, advantageously eliminating the accelerator, the exchanger and the tank.
La figure 10 est une autre variante selon l'invention d'une installation de chauffage central existante, dans laquelle tous les éléments sont conservés : le brûleur 1, la chaudière 2, l'accélérateur 3, la boche 4. FIG. 10 is another variant according to the invention of an existing central heating installation, in which all the elements are kept: the burner 1, the boiler 2, the accelerator 3, the tank 4.
Le générateur, selon l'invention, est placé en série sur la tuyauterie, notamment le retour chaudière 5, de telle sorte que le brûleur puisse etre éventuellement utilisé. The generator according to the invention is placed in series on the piping, in particular the boiler return 5, so that the burner can possibly be used.
La figure 3 est la réplique de la figure 2 pour un service très dur à ceci près que la butée 15 est montée en opposition avec une seconde butée 15 bis. Un écrou 23 freiné 24, assure le réglage, la goupille 25 n'est là que par sécurité. Tous les autres éléments sont conservés. Figure 3 is a replica of Figure 2 for very hard service except that the stop 15 is mounted in opposition with a second stop 15 bis. A nut 23 braked 24, ensures the adjustment, the pin 25 is there only for safety. All other elements are retained.
En variante, et non représenté par des figures, voici énoncées différentes possibilités de régulation du générateur suivant l'invention. As a variant, and not shown in figures, here are stated different possibilities for regulating the generator according to the invention.
Par tout ou rien : un thermo-contact asservi à une température arrete le moteur dès que celle-ci est atteinte. Ce moyen est intéressant pour les puissances inférieures à 5 KW mais au-dessus les démarrages fréquents risquent d'apporter un surcroit de consommation. By all or nothing: a thermo-contact controlled by a temperature stops the engine as soon as this is reached. This means is advantageous for powers less than 5 KW but above frequent starts risk bringing additional consumption.
Par cavitation : déjà décrit dans le texte. By cavitation: already described in the text.
En utilisant- un moteur à vitesse variable, notamment un moteur électrique. Dans ce cas la régulation se fait en continu. Le couple absorbé par l'organe récepteur étant une fonction de la vitesse du moteur, à chaque réduction de celle-ci correspond une réduction de la production de chaleur et de puissance absorbée. Using a variable speed motor, especially an electric motor. In this case the regulation is done continuously. The torque absorbed by the receiving member being a function of the speed of the motor, each reduction thereof corresponds to a reduction in the production of heat and absorbed power.
En utilisant un moteur électrique à deux vitesses, par exemple 1 500 t/mn et 750 t/mn correspondant à la marche normale et la marche lente du générateur. La réduction de vitesse étant 1/2, la production de chaleur sera sensiblement dans le rapport 1/4, ainsi que la puissance absorbée. Un thermo-contact commandera l'enclenchement de l'une ou l'autre des vitesses. Using a two-speed electric motor, for example 1,500 rpm and 750 rpm corresponding to normal running and slow running of the generator. The speed reduction being 1/2, the heat production will be appreciably in the ratio 1/4, as well as the power absorbed. A thermo-contact will control the engagement of one or other of the speeds.
En mettant un organe de coupure, crabot ou embrayage entre le moteur et l'organe récepteur ou entre la sortie de l'organe récepteur et le point fixe ou encore entre la turbine et l'arbre de celle-ci. By putting a cut-off member, clutch or clutch between the engine and the receiving member or between the outlet of the receiving member and the fixed point or even between the turbine and the shaft thereof.
En utilisant un variateur de vitesse à courroie entre le moteur et l'organe récepteur. Lequel variateur ayant des largeurs de poulies pilotées par un capteur de température. By using a belt variable speed drive between the motor and the receiving device. Which variator having pulley widths controlled by a temperature sensor.
Bien entendu les variantes représentées par les figures 2 et 3 ne sont pas limitatives, en particulier, la présente invention pourrait etre réalisée en groupant la pompe et l'organe récepteur à l'intérieur du réservoir en supprimant avantageusement le joint et une partie de la tuyauterie, seul le moteur serait à l'extérieur ainsi qutéventuellement l'échangeur. Of course, the variants represented by FIGS. 2 and 3 are not limiting, in particular, the present invention could be produced by grouping the pump and the receiving member inside the tank, advantageously eliminating the seal and part of the piping, only the engine would be outside as well as possibly the exchanger.
Claims (10)
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FR8102952A FR2500135A1 (en) | 1981-02-16 | 1981-02-16 | Heat generator for heating building - has motor driven rotor with stator to agitate and heat liquid |
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