FR3101682A1 - Helical siphon compressor: desalination, CO2 extraction, dehumidification, liquid aeration, heat engine, compression-decompression, decompression-compression - Google Patents

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Abstract

Compresseur à siphons hélicoïdaux : désalinisation, extraction de CO2, déshumidification, aération d’un liquide, moteur thermique, compression-décompression, décompression-compression. Une vis d’Archimède sous la surface d’un liquide translate vers le bas et comprime les poches de gaz que ses cloches virtuelles emprisonnent. Elle peut entraîner une vis de pas inverse pour associer compression et décompression. La désalinisation quasi-isotherme de l’eau salée par cycle de Hirn inversé à 23,14 hPa, la déshumidification de l’air par décompression au-delà du point de rosée, l’extraction du dioxyde de carbone d’un gaz par liquéfaction à 5,7291 MPa, la distillation alcoolique à température ambiante, l’oxygénation des rivières sous l’effet du courant, la transformation d’énergie thermique en énergie mécanique constituent des exemples d’applications. La faiblesse des frottements, l’absence de tout clapet, presse-étoupe ou autre pièce d’étanchéité mobile sont notables. Figure pour l’abrégé : fig. 9 Helical siphon compressor: desalination, CO2 extraction, dehumidification, liquid aeration, heat engine, compression-decompression, decompression-compression. An Archimedean screw under the surface of a liquid translates downwards and compresses the pockets of gas that its virtual bells trap. It can drive a reverse pitch screw to combine compression and decompression. The quasi-isothermal desalination of salt water by reverse Hirn cycle at 23.14 hPa, the dehumidification of the air by decompression beyond the dew point, the extraction of carbon dioxide from a gas by liquefaction at 5.7291 MPa, alcoholic distillation at room temperature, oxygenation of rivers under the effect of the current, the transformation of thermal energy into mechanical energy are examples of applications. The low friction, the absence of any valve, stuffing box or other movable sealing part are notable. Figure for abstract: fig. 9

Description

Compresseur à siphons hélicoïdaux : désalinisation, extraction de CO2, déshumidification, aération d’un liquide, moteur thermique, compression-décompressionHelical siphon compressor: desalination, CO2 extraction, dehumidification, liquid aeration, heat engine, compression-decompression

La présente invention concerne de façon générale un dispositif de mise en pression, de dépressurisation ou pressurisation et dépressurisation dans les deux ordres de succession d’un gaz ou d’un liquide. Le compresseur à siphons hélicoïdaux associe d’une part le principe de la vis ou hélice (proche de la vis d’Archimède) pour transformer un mouvement de rotation en translation d’autre part celui du siphon pour contraindre des poches de gaz enfermées dans les siphons virtuels que forment les parties localement supérieures de l’hélice à subir le gradient de pression du liquide dans lequel elle est immergée. Il combine les qualités du compresseur volumétrique (débit indépendant de la charge) et celles du compresseur à turbine (réduction des frottements et absence de clapet pour la continuité de l’alimentation). Au prix de l’encombrement, avec des frottements réduits aux forces de viscosité et avec une étanchéité parfaite, le compresseur à siphons hélicoïdaux peut être mécaniquement associé à un décompresseur pour imposer à faible coût de fructueux cycles de pressurisation-dépressurisation. Pour offrir des différences de pressions importantes sans encombrement excessif, le compresseur à siphons hélicoïdaux peut segmenter la vis en plusieurs sous-vis opportunément pressurisées.The present invention generally relates to a device for pressurizing, depressurizing or pressurizing and depressurizing in the two orders of succession of a gas or a liquid. The helical siphon compressor combines on the one hand the principle of the screw or propeller (similar to the Archimedes screw) to transform a rotational movement into translation on the other hand that of the siphon to constrain pockets of gas enclosed in the virtual siphons that form the locally upper parts of the propeller to undergo the pressure gradient of the liquid in which it is immersed. It combines the qualities of the volumetric compressor (flow independent of the load) and those of the turbine compressor (reduction of friction and absence of valve for the continuity of the supply). At the cost of size, with friction reduced to viscosity forces and with perfect sealing, the helical siphon compressor can be mechanically associated with a decompressor to impose fruitful pressurization-depressurization cycles at low cost. To provide significant pressure differences without excessive bulk, the helical siphon compressor can segment the screw into several suitably pressurized sub-screws.

La compression de la phase gazeuse d’eau salée préalablement décomprimée jusqu’à sa pression saturante (23,14 hPa à 20°C) permet de condenser à température ambiante cette vapeur par nature désalinisée. Des variantes permettent la lyophilisation ou la distillation alcoolique à température ambiante, c’est-à-dire sans agression thermique des arômes.The compression of the gaseous phase of salt water previously decompressed to its saturation pressure (23.14 hPa at 20°C) makes it possible to condense this naturally desalinated vapor at ambient temperature. Variants allow freeze-drying or alcoholic distillation at room temperature, i.e. without thermal attack on the aromas.

La compression d’un gaz contenant du dioxyde de carbone jusqu’à sa pression de liquéfaction (5,7291 MPa à 20°C, environ 56 fois la pression atmosphérique) permet d’extraire ce dioxyde de carbone, la détente du reliquat gazeux réduisant largement le coût énergétique de l’opération.The compression of a gas containing carbon dioxide up to its liquefaction pressure (5.7291 MPa at 20°C, approximately 56 times atmospheric pressure) makes it possible to extract this carbon dioxide, the expansion of the remaining gas reducing largely the energy cost of the operation.

Chauffer un gaz comprimé avant de le décomprimer permet de valoriser en énergie mécanique des sources thermiques trop médiocres pour utiliser d’autres méthodes d’exploitation.Heating a compressed gas before decompressing it makes it possible to recover mechanical energy from thermal sources that are too mediocre to use other operating methods.

La décompression d’air humide permet de l’assécher au-delà du point de rosée par effet de foehn, la compression du reliquat compensant largement le coût énergétique de l’opération.The decompression of humid air makes it possible to dry it beyond the dew point by foehn effect, the compression of the remainder largely offsetting the energy cost of the operation.

Les rivières souffrent de déficits chroniques en oxygène : le compresseur à siphons hélicoïdaux permet d’y remédier sous la seule action de leur courant.Rivers suffer from chronic oxygen deficits: the helical siphon compressor makes it possible to remedy this under the sole action of their current.

Etat de la technique antérieureState of the prior art

La vis d’Archimède appartient au domaine public. La version revisitée par Léonard de Vinci remplace le carter fixe contre lequel la vis frotte par un carter tournant, supprimant les frottements engendrés par les besoins d’étanchéité : la vénérable bétonneuse constitue une application aussi banale qu’éprouvée.The Archimedes screw belongs to the public domain. The version revisited by Leonardo da Vinci replaces the fixed casing against which the auger rubs with a rotating casing, eliminating the friction caused by sealing requirements: the venerable concrete mixer is an application as commonplace as it is proven.

On trouve quelques dépôts de brevet récents faisant appel à des vis d’Archimède, ils ne comprennent aucune des revendications de la présente demande :There are a few recent patent filings using Archimedes screws, they do not include any of the claims of this application:

  • Centrale hydroélectrique avec rotor à vis d'Archimède EP2796707 - 2014-10-29Hydroelectric power station with Archimedean screw rotor EP2796707 - 2014-10-29
  • Appareil servant à produire de l’énergie hydroélectrique WO20100821292010-07-22Apparatus for generating hydroelectric power WO20100821292010-07-22
  • Ensemble WO2011128640 - 2011-10-20Set WO2011128640 - 2011-10-20
  • Propulsion de navire utilisant une vis sans fin FR2895367 - 2007-06-29 (BOPI 2007-26) Ship propulsion using an endless screw FR2895367 - 2007-06-29 (BOPI 2007-26 )

Ces cas d’emploi de vis d’Archimède s’appliquent à des liquides, alors que la présente invention comprime ou dépressurise des gaz.These Archimedean screw use cases apply to liquids, whereas the present invention compresses or depressurizes gases.

Aujourd’hui, la désalinisation de l’eau salée utilise soit des osmoseurs nécessitant des compressions de l’ordre de 10 MPa, perdus dans la membrane osmotique qu’il faut périodiquement régénérer par des balayages inverses, soit des bouilleurs qui chauffent jusqu’à ébullition à des pressions réduites puis refroidissent le liquide, avec les pertes thermodynamiques inhérentes. Le système ici proposé fait descendre la température d’ébullition à la température ambiante pour éviter la nécessité de refroidissement et réduire ces pertes thermodynamiques ; un des autres avantages est de produire des résidus secs, utilisables à d’autres usages, sans générer et diluer de saumure néfaste pour l’environnement. La lyophilisation fait classiquement appel à de très basses pressions après congélation, la distillation à une ébullition à la pression atmosphérique, deux opérations préjudiciables à la protection des arômes. Inspirée de la pascalisation, la stérilisation hypobarique mérite d’être enfin évaluée.Today, the desalination of salt water uses either osmosis units requiring compressions of the order of 10 MPa, lost in the osmotic membrane which must be periodically regenerated by reverse sweeps, or boilers which heat up to boiling at reduced pressures and then cooling the liquid, with the inherent thermodynamic losses. The system proposed here lowers the boiling temperature to room temperature to avoid the need for cooling and reduce these thermodynamic losses; one of the other advantages is to produce dry residues that can be used for other purposes, without generating and diluting brine that is harmful to the environment. Lyophilization conventionally uses very low pressure after freezing, distillation at boiling at atmospheric pressure, two operations that are detrimental to the protection of aromas. Inspired by Pascalization, hypobaric sterilization deserves to be finally evaluated.

Aucun dispositif d’extraction du dioxyde de carbone par compression jusqu’à sa liquéfaction ne semble avoir été proposé, sans doute à cause du coût énergétique d’une telle compression si une décompression efficace n’est pas associée.No device for extracting carbon dioxide by compression until it liquefies seems to have been proposed, probably because of the energy cost of such compression if effective decompression is not associated.

De par sa flottabilité nulle, le rotor du compresseur-décompresseur fait l’objet de très faibles résistances mécaniques dues aux forces de viscosité tout en offrant une étanchéité parfaite. Cet atout est utilisé pour exploiter de faibles ressources thermiques et les transformer en énergie mécanique.Due to its zero buoyancy, the rotor of the compressor-decompressor is subject to very low mechanical resistance due to the forces of viscosity while offering a perfect seal. This asset is used to exploit weak thermal resources and transform them into mechanical energy.

Le professeur Wong de l’université d’Akron (Etats-Unis/Ohio) pourrait extraire 39 litres d’eau par heure d’une atmosphère désertique grâce aux nano-fibres d’un polymère hydrophile (744 mg d’eau captés par centimètre carré et par heure). Pour répondre à ce besoin de déshumidification, aucune voie faisant appel à la décompression de l’air au-delà du point de rosée puis à sa compression n’a été identifiée.Professor Wong from the University of Akron (USA/Ohio) could extract 39 liters of water per hour from a desert atmosphere thanks to the nano-fibers of a hydrophilic polymer (744 mg of water captured per centimeter square and per hour). To meet this need for dehumidification, no way involving the decompression of air beyond the dew point and then its compression has been identified.

De nombreux systèmes existent pour oxygéner les rivières, aucun n’utilise de rotor aussi simple que celui de la présente invention.Many systems exist for oxygenating rivers, none using a rotor as simple as that of the present invention.

L’escalier du château de Chambord élaboré par Léonard de Vinci associe deux surfaces hélicoïdales de même sens ; ici plusieurs surfaces hélicoïdales de même sens sont effectivement associées, avec d’autres surfaces hélicoïdales de sens opposées.The staircase of the Château de Chambord designed by Leonardo da Vinci combines two helical surfaces in the same direction; here several helical surfaces of the same direction are effectively associated, with other helical surfaces of opposite directions.

La machine de Marly alimentait le château de Versailles en eau en puisant l’eau et l’énergie de la Seine et en segmentant le pompage en trois étages ; la présente invention obtient le même résultat sans aucun clapet.The Marly machine supplied the Palace of Versailles with water by drawing water and energy from the Seine and segmenting the pumping into three stages; the present invention achieves the same result without any valves.

Note liminaire sur la compression par siphons hélicoïdauxIntroductory note on compression by helical siphons

La figure 1 décrit une hélice simple (courbe s'enroulant autour d'un cylindre, interceptant ses génératrices sous un angle constant) de rayon r et de pas p (x=rsinθ, y=r cosθ z=pθ) dont l’axe est incliné d’un angle β par rapport à la verticale. Quand cet angle β dépasse l’angle constant entre les génératrices du cylindre et l’hélice, angle constant déterminé par le pas p, cette hélice présente des extrema locaux qui sont exploités par le compresseur.Figure 1 describes a simple helix (curve winding around a cylinder, intercepting its generatrices at a constant angle) of radius r and pitch p (x=rsinθ, y=r cosθ z=pθ) whose axis is inclined at an angle β with respect to the vertical. When this angle β exceeds the constant angle between the generatrices of the cylinder and the propeller, a constant angle determined by the pitch p, this propeller has local extrema which are exploited by the compressor.

Associer à la courbe en trois dimensions de l’hélice un tuyau de rétention de liquide permet d’élaborer un précurseur de compresseur à siphons hélicoïdaux dont les parties hélicoïdales entre les points (1) et (2) correspondant aux angles θ1et θ2ou θ1+2π et θ2+2π constituent des auges virtuelles pouvant retenir un liquide. Il suffit d’une rotation, quelle que soit sa vitesse, pour que ces auges virtuelles effectuent une translation et déplacent le liquide qu’elles contiennent ; ces auges sont virtuelles dans la mesure où plusieurs parties physiques du tuyau hélicoïdal associé à l’hélice vont tour à tour les constituer.Combining the three-dimensional curve of the propeller with a liquid retention pipe makes it possible to develop a precursor of a helical siphon compressor whose helical parts between the points (1) and (2) correspond to the angles θ 1 and θ 2 or θ 1 +2π and θ 2 +2π constitute virtual troughs capable of retaining a liquid. All it takes is one rotation, whatever its speed, for these virtual troughs to translate and move the liquid they contain; these troughs are virtual insofar as several physical parts of the helical pipe associated with the propeller will constitute them in turn.

La vue de face et le calcul mettent en évidence que le centre de gravité du liquide présent dans l’auge est latéralement décalé par rapport à l’axe et génère un moment tendant à faire tourner le précurseur de compresseur à siphons hélicoïdaux dans le sens de descente du liquide. Soit la rotation de ce précurseur de compresseur sera motrice pour faire monter le liquide, soit la descente du liquide sera motrice pour faire tourner ledit précurseur de compresseur.The front view and the calculation show that the center of gravity of the liquid present in the trough is laterally offset with respect to the axis and generates a moment tending to rotate the helical siphon compressor precursor in the direction of descent of the liquid. Either the rotation of this compressor precursor will drive to cause the liquid to rise, or the descent of the liquid will drive to cause the said compressor precursor to rotate.

Ce système de translation d’un liquide est intéressant pour son alimentation et son déversement, aussi simples qu’efficaces : il suffit de poser le centre de la base du précurseur de compresseur à siphon hélicoïdal sur le dioptre d’une surface liquide (3) et de recueillir ce liquide juste à sa sortie dans une gouttière. On peut remarquer l’absence de frottement entre des parties mobiles et fixes pour assurer leur étanchéité, l’absence de clapet, l’absence de vitesse minimale, la dénivellation minimale pour l’évacuation dans une gouttière et la grande réversibilité.This liquid translation system is interesting for its simple and efficient feeding and spilling: just put the center of the base of the helical siphon compressor precursor on the diopter of a liquid surface (3) and collect this liquid just as it comes out in a gutter. We can notice the absence of friction between moving and fixed parts to ensure their tightness, the absence of a valve, the absence of minimum speed, the minimum difference in level for evacuation in a gutter and the great reversibility.

On calcule que pour β=45° et p=0.5 r, environ la moitié de la longueur de chaque spire se trouve entre un « col » (1) de θ1=30°et le point suivant (2) à la même altitude (θ2=218°) et que cette combinaison optimise assez bien le compromis entre l’encombrement, le débit et le couple. Pour la faible compression sous un fort débit des figures 10 à 12, le couple β=10° et p=3,1 r sera proposé. Le terme « siphon » est justifié par la projection en « U » du tuyau hélicoïdal permettant d’isoler par un liquide deux volumes de gaz.It is calculated that for β=45° and p=0.5 r, approximately half the length of each turn is between a “pass” (1) of θ 1 =30° and the following point (2) at the same altitude (θ 2 =218°) and that this combination fairly well optimizes the compromise between size, flow rate and torque. For the low compression under a high flow of figures 10 to 12, the couple β=10° and p=3.1 r will be proposed. The term “siphon” is justified by the projection in “U” of the helical pipe making it possible to isolate by a liquid two volumes of gas.

La figure 2 correspond à l’immersion de ce précurseur de compresseur à siphons hélicoïdaux dans un liquide limité par le dioptre (3), constituant maintenant un véritable compresseur à siphons hélicoïdaux. Le terme « siphon » est conservé pour la capacité de la partie liquide du tuyau à assurer la séparation entre deux volumes de gaz distincts par la projection en « U » de ce tuyau hélicoïdal que le gradient de pression fait plus exactement ressembler à un « J ». La descente d’un gaz et sa compression sont obtenues par le positionnement des siphons hélicoïdaux de la figure 1 dans le gradient de pression du liquide. Le gaz est introduit par la partie supérieure, dite partie d’aspiration, le dioptre (3) coupant pour les raisons de remplissage la base supérieure du cylindre par sa moitié. Le remplissage en gaz correspond plus exactement à l’absence de liquide au-dessus du dioptre (3) conformément au principe des vases communicants. Au-dessous de ce dioptre, le gaz est enfermé dans les parties supérieures des siphons et descend au fur et à mesure de la rotation du compresseur à siphons hélicoïdaux ; ce sont maintenant les parties hautes des siphons qui constituent des cloches virtuelles en translation dans lesquelles les gaz sont logés entre deux volumes de liquide occupant le volume restant. Le terme de cloche dans le cas d’un gaz remplace celui d’auge dans le cas d’un liquide en faisant référence aux cloches à plongeur. Mises bout à bout, les hauteurs cumulées des colonnes intermédiaires de liquide correspondent exactement à la hauteur totale.Figure 2 corresponds to the immersion of this precursor of helical siphon compressor in a liquid limited by the diopter (3), now constituting a real helical siphon compressor. The term "siphon" is retained for the ability of the liquid portion of the pipe to provide separation between two distinct gas volumes by the "U" projection of this helical pipe which the pressure gradient makes more accurately resemble a "J ". The descent of a gas and its compression are obtained by the positioning of the helical siphons of figure 1 in the pressure gradient of the liquid. The gas is introduced by the upper part, called the suction part, the diopter (3) cutting for the reasons of filling the upper base of the cylinder by its half. Gas filling corresponds more exactly to the absence of liquid above the interface (3) in accordance with the principle of communicating vessels. Below this diopter, gas is trapped in the upper portions of the siphons and descends as the screw compressor rotates; it is now the upper parts of the siphons which constitute virtual bells in translation in which the gases are housed between two volumes of liquid occupying the remaining volume. The term bell in the case of a gas replaces that of trough in the case of a liquid by referring to plunger bells. Placed end to end, the cumulative heights of the intermediate columns of liquid correspond exactly to the total height.

La rotation du compresseur à siphons hélicoïdaux va provoquer une translation des poches de gaz dans le gradient de pression du liquide vers une zone où la pression hydrostatique du liquide sera différente, modifiant ainsi celle du gaz de la valeur P=hρg, P étant la pression, h la profondeur ou variation d’altitude de ladite poche de gaz, ρ la masse volumique du liquide employé et g la constante de gravitation. La question de la réduction du volume gazeux sous l’effet de sa compression et du déplacement intempestif des colonnes intermédiaires de liquide sera résolue ultérieurement.The rotation of the helical siphon compressor will cause a translation of the gas pockets in the pressure gradient of the liquid towards an area where the hydrostatic pressure of the liquid will be different, thus modifying that of the gas by the value P=hρg, P being the pressure , h the depth or altitude variation of said gas pocket, ρ the density of the liquid used and g the gravitational constant. The question of the reduction of the gaseous volume under the effect of its compression and the untimely displacement of the intermediate columns of liquid will be resolved later.

Au bilan, le compresseur à siphon hélicoïdal dispose d’une partie aspiration au-dessus d’un dioptre gaz-liquide (3) et d’une partie compression en-dessous ; la rotation de ce compresseur emprisonne le gaz au-dessus du dioptre dans les cloches virtuelles que forment les siphons hélicoïdaux ; cette rotation détermine également leur profondeur au sein du gradient de pression de la colonne liquide en-dessous dudit dioptre (3) et comprime le gaz emprisonné dans lesdites cloches virtuelles.On balance, the helical siphon compressor has a suction part above a gas-liquid interface (3) and a compression part below; the rotation of this compressor traps the gas above the diopter in the virtual bells formed by the helical siphons; this rotation also determines their depth within the pressure gradient of the liquid column below said interface (3) and compresses the gas trapped in said virtual bells.

Si on examine la formule de Bernouilli + + gz appliquée d’une part à la poche de gaz, d’autre part à la poche de liquide le remplaçant, on peut considérer que les énergies cinétiques du gaz et du liquide comme constantes et dire que par conservation de l’enthalpie, le compresseur à siphons hélicoïdaux transforme la quantité gz correspondant au déplacement de la poche de liquide qui compense celui de la poche de gaz en modifiant la pression de cette poche de gaz , à la variation d’énergie potentielle de la poche de gaz près.If we look at Bernoulli's formula + + gz applied on the one hand to the pocket of gas, on the other hand to the pocket of liquid replacing it, one can consider that the kinetic energies of the gas and of the liquid as constants and say that by conservation of the enthalpy, the helical siphon compressor transforms the quantity gz corresponding to the displacement of the liquid pocket which compensates that of the gas pocket by modifying the pressure of this gas pocket , to within the potential energy variation of the gas pocket.

La figure 3 montre comment le tuyau associé à l’hélice peut être amélioré pour augmenter le volume utilisé. A l’intérieur d’un cylindre de rayon R1, des surfaces hélicoïdales de pas p entre les rayons R0et R1sont insérées :Figure 3 shows how the pipe associated with the propeller can be improved to increase the volume used. Inside a cylinder of radius R 1 , helicoidal surfaces of pitch p between radii R 0 and R 1 are inserted:

  • Longueur déterminée par k, nombre réel positif définissant le nombre de périodesLength determined by k, positive real number defining the number of periods
  • 0 ≤ θ ≤ 2 k π, 0 ≤ n ≤ 7 pour 8 surfaces hélicoïdales0 ≤ θ ≤ 2 k π, 0 ≤ n ≤ 7 for 8 helical surfaces
  • Point (4) : x = R0sin (θ + n π / 4), y = R0cos (θ + n π / 4), z = R1θ /2Point (4): x = R 0 sin (θ + n π / 4), y = R 0 cos (θ + n π / 4), z = R 1 θ /2
  • Point (5) : x = R1sin (θ + n π / 4), y = R1cos (θ + n π / 4), z = R1θ /2Point (5): x = R 1 sin (θ + n π / 4), y = R 1 cos (θ + n π / 4), z = R 1 θ /2

Cette évolution permet :This evolution allows:

  • la transformation de la section circulaire du tuyau associé à l’hélice par une section limitée par deux surfaces hélicoïdales,the transformation of the circular section of the pipe associated with the helix by a section limited by two helical surfaces,
  • l’extension de la section utile à l’ensemble du cylindre sur lequel l’hélice s’appuie, en y retranchant le canal central,the extension of the useful section to the whole of the cylinder on which the propeller rests, by cutting off the central channel,
  • la mise en place d’un canal central de rayon R0en communication avec l’extérieur du cylindre dans lequel le liquide peut se déplacer au gré des variations de niveau des cloches virtuelles sous l’effet de la pression.the installation of a central channel of radius R 0 in communication with the outside of the cylinder in which the liquid can move according to the variations in level of the virtual bells under the effect of the pressure.

Plusieurs surfaces hélicoïdales sont imbriquées pour augmenter le volume utilisé, huit dans l’exemple de la figure 3 mais, avec β = 45° et p = 0,5, la modélisation montre qu’on peut insérer jusqu’à douze surfaces hélicoïdales sans interférence. Cet assemblage constituant un rotor permet d’aménager les cloches virtuelles en translation conformément aux figures 3 et 5 déterminées en premier lieu par une paroi cylindrique (5) de rayon R1, en deuxième lieu par un canal cylindrique central (4) de rayon R0, en troisième lieu par une paroi hélicoïdale entre le canal central (4) et la paroi cylindrique (5) à laquelle elle est soudée pour assurer l’étanchéité des cloches virtuelles, en quatrième lieu par une surface horizontale à l’intérieur d’une ligne de niveau (7) appuyée sur le point supérieur (7’) de l’intersection entre le canal central et la paroi hélicoïdale et en dernier lieu par l’inclinaison β du cylindre (5) et du canal central (4) par rapport à l’horizontale. Les cloches en translation sont réparties par le dioptre gaz-liquide (3) entre des cloches d’aspiration et des cloches de compression. Le point supérieur (7’) de l’intersection entre le canal central et la paroi hélicoïdale définit une ligne de niveau (7), base de la cloche en translation, qui va isoler et enfermer la poche de gaz lors de sa rencontre avec le dioptre (3). Au-dessus du dioptre (3), les cloches d’aspiration sont pleines de gaz, une rotation du compresseur les translate vers le bas jusqu’à ce que la ligne de niveau (7) atteigne le dioptre (3) et isole les poches de gaz qu’elles contiennent. Au-dessous du dioptre (3), lesdites poches de gaz isolées par les cloches en translation subissent le gradient de pression de la colonne de liquide sous le dioptre (3) par l’intermédiaire de la surface à l’intérieur de la ligne de niveau (7) et sont comprimées en conséquence. Leur compression réduit le volume de la poche de gaz, sa surface inférieure s’appuie sur une ligne de niveau qui n’est plus en contact avec le canal central comme illustré en 7’’, selon le principe des vases communicants le canal central a permis de remplacer le volume de gaz comprimé par du liquide.Several helical surfaces are nested to increase the volume used, eight in the example of figure 3 but, with β = 45° and p = 0.5, the modeling shows that one can insert up to twelve helical surfaces without interference . This assembly constituting a rotor makes it possible to arrange the virtual bells in translation in accordance with FIGS. 3 and 5, determined firstly by a cylindrical wall (5) of radius R 1 , secondly by a central cylindrical channel (4) of radius R 0 , thirdly by a helical wall between the central channel (4) and the cylindrical wall (5) to which it is welded to seal the virtual bells, fourthly by a horizontal surface inside a level line (7) resting on the upper point (7') of the intersection between the central channel and the helical wall and lastly by the inclination β of the cylinder (5) and of the central channel (4) by relative to the horizontal. The bells in translation are distributed by the gas-liquid interface (3) between suction bells and compression bells. The upper point (7') of the intersection between the central channel and the helical wall defines a level line (7), the base of the bell in translation, which will isolate and enclose the pocket of gas when it meets the diopter (3). Above the diopter (3), the suction bells are full of gas, a rotation of the compressor translates them downwards until the level line (7) reaches the diopter (3) and isolates the pockets gas they contain. Below the diopter (3), said pockets of gas isolated by the bells in translation undergo the pressure gradient of the column of liquid under the diopter (3) via the surface inside the line of level (7) and are compressed accordingly. Their compression reduces the volume of the gas pocket, its lower surface rests on a level line which is no longer in contact with the central channel as illustrated in 7'', according to the principle of communicating vessels the central channel has allowed to replace the volume of compressed gas with liquid.

La faible valeur de R0augmente directement le volume de la cloche. L’inconvénient du déplacement des colonnes intermédiaires dans le cas de l’exemple de la figure 2, à l’origine du déplacement intempestif de bulles d’une poche de gaz à l’autre disparaît ; avec le canal central, les poches de gaz sont au moment de la rencontre avec le dioptre (3) à la limite de déborder dans le canal central par le point (7’), puis progressivement restreintes à la partie supérieure des cloches par l’augmentation de pression : le canal central fournit le liquide nécessaire à la compensation de cette réduction de volume. Ce canal est aussi important pour s’affranchir de la position du dioptre (3) par rapport aux extrémités (6) du compresseur. Les exemples des figures 1 et 2 étaient optimisées avec un dioptre (3) au centre du disque, et impérativement entre les extrémités (6) de ce disque ; avec le canal central, la hauteur à laquelle le dioptre coupe le compresseur à siphons hélicoïdaux n’a à cet égard pas de conséquence. Le positionnement du dioptre (3) n’est donc pas limité entre les extrémités (6) de la base du cylindre mais peut descendre indifféremment sous (6) tout en garantissant une aspiration nominale.The low value of R 0 directly increases the volume of the bell. The disadvantage of the displacement of the intermediate columns in the case of the example of FIG. 2, at the origin of the untimely displacement of bubbles from one gas pocket to the other, disappears; with the central channel, the pockets of gas are at the moment of meeting with the interface (3) at the limit of overflowing into the central channel by the point (7 '), then gradually restricted to the upper part of the bells by the increase in pressure: the central channel supplies the liquid necessary to compensate for this reduction in volume. This channel is also important to overcome the position of the interface (3) relative to the ends (6) of the compressor. The examples of Figures 1 and 2 were optimized with an interface (3) in the center of the disc, and imperatively between the ends (6) of this disc; with the central channel, the height at which the diopter intersects the helical siphon compressor is in this respect of no consequence. The positioning of the diopter (3) is therefore not limited between the ends (6) of the base of the cylinder but can descend indifferently below (6) while guaranteeing nominal suction.

Le rotor objet de la figure 3 est conçu pour posséder une flottabilité nulle quand toutes les cloches en translation sont nominalement remplies de gaz afin que les frottements soient réduits à ceux que la viscosité génère. A cet effet, certaines parties recevront des blocs de lest adéquats.The object rotor of FIG. 3 is designed to possess zero buoyancy when all the bells in translation are nominally filled with gas so that the frictions are reduced to those which the viscosity generates. For this purpose, some parts will receive adequate ballast blocks.

La figure 4 revient sur le cas de la montée d’un liquide et montre la translation verticale de l’auge virtuelle au fur et à mesure de la rotation du siphon hélicoïdal jusqu’au déversement en (11). L’auge étant délicate à définir dans l’espace, il ne s’agit ici que des projections horizontales de la partie externe de la plus basse des deux surfaces hélicoïdales enserrant l’auge virtuelle. Les génératrices (8) et (9) associées aux bords de l’auge virtuelle montrent que l’étanchéité de l’auge est bien assurée, malgré le canal central non représenté. L’exemple éprouvé de la bétonneuse répondrait aux éventuels doutes. Le volume de l’auge sera optimisé avec des génératrices qui ne seront pas exactement perpendiculaires à l’axe (10), une étude ultérieure permettra de déterminer la valeur de cette variation.Figure 4 comes back to the case of the rise of a liquid and shows the vertical translation of the virtual trough as the rotation of the helical siphon progresses until the spill in (11). The trough being difficult to define in space, it is only a question here of the horizontal projections of the external part of the lower of the two helical surfaces enclosing the virtual trough. The generators (8) and (9) associated with the edges of the virtual trough show that the tightness of the trough is well ensured, despite the central channel not shown. The proven concrete mixer example would answer any doubts. The volume of the trough will be optimized with generatrices which will not be exactly perpendicular to the axis (10), a later study will make it possible to determine the value of this variation.

L’autre mérite de cette figure est de montrer comment, quelle que soit la vitesse de rotation, la courbe de niveau formée par les bords de l’auge virtuelle va percer le dioptre (3) et soulever son contenu pour le contraindre à subir la translation.The other merit of this figure is to show how, whatever the speed of rotation, the level curve formed by the edges of the virtual trough will pierce the interface (3) and raise its contents to force it to undergo the translation.

La figure 5 correspond au compresseur à siphons hélicoïdaux immergé dans un liquide sous le dioptre. En haut du compresseur, la cloche virtuelle au-dessus du dioptre descend progressivement pour le percer avec la ligne de niveau (7), le liquide obture la poche de gaz captée et se comporte comme un joint particulièrement fiable, parfaitement étanche et rigoureusement inusable. La poche de gaz est ainsi enfermée entre la partie supérieure de la cloche virtuelle jusqu’au point (7’) du canal central sur lequel s’appuie la surface à l’intérieur de la ligne de niveau (7), quelque soit encore une fois la vitesse de rotation, puis translatée jusqu’à son échappement en (11). On peut noter que comme la partie tournante du compresseur baigne intégralement dans le gradient de pression du liquide sous le dioptre, elle ne fait l’objet d’aucun différentiel de pression et peut être construite en matériaux légers tel par exemple le polyéthylène.Figure 5 corresponds to the helical siphon compressor immersed in a liquid under the interface. At the top of the compressor, the virtual bell above the diopter descends gradually to pierce it with the level line (7), the liquid closes the gas pocket captured and behaves like a particularly reliable seal, perfectly sealed and rigorously indestructible. The pocket of gas is thus enclosed between the upper part of the virtual bell up to the point (7') of the central channel on which the surface rests inside the level line (7), regardless of a times the speed of rotation, then translated until it escapes at (11). It can be noted that as the rotating part of the compressor is entirely immersed in the pressure gradient of the liquid under the interface, it is not subject to any pressure differential and can be made of light materials such as polyethylene for example.

Un effet secondaire de la descente des poches de gaz est l’entraînement du liquide dans le même sens sous l’effet des parois hélicoïdales avec un glissement d’autant plus faible que la vitesse de rotation sera grande.A secondary effect of the descent of the gas pockets is the entrainment of the liquid in the same direction under the effect of the helical walls with a slip that is all the lower as the speed of rotation is high.

Le compresseur à siphons hélicoïdaux se comporte ainsi comme une cloche virtuelle faisant descendre une poche de gaz dans un gradient liquide, avec les avantages d’un entraînement, d’un remplissage et d’une vidange plus simples.The helical siphon compressor thus behaves like a virtual bell, lowering a pocket of gas in a liquid gradient, with the advantages of simpler entrainment, filling and emptying.

Pour obtenir la pression de 5,7291 MPa nécessaire à la liquéfaction du dioxyde de carbone à 20°C, la densité de 2,5 du fluide envisagé à base de barytine nécessitera une dénivellation de 230 m, qu’il est possible de diviser en 16 sous-compresseurs d’une quinzaine de mètres.To obtain the pressure of 5.7291 MPa necessary for the liquefaction of carbon dioxide at 20°C, the density of 2.5 of the envisaged barite fluid will require a drop of 230 m, which can be divided into 16 sub-compressors of about fifteen meters.

La figure 6 indique à cet effet comment plusieurs étages de pressurisation d’un liquide peuvent être associés dans des modules progressivement pressurisés par rapport au précédent de la surpression hρg. Un moteur (12) entraîne le rotor (13) d’un module qui va élever des auges virtuelles de liquide. L’énergie potentielle de la montée du liquide est transformée en énergie hydrostatique par la colonne de descente et la pressurisation progressive des cellules assure la stabilité les niveaux. Ce rotor (13) anime un arbre de transmission (14) qui traverse une colonne liquide. Ladite colonne liquide remplit pour l’arbre (14) une fonction de presse-étoupe idéal, absolument étanche et uniquement soumis au frottement de la viscosité arbre-liquide. L’arbre ne constitue pas le seul moyen envisageable de transmission du mouvement, une bielle, une courroie, une chaîne, par exemple, conviendraient autant, avec la même étanchéité irréprochable dans la mesure où elles traversent la colonne liquide dans laquelle le gradient de pression se trouve. Le mouvement est imprimé au rotor suivant pour être transmis de proche en proche aux autres rotors qui fonctionnent à des pressions plus importantes.Figure 6 indicates for this purpose how several stages of pressurization of a liquid can be associated in progressively pressurized modules compared to the previous one of the overpressure hρg. A motor (12) drives the rotor (13) of a module which will raise virtual troughs of liquid. The potential energy of the rise of the liquid is transformed into hydrostatic energy by the drop column and the progressive pressurization of the cells ensures the stability of the levels. This rotor (13) drives a transmission shaft (14) which passes through a liquid column. Said liquid column fulfills for the shaft (14) an ideal stuffing box function, absolutely sealed and only subject to the friction of the shaft-liquid viscosity. The shaft is not the only conceivable means of transmission of the movement, a connecting rod, a belt, a chain, for example, would be just as suitable, with the same irreproachable tightness insofar as they cross the liquid column in which the pressure gradient is located. The movement is imparted to the following rotor to be transmitted step by step to the other rotors which operate at higher pressures.

La figure 7 adapte la segmentation de la figure 6 à la compression d’un gaz. Chaque étage procure une surpression de hρg. Chaque collecteur reliant deux étages est pressurisé à la pression finale de compression de l’étage amont de la surpression hρg afin que son liquide de compression n’envahisse pas ce collecteur. Il s’agit de la reprise du principe de « l’abreuvoir à oiseaux » dont la dépression au sommet du réservoir retient le liquide jusqu’au col de la partie abreuvoir. Un déflecteur (15) épouse la surface du cylindre du sous-compresseur à siphons hélicoïdaux pour que les gaz comprimés soient canalisés vers le collecteur où se trouve l’arbre de transmission (14) d’entraînement de l’étage suivant. En fonctionnement régulier, chaque collecteur recevant autant de gaz de l’étage amont qu’il n’en perd par aspiration du sous-compresseur de l’étage suivant, les pressions et les niveaux des dioptres restent constants. La segmentation en sous-compresseurs progressivement pressurisés permet ainsi de réduire l’encombrement global du dispositif et de transmettre les mouvements d’entraînement sans aucun dispositif d’étanchéité comparable à un joint de clapet, à un segment de piston ou à un presse-étoupe.Figure 7 adapts the segmentation of figure 6 to the compression of a gas. Each stage provides an overpressure of hρg. Each manifold connecting two stages is pressurized to the final compression pressure of the stage upstream of the overpressure hρg so that its compression liquid does not invade this manifold. This is the resumption of the principle of the "bird trough" whose depression at the top of the tank retains the liquid up to the neck of the trough part. A baffle (15) conforms to the cylinder surface of the helical siphon sub-compressor so that the compressed gases are channeled to the manifold where the transmission shaft (14) driving the next stage is located. In regular operation, each collector receiving as much gas from the upstream stage as it loses by suction from the sub-compressor of the following stage, the pressures and the levels of the diopters remain constant. The segmentation into progressively pressurized sub-compressors thus makes it possible to reduce the overall size of the device and to transmit the drive movements without any sealing device comparable to a valve seal, a piston ring or a stuffing box. .

Pour réduire le coût énergétique de la compression d’un gaz dont la majeure partie est ensuite décompressée, deux couches de surfaces hélicoïdales de sens opposés sont solidairement associées comme illustré par les figures 8 et 9 afin de permettre simultanément la compression et la décompression de deux flux de gaz.To reduce the energy cost of compressing a gas, the major part of which is then decompressed, two layers of helical surfaces of opposite directions are joined together as shown in FIGS. 8 and 9 in order to simultaneously allow the compression and the decompression of two gas flow.

Cette association de surfaces hélicoïdales est définie ci-dessous :This combination of helical surfaces is defined below:

Longueur déterminée par k, nombre réel positif définissant le nombre de périodesLength determined by k, positive real number defining the number of periods

0 ≤ θ ≤ 2 k π, 0 ≤ n ≤ 7 pour 8 surfaces hélicoïdales internes, 0 ≤ m ≤ 11 pour 12 surfaces hélicoïdales externes0 ≤ θ ≤ 2 k π, 0 ≤ n ≤ 7 for 8 internal helical surfaces, 0 ≤ m ≤ 11 for 12 external helical surfaces

Point (4) : x = R0sin (θ + n π / 4), y = R0cos (θ + n π / 4), z = R1θ /2Point (4): x = R 0 sin (θ + n π / 4), y = R 0 cos (θ + n π / 4), z = R 1 θ /2

Point (5) : x = R1sin (θ + n π / 4), y = R1cos (θ + n π / 4), z = R1θ /2Point (5): x = R 1 sin (θ + n π / 4), y = R 1 cos (θ + n π / 4), z = R 1 θ /2

Point (16) : x = R1sin (-θ + m π / 6), y = R1cos (-θ + m π / 6), z = R1θ /2Point (16): x = R 1 sin (-θ + m π / 6), y = R 1 cos (-θ + m π / 6), z = R 1 θ /2

Point (17) : x = R2sin (-θ + m π / 6), y = R2cos (-θ + m π / 6), z = R1θ /2Point (17): x = R 2 sin (-θ + m π / 6), y = R 2 cos (-θ + m π / 6), z = R 1 θ /2

La surface hélicoïdale externe possède ainsi en (17) un diamètre externe R2. Dans l’exemple dessiné, 12 surfaces hélicoïdales externes sont imbriquées. La solidarité mécanique entre les deux assemblages de surfaces hélicoïdales est assurée en (16) par une soudure des surfaces hélicoïdales sur le cylindre interne, tout en maintenant une équi-pression du liquide par un système de petits dalots. Il s’agit de l’exacte reprise de la fonction du canal central de rayon R0de la figure 3. Les dalots sont représentés en (16) par une absence de trait ; leurs bords solidarisant le rotor interne et la couronne externe justifieraient pourtant des traits pleins qui ont été volontairement omis pour faciliter la clarté du schéma.The external helical surface thus has at (17) an external diameter R 2 . In the example drawn, 12 external helical surfaces are nested. The mechanical solidarity between the two assemblies of helical surfaces is ensured at (16) by a welding of the helical surfaces on the internal cylinder, while maintaining an equal pressure of the liquid by a system of small scuppers. This is the exact resumption of the function of the central channel of radius R 0 of FIG. 3. The scuppers are represented at (16) by an absence of a line; their edges joining the internal rotor and the external crown would however justify solid lines which have been deliberately omitted to facilitate the clarity of the diagram.

La figure 9 montre deux des cloches virtuelles de ces assemblages de surfaces hélicoïdales de sens opposés. Leurs projections sur la vue de face montrent sans surprise les moments antagonistes qu’elles génèrent et donc le travail récupérable. Il s’agit du cœur de l’invention ; une configuration comparable correspondrait à deux cloches positionnées de part et d’autre d’un axe comme les deux bras d’une balance de Roberval dans lesquelles deux volumes gazeux auraient été introduits, cette configuration offrirait la même réversibilité, mais serait beaucoup moins commode à d’une part déplacer sur de grandes hauteurs et d’autre part à remplir ou vider. Pour la clarté des dessins, les dalots ne sont pas représentés.Figure 9 shows two of the virtual bells of these opposing helical surface assemblies. Their projections on the front view unsurprisingly show the antagonistic moments they generate and therefore the recoverable work. This is the heart of the invention; a comparable configuration would correspond to two bells positioned on either side of an axis like the two arms of a Roberval balance in which two gaseous volumes would have been introduced, this configuration would offer the same reversibility, but would be much less convenient to on the one hand to move to great heights and on the other hand to fill or empty. For the clarity of the drawings, the scuppers are not shown.

On verra plus loin et figures 18 à 21 comment deux flux de gaz peuvent alimenter ces assemblages de surfaces hélicoïdales de sens opposés sans entrer mutuellement en contact.It will be seen later and in FIGS. 18 to 21 how two gas flows can supply these assemblies of helical surfaces of opposite directions without coming into mutual contact.

Note liminaire sur les bretelles thermiquesIntroductory note on thermal braces

Le compresseur à siphons hélicoïdaux vise à obtenir des changements d’état physique : vaporisation et condensation. Si la température et la pression constituent des conditions indispensables à de tels changement d’état, il est nécessaire d’inscrire ces changements d’état dans la durée, c’est-à-dire d’apporter les flux énergétiques nécessaires pour que les conditions de pression et de température demeurent inchangées. Les exemples de réalisation ci-dessous associent souvent des flux énergétiques opposés : réchauffement puis refroidissement, ou vice-versa. Le concept de bretelle thermique repose sur le rapprochement des flux à différentes températures tout en les séparant par une cloison thermiquement conductrice : il est ici plus facile de déplacer un flux physique que de mettre en place un système de déplacement de la chaleur, par exemple par radiateurs et fluide caloporteur intermédiaire.The helical siphon compressor aims to achieve physical state changes: vaporization and condensation. If the temperature and the pressure constitute essential conditions for such changes of state, it is necessary to register these changes of state in the duration, that is to say to bring the energy flows necessary so that the pressure and temperature conditions remain unchanged. The implementation examples below often combine opposing energy flows: heating then cooling, or vice versa. The concept of a thermal bridge is based on bringing flows at different temperatures together while separating them by a thermally conductive partition: here it is easier to move a physical flow than to set up a system for moving heat, for example by radiators and intermediate heat transfer fluid.

NoteNote liminairepreliminary sur lon the a décompression au-delà du point de roséea decompression beyond the dew point

Le passage d’une barrière montagneuse génère l’ascendance d’une masse d’air contenant de la vapeur d’eau, toutes deux poussées par le vent. Le rapport de mélange de la vapeur d’eau dans l’air est souvent inférieur à 10 g de vapeur d’eau par kilogramme d’air. En amont de cette barrière, les parcelles d’air subissent une détente qui les refroidit, de typiquement 10°C par 1000 m jusqu’à la base des nuages : on parle d’adiabatique sèche parce qu’aucun changement d’état de la vapeur d’eau n’entre encore en jeu. En fonction de la température de rosée, à un niveau déterminé de pression et donc d’altitude, la vapeur d’eau constituant une très faible partie de ces parcelles commence à se condenser sous forme liquide, c’est-à-dire sous forme de nuage et provoque généralement des précipitations. On dit que le taux d’humidité a atteint 100%. Au fur et à mesure de l’ascension que le vent ascendant entretient, la vapeur d’eau continue de se condenser et la chaleur émise par ce changement d’état réduit le refroidissement correspondant à la seule détente de l’air : on parle d’adiabatique humide ou pseudo-adiabatique avec un refroidissement global réduit à typiquement 6°C par 1000 m. Au niveau du sommet, la condensation n’est plus entretenue par l’ascendance et la masse d’air asséchée par les précipitations (nouveau point de rosée et nouveau rapport de mélange) descend le long du versant aval dans une compression pseudo-adiabatique jusqu’à son altitude de condensation (base des nuages). L’altitude de condensation de ce versant est sensiblement au-dessus de celle du versant amont à cause des précipitations et donc de la réduction du rapport de mélange. La compression en-dessous de cette altitude ne met plus en œuvre d’eau liquide, il s’agit donc d’une véritable adiabatique à 10°C/1000 m. Le décalage entre les deux adiabatiques sèches correspond à l’échauffement et à la réduction de l’humidité de la masse d’air après le passage du relief. Les graphiques émagrammes rendent compte du phénomène, illustré figure 24.The passage of a mountain barrier generates the lift of an air mass containing water vapour, both pushed by the wind. The mixing ratio of water vapor in air is often less than 10 g of water vapor per kilogram of air. Upstream of this barrier, the air parcels undergo an expansion which cools them, typically 10°C per 1000 m up to the base of the clouds: we speak of dry adiabatic because no change in the state of the water vapor does not yet come into play. Depending on the dew temperature, at a determined level of pressure and therefore of altitude, the water vapor constituting a very small part of these plots begins to condense in the form liquid, that is to say in the form of a cloud and generally causes precipitation. The humidity level is said to have reached 100%. As the rising wind maintains the ascent, the water vapor continues to condense and the heat emitted by this change of state reduces the cooling corresponding to the sole expansion of the air: we speak of wet adiabatic or pseudo-adiabatic with global cooling reduced to typically 6°C per 1000 m. At the level of the summit, the condensation is no longer maintained by the lift and the air mass dried by the precipitation (new dew point and new mixing ratio) descends along the downstream slope in a pseudo-adiabatic compression until at its condensation altitude (cloud base). The condensation altitude of this slope is significantly higher than that of the upstream slope because of the precipitation and therefore the reduction in the mixing ratio. Compression below this altitude no longer uses liquid water, so it is truly adiabatic at 10°C/1000 m. The difference between the two dry adiabats corresponds to the heating and the reduction of the humidity of the air mass after the passage of the relief. The emagram graphs account for the phenomenon, illustrated in figure 24.

Description du bDescription of b ouilleur isothermeisothermal oiler

Pour effectuer une distillation quasi-isotherme à température ambiante, on fait plonger les deux branches d’un tube en « U » inversé dans deux réservoirs de la figure 10, (20) pour l’eau salée et (21) pour l’eau désalinisée. Le dispositif (22) maintient le niveau du réservoir (20) constant en l’alimentant en eau salée dégazée, dont la production sera décrite ultérieurement. Le dispositif (23) exerce la fonction de trop plein du réservoir (21) pour évacuer l’eau désalinisée produite et maintenir le niveau de ce réservoir (21) constant.To carry out a quasi-isothermal distillation at room temperature, the two branches of an inverted "U" tube are immersed in two tanks of Figure 10, (20) for salt water and (21) for water. desalinated. The device (22) keeps the level of the tank (20) constant by supplying it with degassed salt water, the production of which will be described later. The device (23) performs the overflow function of the reservoir (21) to evacuate the desalinated water produced and to maintain the level of this reservoir (21) constant.

La hauteur h0correspond à la pression de 23,14 hPa à 20°C à laquelle l’eau salée dégazée du réservoir (20) peut s’évaporer (une dizaine de mètres), elle atteint le niveau (24). Pour empêcher à cette même pression le liquide désalinisé de l’autre branche en « U » inversé de s’évaporer, une couche d’huile alimentaire est utilisée pour protéger ledit liquide désalinisé. Sa densité de typiquement 0,9 permet d’imprimer à la colonne d’eau désalinisée au-dessus de laquelle elle se trouve une pression hydrostatique appréciable tout en évitant tout risque d’évaporation grâce à la pression de vapeur saturante de l’huile alimentaire de typiquement 13 Pa, plus de cent fois moindre. Bien sûr, la plus faible masse volumique de cette huile alimentaire conduira son niveau (25) à être légèrement au-dessus du niveau (24).The height h 0 corresponds to the pressure of 23.14 hPa at 20° C. at which the degassed salt water from the tank (20) can evaporate (about ten meters), it reaches the level (24). To prevent the desalinated liquid from the other inverted “U” branch from evaporating at this same pressure, a layer of edible oil is used to protect said desalinated liquid. Its density of typically 0.9 allows the desalinated water column above which it is located to have a significant hydrostatic pressure while avoiding any risk of evaporation thanks to the saturated vapor pressure of the cooking oil. typically 13 Pa, more than a hundred times less. Of course, the lower density of this edible oil will cause its level (25) to be slightly above the level (24).

Les branches du « U » inversé sont donc inégalement remplies de liquide à cause de l’emploi dans une desdites branches d’une couche de liquide (huile alimentaire) à la densité légèrement inférieure à celle de l’eau salée dans l’autre branche, mais à la pression de vapeur saturante largement inférieure à celle de ladite eau salée, ladite couche d’huile alimentaire empêchant l’évaporation de l’eau désalinisée au-dessus de laquelle elle se trouve. Pour que les niveaux (24) et (25) soient fixes quelles que soient la pression atmosphérique et la température de l’environnement, les niveaux des réservoirs (20) et (21) seront adaptables par un réglage de l’angle α des dispositifs de régulation (22) et (23). Si on spécifie la gamme de fonctionnement entre 970 hPa et 1060 hPa, la température de l’eau salée entre 3°C et 25°C (pressions de vapeur saturante de respectivement 8 hPa et 32 hPa), la hauteur h0à obtenir doit se trouver entre 93800/ρg et 105200/ρg, soit une variation d’environ 1,20 m pour les dispositifs de régulation (22) et (23) des réservoirs respectivement (20) et (21).The branches of the inverted "U" are therefore unevenly filled with liquid because of the use in one of said branches of a layer of liquid (edible oil) with a density slightly lower than that of salt water in the other branch , but at the saturation vapor pressure much lower than that of said salt water, said layer of edible oil preventing the evaporation of the desalinated water above which it is located. So that the levels (24) and (25) are fixed whatever the atmospheric pressure and the temperature of the environment, the levels of the reservoirs (20) and (21) will be adaptable by adjusting the angle α of the devices regulation (22) and (23). If the operating range is specified between 970 hPa and 1060 hPa, the salt water temperature between 3°C and 25°C (saturation vapor pressures of 8 hPa and 32 hPa respectively), the height h 0 to be obtained must be between 93800/ρg and 105200/ρg, ie a variation of approximately 1.20 m for the regulating devices (22) and (23) of the reservoirs (20) and (21) respectively.

Les cloches virtuelles d’un compresseur à siphon hélicoïdaux auxiliaire (26) prélèvent le gaz de la partie supérieure du « U » inversé et en baissent la pression à la demande quand elle est supérieure à 23,14 hPa. Au début du fonctionnement du compresseur auxiliaire, les gaz remplissant ses cloches virtuelles sont composées d’une part de vapeur d’eau et d’autre part de gaz indésirables issus du dégazage de l’eau salée. Au fur et à mesure de leur descente vers le réservoir (20) qui va augmenter leur pression, la vapeur d’eau va se condenser en buées qui se mélangera à l’eau salée ; pour leur part, les gaz indésirables vont seulement se comprimer en descendant. A l’arrivée dans la partie inférieure du compresseur auxiliaire et dans le réservoir (20), trois sortes de particules gazeuses résiduelles vont être relâchées à l’intérieur de ce réservoir (20) : les gaz différents de la vapeur d’eau dont l’extraction achève le dégazage de la partie supérieure du « U » inversé et qui vont remonter à la surface du réservoir (20), les buées d’eau désalinisée qui se mélangeront à l’eau salée sans remonter à la surface, la vapeur d’eau dont la faiblesse des échanges thermiques n’a pas permis la condensation, qui sera perdue en traversant la surface du réservoir (20). La réduction de pression dans la partie supérieure du « U » inversé va être compensée par les liquides des réservoirs (20) et (21), ainsi aspirés jusqu’aux niveaux (24) et (25).The virtual bells of an auxiliary helical siphon compressor (26) take gas from the upper part of the inverted "U" and lower the pressure on demand when it is above 23.14 hPa. At the start of the operation of the auxiliary compressor, the gases filling its virtual bells are composed on the one hand of water vapor and on the other of undesirable gases resulting from the degassing of the salt water. As they descend towards the tank (20) which will increase their pressure, the water vapor will condense into vapors which will mix with the salt water; for their part, the undesirable gases will only compress on the way down. On arrival in the lower part of the auxiliary compressor and in the tank (20), three kinds of residual gaseous particles will be released inside this tank (20): gases other than water vapor whose extraction completes the degassing of the upper part of the inverted "U" and which will rise to the surface of the tank (20), the desalinated water vapors which will mix with the salt water without rising to the surface, the steam from water whose low heat exchange did not allow condensation, which will be lost by crossing the surface of the tank (20). The pressure reduction in the upper part of the inverted "U" will be compensated by the liquids of the tanks (20) and (21), thus sucked up to the levels (24) and (25).

Le dispositif (22) assure l’alimentation en eau salée du réservoir (20) ; au démarrage du système par mise en fonction du compresseur à siphons hélicoïdaux auxiliaire (26) un dispositif non représenté fait de même pour remplir en eau désalinisée le réservoir (21). Pendant cette opération de mise en fonction, le sectionnement (40) sera ouvert pour purger la partie condenseur de l’échangeur thermique (34) afin d’éliminer la quantité de gaz différents de la vapeur d’eau qui y subsisterait. Pour réduire les pertes de vapeur d’eau dans le réservoir d’eau salée (20), le fonctionnement du compresseur auxiliaire (26) sera limité aux périodes de démarrage, aux périodes pendant lesquelles le dégazage insuffisant de l’eau salée imposera de réduire la pression dans la partie supérieure du « U » inversé et aux périodes de remontage des enceintes (33) après nettoyage des cristaux pour y rétablir une pression satisfaisante. Ces pertes préjudiciables à l’efficacité auraient pu être évitées en faisant déboucher le compresseur auxiliaire (26) dans le réservoir à eau désalinisée (21) ; une telle solution a été écartée parce qu’elle aurait conduit au dépôt potentiel dans ce réservoir de traces de gaz de dégazage polluants qui s’évaporent à plus de 23,14 hPa, en réduisant ainsi sa pureté. Ce compresseur auxiliaire (26) est entraîné par un système mécanique de transmission débouchant au-dessus du réservoir (20) et par un moteur non représentés.The device (22) ensures the supply of salt water to the tank (20); when the system is started by switching on the auxiliary helical siphon compressor (26), a device, not shown, does the same to fill the tank (21) with desalinated water. During this start-up operation, the shut-off (40) will be opened to purge the condenser part of the heat exchanger (34) in order to eliminate the quantity of gases other than the water vapor which would remain there. To reduce water vapor losses in the salt water tank (20), the operation of the auxiliary compressor (26) will be limited to the start-up periods, to the periods during which the insufficient degassing of the salt water will make it necessary to reduce the pressure in the upper part of the inverted "U" and the periods of reassembly of the enclosures (33) after cleaning the crystals to restore a satisfactory pressure therein. These efficiency-damaging losses could have been avoided by venting the auxiliary compressor (26) into the desalinated water tank (21); such a solution was rejected because it would have led to the potential deposit in this tank of traces of polluting outgassing gases which evaporate at more than 23.14 hPa, thus reducing its purity. This auxiliary compressor (26) is driven by a mechanical transmission system opening above the reservoir (20) and by a motor, not shown.

Si le dégazage de l’eau salée s’avère trop préjudiciable au bon fonctionnement du bouilleur isotherme, un système de dégazage auxiliaire décrit plus bas et figure 13 permettra de remplacer l’alimentation en eau salée du réservoir (20) par une alimentation en une eau salée spécifiquement dégazée.If the degassing of the salt water proves to be too detrimental to the proper functioning of the isothermal boiler, an auxiliary degassing system described below and FIG. 13 will make it possible to replace the salt water supply of the tank (20) by a supply of specifically degassed salt water.

Une pompe (27) est utilisée pour injecter la quantité d’huile alimentaire souhaitée dans la branche désalinisée du tube en « U » inversé contenant le compresseur à siphons hélicoïdaux de puissance (32) décrit ultérieurement, ou pour injecter de l’air si la vidange de cette branche du tube en « U » inversé est souhaitée, par exemple pour une opération de maintenance. Une seconde pompe identique (27bis) injectera de l’air dans l’autre branche d’eau salée comprenant le compresseur à siphons hélicoïdaux auxiliaire (26) pour la vidanger.A pump (27) is used to inject the desired amount of edible oil into the desalinated branch of the inverted "U" tube containing the power siphon compressor (32) described later, or to inject air if the emptying of this branch of the inverted "U" tube is desired, for example for a maintenance operation. A second identical pump (27bis) will inject air into the other branch of salt water comprising the auxiliary helical siphon compressor (26) to empty it.

Un compresseur à siphons hélicoïdaux (28) est utilisé dans la branche à eau salée dans sa version « élévation de liquide » ou « pompe » pour monter de l’eau salée en (30) destinée à alimenter par gravité en (30 bis) l’évaporateur-condenseur (29). Cette pompe (28) est animée par un arbre traversant sur toute sa longueur la branche « eau salée » du tube en « U » inversé, comparable à l’arbre d’entraînement du compresseur auxiliaire (26) déjà mentionné. Les égouttures de l’évaporateur-condenseur (29) et du centrifugeur (39) sont récupérées en (31) et recyclées en (31 bis) légèrement plus bas. Les deux collecteurs (30) – (30 bis) et (31) – (31 bis) remplis d’eau salée constitueront des « U » non inversés et non représentés, leur base se trouvant dans le réservoir (20) où un sectionnement sera installé. Lors des démontages réguliers de l’enceinte (33) pour retrait des dépôts solides, l’étanchéité de ces deux sectionnements ne sera pas critique pour éviter la perte de dépression de la partie supérieure du « U » inversé : la colonne d’eau salée qui les surmonte protège la faible pression de la partie supérieure du « U » inversé. Une faible quantité d’eau salée de la pompe (28) se vaporisera : si la pression permet en effet ce changement d’état, l’absence d’apport calorique entravera le processus ; cette faible évaporation ne sera pourtant pas préjudiciable parce qu’elle se terminera dans l’évaporateur-condenseur (29) décrit ci-dessous.A helical siphon compressor (28) is used in the salt water leg in its "liquid lift" or "pump" version to lift salt water into (30) for gravity feed into (30a) l evaporator-condenser (29). This pump (28) is driven by a shaft running through the full length of the "salt water" leg of the inverted "U" tube, comparable to the auxiliary compressor drive shaft (26) already mentioned. The drippings from the evaporator-condenser (29) and the centrifuge (39) are recovered at (31) and recycled at (31 bis) slightly lower. The two collectors (30) - (30 bis) and (31) - (31 bis) filled with salt water will constitute "U" not inverted and not represented, their base being in the tank (20) where a sectioning will be installed. During regular dismantling of the enclosure (33) for removal of solid deposits, the sealing of these two sections will not be critical to avoid the loss of depression of the upper part of the inverted "U": the column of salt water above them protects the low pressure of the upper part of the inverted "U". A small amount of salt water from the pump (28) will vaporize: if the pressure indeed allows this change of state, the lack of caloric intake will hinder the process; this weak evaporation will however not be detrimental because it will end up in the evaporator-condenser (29) described below.

Ces deux collecteurs (30) – (30 bis) et (31) – (31 bis) constituent une bretelle thermique aménagée entre les deux branches du tube en « U » inversé pour fournir le considérable apport calorique nécessaire à l’évaporation (2453,55kJ/kg). Cet important apport calorique provient de la partie condenseur, qui génère une quantité de chaleur quasi-identique. L’évaporateur et le condenseur sont donc regroupés dans un même échangeur thermique (34) dans lequel l’eau salée à faire évaporer et la vapeur à condenser ne sont séparées que par une mince cloison de transfert des chaleurs latentes de condensation et d’évaporation, mince cloison préférentiellement en cuivre pour augmenter le flux thermique. Cette cloison et les tuyautages associés correspondent à la bretelle thermique déjà mentionnée. La différence de pression de part et d’autre de ladite cloison est très faible (on trouvera plus loin une valeur typique de 168 Pa).These two collectors (30) - (30 bis) and (31) - (31 bis) constitute a thermal link arranged between the two branches of the inverted "U" tube to provide the considerable caloric intake necessary for evaporation (2453, 55kJ/kg). This significant caloric intake comes from the condenser part, which generates an almost identical quantity of heat. The evaporator and the condenser are therefore grouped together in the same heat exchanger (34) in which the salt water to be evaporated and the steam to be condensed are only separated by a thin transfer partition for the latent heat of condensation and evaporation. , thin partition preferably made of copper to increase the thermal flux. This partition and the associated pipes correspond to the thermal ramp already mentioned. The pressure difference on either side of said partition is very low (a typical value of 168 Pa will be found later).

L’évaporateur-condenseur (29) est constitué d’une enceinte démontable (33) dans laquelle se trouve l’échangeur thermique (34), simple tube de cuivre fermé à son extrémité n’ayant qu’à supporter la faible surpression du compresseur de puissance (32). Le sommet de cet échangeur thermique (34) est arrosé par l’eau salée issue de (30) et (30 bis), qui ruisselle jusqu’à sa base tout en s’évaporant. Le ruissellement sur la partie externe de l’échangeur thermique (34) est nécessaire pour ne pas risquer de mettre des particules de sel en suspension dans la partie gazeuse, ce qu’une pulvérisation ne manquerait pas d’effectuer. Sous l’effet de la faible pression et de la chaleur issue de la partie condenseur à l’intérieur de l’échangeur thermique (34), l’eau salée s’évapore en ruisselant pour que sa vapeur soit extraite en (35) où elle est aspirée par le compresseur de puissance (32) via d’une part le sectionnement (38) ouvert pendant la mise en service de cet évaporateur-condenseur (29), d’autre part via la partie supérieure du tube en « U » inversé et en dernière part via le centrifugeur (39). A ces pression et température, le débit d’évaporation est déterminé par le débit calorique de l’échangeur thermique (34), qui puise lui-même ses calories du condenseur constituant sa partie interne. L’échangeur thermique (34) constitue donc une bretelle thermique qui rapproche le flux d’eau salée (30 bis) à faire évaporer et le flux de vapeur d’eau issue de la partie supérieure du tube en « U » inversé à condenser, tout en les maintenant séparés par une mince cloison pour optimiser les échanges thermiques (2453,55kJ/kg).The evaporator-condenser (29) consists of a removable enclosure (33) in which the heat exchanger (34) is located, a simple copper tube closed at its end which only has to withstand the low overpressure of the compressor power (32). The top of this heat exchanger (34) is sprayed with salt water from (30) and (30 bis), which trickles down to its base while evaporating. The runoff on the external part of the heat exchanger (34) is necessary in order not to risk putting particles of salt in suspension in the gaseous part, which spraying would certainly do. Under the effect of the low pressure and the heat from the condenser part inside the heat exchanger (34), the salt water evaporates by streaming so that its vapor is extracted in (35) where it is sucked by the power compressor (32) via on the one hand the sectioning (38) opened during the commissioning of this evaporator-condenser (29), on the other hand via the upper part of the "U" tube reversed and finally via the centrifuge (39). At these pressure and temperature, the evaporation rate is determined by the heat rate of the heat exchanger (34), which itself draws its heat from the condenser constituting its internal part. The heat exchanger (34) therefore constitutes a thermal link which brings together the flow of salt water (30 bis) to be evaporated and the flow of water vapor from the upper part of the inverted "U" tube to be condensed, while keeping them separated by a thin partition to optimize heat exchange (2453.55kJ/kg).

A l’intérieur de l’échangeur thermique (34), à ses pression et température, le débit de condensation correspond au débit thermique absorbé par l’évaporateur en partie externe. La composition en cuivre et la faible épaisseur de l’échangeur thermique (34) favorisent ce débit thermique. Comme la conductivité thermique de l’eau liquide est considérablement plus faible que celle du cuivre, la couche d’eau (41) ruisselant en partie basse du condenseur se comporte comme un écran thermique. Pour éviter que cet écran ne génère de l’autre côté une évaporation moindre, l’échangeur thermique dispose en partie basse et à l’intérieur de plaques radiatrices (42), compensatrices de l’écran thermique de la vapeur d’eau condensée.Inside the heat exchanger (34), at its pressure and temperature, the condensation flow corresponds to the heat flow absorbed by the evaporator in the external part. The copper composition and the low thickness of the heat exchanger (34) promote this heat flow. As the thermal conductivity of liquid water is considerably lower than that of copper, the layer of water (41) flowing in the lower part of the condenser acts as a thermal screen. To prevent this screen from generating less evaporation on the other side, the heat exchanger has in the lower part and inside radiating plates (42), compensating for the heat screen of the condensed water vapour.

Ces plaques radiatrices (42) à l’intérieur de l’échangeur thermique (34) permettent au flux thermique entre l’intérieur et l’extérieur dudit échangeur de contourner l’écran que constitue l’eau condensée dans sa partie inférieure (41) et donc d’optimiser ledit flux thermique. Elles sont représentées figure 10 dans la section de l’évaporateur-condenseur (29). Avec cette configuration, le masquage des parties métalliques par le ruissellement de l’eau qui se condense est minimisé. Le flux thermique à l’endroit du ruissellement de l’eau de condensation (41) ne traversant plus l’échangeur thermique mais le longeant jusqu’à l’extrémité supérieure des plaques radiatrices (42), l’épaisseur de l’échangeur thermique sera augmentée à cet endroit. Le ruissellement à l’intérieur de l’échangeur thermique (34) et le long des plaques radiatrices (42) descendra jusqu’au collecteur (37) où il rencontrera la couche d’huile alimentaire au niveau (25). Il continuera son ruissellement entre les parois et la couche d’huile présente qui remplira une fonction de clapet.These radiating plates (42) inside the heat exchanger (34) allow the heat flow between the inside and the outside of said exchanger to bypass the screen constituted by the condensed water in its lower part (41) and therefore to optimize said thermal flow. They are shown in Figure 10 in the evaporator-condenser section (29). With this configuration, the masking of the metal parts by the runoff of condensing water is minimized. The heat flow at the location of the runoff of condensation water (41) no longer crossing the heat exchanger but along it to the upper end of the radiator plates (42), the thickness of the heat exchanger will be increased at this point. Runoff inside the heat exchanger (34) and along the radiator plates (42) will descend to the collector (37) where it will meet the edible oil layer at level (25). It will continue to flow between the walls and the layer of oil present which will fulfill a valve function.

Les sels se cristallisent sur l’enveloppe externe de l’échangeur thermique (34), majoritairement à sa partie inférieure ; l’enceinte (33) de l’évaporateur-condenseur (29) est périodiquement démontée pour retirer ces cristaux qui dégradent les échanges thermiques. Si la pompe (28) possède un trop fort débit, des égouttures de saumure tombent en (31) puis en (31 bis) où elles sont recyclées avec l’eau salée entrante. L’échangeur thermique fait ici l’objet d’une inclinaison de 45° mais une pente différente pourra être retenue pour optimiser l’évaporation du ruissellement. Le flux thermique est déterminé par la surface de l’évaporateur-condenseur. Bien que la forme externe cylindrique figure parmi les moins optimales à encombrement constant, elle a pourtant été retenue pour faciliter le nettoyage régulier des sels qui vont s’y cristalliser. Plusieurs évaporateurs condenseurs (29) peuvent être montés en parallèle sur le tube en « U » inversé, dont les enceintes (33) sont démontées chacune à tour de rôle au fur et à mesure de la cristallisation qui dégrade les échanges thermiques et augmente donc les égouttures associées. Leurs sectionnements (38) isolent préalablement l’intérieur de l’enceinte de la partie supérieure du tube en « U » inversé.The salts crystallize on the outer shell of the heat exchanger (34), mostly at its lower part; the enclosure (33) of the evaporator-condenser (29) is periodically disassembled to remove these crystals which degrade the heat exchanges. If the pump (28) has too high a flow rate, drippings of brine fall into (31) then into (31 bis) where they are recycled with the incoming salt water. The heat exchanger is subject to a 45° inclination here, but a different slope may be chosen to optimize runoff evaporation. The heat flux is determined by the area of the evaporator-condenser. Although the external cylindrical shape is one of the least optimal with a constant size, it has nevertheless been chosen to facilitate the regular cleaning of the salts which will crystallize there. Several condenser evaporators (29) can be mounted in parallel on the inverted "U" tube, the enclosures (33) of which are each dismantled in turn as the crystallization progresses, which degrades the heat exchanges and therefore increases the associated drippings. Their sections (38) first isolate the interior of the enclosure from the upper part of the inverted "U" tube.

La partie supérieure du tube en « U » inversé alimente en vapeur d’eau à 23,14 hPa un centrifugeur (39) qui élimine les buées potentiellement salées, recyclées via (31) et (31bis) avec les égouttures. Il est concevable d’y installer une source ultra-violette de puissance pour stériliser les organismes portés par la vapeur d’eau qui auraient réussi à parvenir jusqu’ici et auraient survécu à la faible pression. En fonction du degré de désalinisation recherché, le centrifugeur peut être omis.The upper part of the inverted "U" tube feeds water vapor at 23.14 hPa to a centrifuge (39) which eliminates potentially salty vapors, recycled via (31) and (31bis) with the drippings. It is conceivable to install an ultra-violet source of power there to sterilize the organisms carried by the water vapor which would have succeeded in reaching this point and would have survived the low pressure. Depending on the desired degree of desalination, the centrifuge can be omitted.

La vapeur d’eau asséchée issue du centrifugeur (ou en son absence de la partie supérieure du tube en « U » inversé) alimente un compresseur à siphon hélicoïdaux dit compresseur de puissance (32) qui comprime très légèrement mais avec un grand débit cette vapeur d’eau pour lui imposer la phase « compression » d’un cycle de Hirn inversé. Si dans un bouilleur classique la majorité de la puissance est utilisée à l’échauffement, ici la majorité de la puissance est dédiée à la compression qui anime le cycle de Hirn inversé. Le faible écart en température (typiquement 5,1°C) témoigne de la faible consommation énergétique de ce cycle inversé. Les paramètres β = 10° et p = 3,1r des figures 11 et 12 pourraient convenir. La description d’un mode de réalisation ci-dessous fournit les ordres de grandeur utilisés : compression pour injection 1,86 cm sous le niveau (25), augmentation de la température gazeuse de 5,1°C.The dried water vapor from the centrifuge (or in its absence from the upper part of the inverted "U" tube) feeds a helical siphon compressor called a power compressor (32) which compresses this vapor very slightly but with a large flow of water to force it through the "compression" phase of an inverted Hirn cycle. If in a classic boiler the majority of the power is used for heating, here the majority of the power is dedicated to the compression which drives the reverse Hirn cycle. The low temperature difference (typically 5.1°C) testifies to the low energy consumption of this reverse cycle. The parameters β = 10° and p = 3.1r in Figures 11 and 12 might be suitable. The description of one embodiment below provides the orders of magnitude used: compression for injection 1.86 cm below level (25), gas temperature increase of 5.1°C.

La figure 12 indique comment 12 surfaces hélicoïdales (360°/30°) peuvent aspirer et refouler la vapeur d’eau sans interférer. Cette figure représente un des douze siphons, constitué des deux surfaces hélicoïdales qui le délimite, une en trait plein et l’autre en pointillé pour les différencier, selon un cycle de 360°. La partie de droite correspond à une loupe entre 160° et 190°. A 0° le siphon émerge du dioptre gaz-liquide (25) et se remplit progressivement du gaz qu’il aspire jusqu’à 180°. Après 180°, les deux parties gauches des surfaces hélicoïdales sont dans la partie compression sous le dioptre, la rotation de ce compresseur a emprisonné le gaz au-dessus du dioptre des cloches virtuelles que forment les siphons hélicoïdaux ; cette rotation détermine également leur profondeur au sein du gradient de pression de la colonne liquide en-dessous dudit dioptre (25) et comprime le gaz emprisonné dans lesdites cloches virtuelles jusque vers 270° avec échappement en partie droite sous une contre-pression correspondant à 1,86 cm. La rotation aux environs de 180° correspond à la fermeture d’un clapet virtuel, qui va achever de séparer une poche de vapeur d’eau de l’eau salée dont elle est issue et forcer sa descente au sein de la couche d’huile alimentaire ; au-dessous de cette couche d’huile se trouve le réservoir d’eau désalinisée (21) qui recevra les condensats de cette poche de vapeur d’eau. L’échappement est complet vers 285°, aucune poche de gaz n’a pu rester dans le siphon. Le siphon demeure sous le dioptre jusqu’à environ 360°, où il émerge du dioptre pour aspirer du gaz neuf jusqu’à 180°.Figure 12 shows how 12 helical surfaces (360°/30°) can draw in and discharge water vapor without interfering. This figure represents one of the twelve siphons, made up of the two helicoidal surfaces that delimit it, one in a solid line and the other in dotted lines to differentiate them, according to a 360° cycle. The right part corresponds to a magnifying glass between 160° and 190°. At 0° the siphon emerges from the gas-liquid interface (25) and gradually fills with the gas it sucks up to 180°. After 180°, the two left parts of the helical surfaces are in the compression part under the diopter, the rotation of this compressor has trapped the gas above the diopter of the virtual bells which the helical siphons form; this rotation also determines their depth within the pressure gradient of the liquid column below said interface (25) and compresses the gas trapped in said virtual bells up to around 270° with exhaust in the right part under a backpressure corresponding to 1 .86cm. The rotation around 180° corresponds to the closing of a virtual valve, which will complete the separation of a pocket of water vapor from the salt water from which it comes and force its descent within the layer of oil. eating ; below this layer of oil is the desalinated water tank (21) which will receive the condensates from this steam pocket. The exhaust is complete around 285°, no pocket of gas could remain in the siphon. The siphon remains under the diopter up to approximately 360°, where it emerges from the diopter to draw in fresh gas up to 180°.

Ce compresseur est traversé par un canal central de diamètre R0comparable à celui de la figure 3 pour que les variations de pression et donc de volume dans les cloches virtuelles sous l’effet du gradient de pression soient compensées par un transfert dudit canal central quelle que soit la profondeur à laquelle le dioptre (25) coupe le compresseur à siphons hélicoïdaux. Quand toutes les cloches virtuelles sont nominalement remplies de gaz, le rotor immergé dans le mélange d’eau désalinisée et d’huile alimentaire dispose d’une flottabilité nulle afin que les frottements soient réduits à ceux que la viscosité génère. Le rotor du compresseur de puissance (32) est entraîné par un moteur (19), au moyen d’une cinématique traversant classiquement le gradient de pression jusqu’au niveau du rotor du compresseur de puissance. Pour que l’effet secondaire du compresseur à siphons hélicoïdaux, à savoir l’entraînement du liquide dans le même sens que le gaz, ne perturbe pas le niveau de la surface libre (25), des volutes (36) sont installées et suppriment l’opposition à cet entraînement (pour plus de clarté, la jonction directe entre ces deux volutes (36) n’est pas représentée).This compressor is crossed by a central channel of diameter R 0 comparable to that of FIG. 3 so that the variations in pressure and therefore in volume in the virtual bells under the effect of the pressure gradient are compensated by a transfer of said central channel which regardless of the depth at which the diopter (25) intersects the helical siphon compressor. When all the virtual bells are nominally filled with gas, the rotor immersed in the mixture of desalinated water and edible oil has zero buoyancy so that the friction is reduced to that which the viscosity generates. The rotor of the power compressor (32) is driven by a motor (19), by means of a kinematics conventionally traversing the pressure gradient up to the level of the rotor of the power compressor. So that the side effect of the helical siphon compressor, namely the entrainment of the liquid in the same direction as the gas, does not disturb the level of the free surface (25), scrolls (36) are installed which eliminate the opposition to this drive (for clarity, the direct junction between these two scrolls (36) is not shown).

Une fois comprimée sous les 23,14 hPa à 20°C d’environ 168 Pa (24,82 hPa), la vapeur d’eau aurait dû se condenser à l’intérieur du compresseur de puissance et descendre directement vers le réservoir (21) si la chaleur à évacuer de 2453,55kJ/kg n’avait malheureusement pas marginalisé cette proportion condensée. Le compresseur de puissance (32) injecte à environ 1,86 cm sous le niveau (25), pressurisé par l’huile alimentaire, un flux gazeux qui va traverser une couche d’huile avec des pertes énergétiques minimisées mais inévitables, emprunter le déflecteur (15) du collecteur (37) et se retrouver dans la partie condenseur, donc interne, de l’échangeur thermique (34) avec la majorité de la surpression due au compresseur de puissance. Le déflecteur (15) en partie supérieure du collecteur (37) est incliné pour que les bulles issues du compresseur s’échappent vers le condenseur et ne retournent pas vers la partie aspiration. Ce collecteur (37), rempli dans sa partie milieu d’huile alimentaire, laisse ainsi passer dans cette partie supérieure en direction de l’échangeur thermique le flux gazeux et dans sa partie inférieure en direction du réservoir (21) le flux d’eau désalinisée. Le débit de condensation est déterminé par l’extraction de la chaleur latente de condensation, très légèrement inférieure aux 2453,55kJ/kg de l’évaporation, le compresseur principal fournissant la différence énergétique nécessaire à l’évaporation. Par ailleurs, la condensation réduisant le volume et donc la pression, la compression vers le condenseur est indispensable pour demeurer au-dessus de la pression de condensation de 23,14 hPa à 20°C. La compression aura enfin pour conséquence une élévation en température due à son caractère plus adiabatique qu’isotherme. En effet, si les poches de gaz emprisonnées dans leurs cloches seront effectivement au contact du liquide qui les enferme, les échanges thermiques au travers de ces dioptres seront incomplets eu égard à la durée de maintien au-dessus desdits dioptres. L’augmentation en température que génère la composante adiabatique de la compression s’ajoute à la chaleur latente de condensation pour correspondre à la chaleur latente d’évaporation de l’autre côté de la paroi de l’échangeur thermique (34).Once compressed below 23.14 hPa at 20°C by approximately 168 Pa (24.82 hPa), the water vapor should have condensed inside the power compressor and descended directly to the reservoir (21 ) if the heat to be evacuated of 2453.55kJ/kg had unfortunately not marginalized this condensed proportion. The power compressor (32) injects at about 1.86 cm below the level (25), pressurized by the food oil, a gas flow which will cross a layer of oil with minimized but unavoidable energy losses, borrow the deflector (15) of the collector (37) and end up in the condenser part, therefore internal, of the heat exchanger (34) with the majority of the overpressure due to the power compressor. The deflector (15) in the upper part of the collector (37) is inclined so that the bubbles from the compressor escape to the condenser and do not return to the suction part. This collector (37), filled in its middle part with edible oil, thus allows the gaseous flow to pass in this upper part towards the heat exchanger and in its lower part towards the tank (21) the water flow. desalinated. The condensation rate is determined by the extraction of the latent heat of condensation, very slightly lower than the 2453.55kJ/kg of evaporation, the main compressor providing the energy difference necessary for evaporation. Furthermore, as condensation reduces the volume and therefore the pressure, compression towards the condenser is essential to remain above the condensation pressure of 23.14 hPa at 20°C. Compression will finally result in a rise in temperature due to its more adiabatic than isothermal character. Indeed, if the pockets of gas trapped in their bells will actually be in contact with the liquid which encloses them, the heat exchanges through these diopters will be incomplete with regard to the duration of maintenance above said diopters. The temperature increase generated by the adiabatic component of the compression adds to the latent heat of condensation to match the latent heat of evaporation on the other side of the wall of the heat exchanger (34).

La régulation du système prend en compte les points suivants :System regulation takes into account the following points:

  • Le compresseur auxiliaire (26) est sporadiquement mis en œuvre dès que la pression dans la partie supérieure du « U » inversé est supérieure à 23,14 hPa à 20°C, c’est-à-dire au démarrage, dès que les imperfections de dégazage se font sentir et pour retrouver une pression correcte après remontage d’une enceinte (33). Le compresseur de puissance est alors immédiatement arrêté pour éviter qu’une bulle de dégazage ne risque de pénétrer à l’intérieur du condenseur via le collecteur (37). Dans le même objectif, l’ouverture de (40) permettra de purger l’intérieur de l’échangeur thermique (34) à titre préventif.The auxiliary compressor (26) is sporadically activated as soon as the pressure in the upper part of the inverted "U" is greater than 23.14 hPa at 20°C, i.e. at start-up, as soon as the imperfections degassing are felt and to find a correct pressure after reassembly of an enclosure (33). The power compressor is then immediately stopped to prevent a degassing bubble from penetrating inside the condenser via the manifold (37). For the same purpose, the opening of (40) will allow the interior of the heat exchanger (34) to be purged as a preventive measure.
  • A partir d’un régime de fonctionnement donné du compresseur de puissance (32), la différence de pression entre l’alimentation du compresseur de puissance (32) et l’intérieur de l’échangeur thermique (34) servira au pilotage de la pompe (28). Une différence de pression trop faible (condensation trop forte) correspondra à un débit de la pompe (28) trop important. Une différence de pression trop forte correspondra à un débit de la pompe (28) trop faible (condensation insuffisante par rapport aux apports du compresseur de puissance).From a given operating speed of the power compressor (32), the pressure difference between the supply of the power compressor (32) and the interior of the heat exchanger (34) will be used to control the pump (28). Too low a pressure difference (too strong condensation) will correspond to too high a pump (28) flow rate. Too high a pressure difference will correspond to too low a pump (28) flow rate (insufficient condensation compared to the intakes of the power compressor).
  • Le débit des égouttures en sortie de l’évaporateur-condenseur (29) sera observé. Un débit plus fort révèle la dégradation des échanges thermiques, c’est-à-dire la présence d’un dépôt de sels trop important à l’extérieur de l’échangeur thermique (34) de l’évaporateur-condenseur (29). A cet effet, il convient de fermer les sectionnements entre (30) et (30 bis), (31) et (31bis) ainsi que (38), démonter l’enceinte (33), nettoyer la surface externe de l’échangeur thermique (34) des sels qui s’y sont cristallisés puis effectuer les opérations inverses pour la remise en service. La disponibilité de plusieurs évaporateurs-condenseurs (29) en parallèle évitera de perturber les flux et d’interrompre la production.The flow of drippings at the outlet of the evaporator-condenser (29) will be observed. A higher flow reveals the degradation of the heat exchanges, that is to say the presence of an excessive deposit of salts outside the heat exchanger (34) of the evaporator-condenser (29). To this end, it is necessary to close the sections between (30) and (30 bis), (31) and (31bis) as well as (38), dismantle the enclosure (33), clean the external surface of the heat exchanger (34) of the salts which have crystallized there then carry out the reverse operations to put it back into service. The availability of several evaporator-condensers (29) in parallel will avoid disturbing the flows and interrupting production.

Au bilan, on a imposé à la particule de la branche « eau salée » du tube en « U » inversé qui s’est détendue par son gradient hydrostatique jusqu’à typiquement 23,14 hPa à 20°C un cycle de Hirn ouvert inversé, qui va la conduire dans le même état thermodynamique dans la branche « eau douce » du même tube en « U » :In the balance, the particle of the "salt water" branch of the inverted "U" tube, which has relaxed by its hydrostatic gradient up to typically 23.14 hPa at 20°C, was imposed an inverted open Hirn cycle , which will drive it into the same thermodynamic state in the "fresh water" branch of the same "U" tube:

  • vaporisation complète par mise en contact avec la paroi chaude de l’échangeur thermique,complete vaporization by contact with the hot wall of the heat exchanger,
  • compression par le compresseur à siphon hélicoïdaux de puissance qui augmentera légèrement la température,compression by the power helical siphon compressor which will slightly increase the temperature,
  • refroidissement de la vapeur dans le condenseur avec la paroi froide de l’échangeur thermique,cooling of the vapor in the condenser with the cold wall of the heat exchanger,
  • condensation de la vapeur dans le condenseur,condensation of steam in the condenser,
  • refroidissement du liquide dans le condenseur jusqu’à sa position thermodynamique initiale.cooling of the liquid in the condenser to its initial thermodynamic position.

Comme toujours avec les machines thermiques, il s’agit d’un cycle idéalisé où les détentes et compressions sont isentropiques ; la réalité est légèrement différente avec des détentes et compressions entre isotherme et adiabatique, au détriment du rendement. En considérant la faiblesse des échanges thermiques entre l’air chaud et la mer que nous apprend l’océanographie, on peut anticiper une compression sensiblement plus proche de l’adiabatique que de l’isotherme. A cet égard, le compresseur à siphons hélicoïdaux ne diffère pas particulièrement des autres compresseurs.As always with thermal machines, this is an idealized cycle where the expansions and compressions are isentropic; the reality is slightly different with expansions and compressions between isothermal and adiabatic, to the detriment of performance. Considering the weak thermal exchanges between the warm air and the sea that oceanography teaches us, we can anticipate a compression significantly closer to adiabatic than to isothermal. In this respect, the helical siphon compressor does not particularly differ from other compressors.

Le bouilleur isotherme peut être alimenté en eau salée dégazée au moyen du dispositif de la figure 13. Si le bouilleur isotherme semble capable de dégazer seul les liquides dont il est alimenté au moyen du compresseur auxiliaire (26), les bouffées de dégazage peuvent perturber la régularité de son fonctionnement. Il sera ainsi possible de faire appel à un tel dispositif de dégazage.The isothermal boiler can be supplied with degassed salt water by means of the device of FIG. regularity of its operation. It will thus be possible to use such a degassing device.

On reconnait figure 13 certains constituants de la figure 10. Le réservoir (43) assure l’alimentation en eau salée non dégazée. La vanne (44) peut assurer l’alimentation du réservoir (20) au démarrage, le dispositif ne pouvant pas produire tant que les deux branches du tube en « U » n’ont pas été dégazées. Une régulation précise du niveau du réservoir (43) est importante, elle seule garantit l’écoulement en (45) à la bonne pression, légèrement inférieure à 23,14 hPa, c’est-à-dire après quelques pertes acceptables par évaporation.We recognize in Figure 13 some components of Figure 10. The tank (43) provides the supply of non-degassed salt water. Valve (44) can supply supply to tank (20) on start-up, the device cannot produce until both legs of the "U" tube have been vented. Precise regulation of the level of the tank (43) is important, it alone guarantees the flow in (45) at the right pressure, slightly lower than 23.14 hPa, that is to say after some acceptable losses by evaporation.

La figure 14 montre comment des denrées ou autres objets (46) peuvent être lyophilisés ou stérilisés par voie hypobarique aux alentours de la pression de vapeur saturante de l’huile alimentaire communément admise de l’ordre de 13 Pa : il suffit d’actionner le compresseur suffisamment longtemps pour faire évaporer puis aspirer toute trace d’humidité et compromettre la vitalité des cellules vivantes.Figure 14 shows how foodstuffs or other objects (46) can be freeze-dried or sterilized by hypobaric means around the saturation vapor pressure of commonly accepted edible oil of the order of 13 Pa: it suffices to operate the compressor long enough to evaporate and suck in all traces of moisture and compromise the vitality of living cells.

La figure 15 correspond à une application du compresseur à siphons hélicoïdaux pour la distillation d’alcool à température ambiante. L’alcool à distiller est placé dans un réceptacle (47), une pompe permet de le faire ruisseler sur une plaque (48). L’huile alimentaire est utilisée pour générer le gradient de pression, l’eau douce ayant une propension à se combiner avec l’alcool en mélanges eutectiques. La pression de vapeur saturante de l’alcool de 58 hPa supérieure à celle de l’eau (23,14 hPa) lui permet de s’évaporer en premier. Les vapeurs d’alcool se condensent par compression dans les cloches, au-dessus de l’huile alimentaire (la densité de l’alcool est inférieure à celle de l’huile). Ces condensats, mélange eutectique d’eau et d’alcool pur, sont relâchés dans le réservoir (21) à la surface duquel ils peuvent être recueillis. L’absence de tout échauffement aura préservé les arômes des dégradations. La plaque (48) se prolonge jusqu’en bas de la colonne d’huile par un conducteur thermique de manière à ce que la chaleur issue de la condensation soit disponible pour la vaporisation.Figure 15 corresponds to an application of the helical siphon compressor for the distillation of alcohol at room temperature. The distilled alcohol is placed in a receptacle (47), a pump allows it to flow onto a plate (48). Edible oil is used to generate the pressure gradient, fresh water having a propensity to combine with alcohol into eutectic mixtures. Alcohol's saturation vapor pressure of 58 hPa higher than that of water (23.14 hPa) allows it to evaporate first. The alcohol vapors condense by compression in the bells, above the edible oil (the density of alcohol is lower than that of oil). These condensates, an eutectic mixture of water and pure alcohol, are released into the tank (21) at the surface of which they can be collected. The absence of any heating will have preserved the aromas from degradation. The plate (48) extends to the bottom of the oil column by a thermal conductor so that the heat resulting from the condensation is available for vaporization.

EE xtracteur de dioxyde de carbonecarbon dioxide extractor

D’après les tables, le dioxyde de carbone se liquéfie à 20°C à la pression absolue de 5,7291 MPa ; sa densité est de 773 kg/m3 (il flotte sur l’eau) ; à cette pression, la chaleur latente est de 152,00 kJ/kg ; son point critique à 31°C constitue la limite en-dessous de laquelle la température du dioxyde de carbone à liquéfier doit se trouver. Le compresseur à siphons hélicoïdaux a vocation à compresser des mélanges gazeux susceptibles de contenir ce dioxyde de carbone (rejet d’installations industrielles par exemple) pour le liquéfier sur le condenseur (55) des figures 17 et 20, à transformer les buées produites en liquide par centrifugation en (68) de la figure 20, à soutirer ces liquides en (69) et à détendre le reliquat gazeux dans les étages de décompression du compresseur à siphons hélicoïdaux. L’extracteur de dioxyde de carbone utilise donc le compresseur à siphons hélicoïdaux en version compresseur-décompresseur en associant deux couches de surfaces hélicoïdales de sens opposés comme illustré par les figures 8 et 9. Pour faciliter la manipulation du dioxyde de carbone, ses condensats en (69) peuvent être refroidis et solidifiés en glace carbonique avant d’être détendus. Si l’utilisation de ce dioxyde de carbone n’est pas recherchée, pour l’agriculture par exemple, il pourra être entreposé pour stockage indéfini dans des puits de mine inondés de plus de 600 m de profondeur, immersion à laquelle il reste liquide à la température ambiante. La seule contrainte est de l’enfermer dans des emballages pondéreux pour octroyer à l’ensemble une flottabilité négative (le dioxyde de carbone à l’état liquide est plus léger que l’eau).According to the tables, carbon dioxide liquefies at 20°C at the absolute pressure of 5.7291 MPa; its density is 773 kg/m3 (it floats on water); at this pressure, the latent heat is 152.00 kJ/kg; its critical point at 31°C constitutes the limit below which the temperature of the carbon dioxide to be liquefied must be. The helical siphon compressor is intended to compress gaseous mixtures likely to contain this carbon dioxide (discharge from industrial installations for example) to liquefy it on the condenser (55) of Figures 17 and 20, to transform the mists produced into liquid by centrifugation at (68) of FIG. 20, drawing off these liquids at (69) and expanding the gas residue in the decompression stages of the helical siphon compressor. The carbon dioxide extractor therefore uses the helical siphon compressor in compressor-decompressor version by associating two layers of helical surfaces of opposite directions as illustrated by FIGS. 8 and 9. To facilitate the manipulation of carbon dioxide, its condensates in (69) can be cooled and solidified in dry ice before being released. If the use of this carbon dioxide is not sought, for agriculture for example, it can be stored for indefinite storage in flooded mine shafts more than 600 m deep, immersion at which it remains liquid at Room temperature. The only constraint is to enclose it in heavy packaging to give the whole a negative buoyancy (carbon dioxide in the liquid state is lighter than water).

Pour tenir compte du point critique à 31°C, le compresseur-décompresseur à siphons hélicoïdaux vise une compression-décompression isotherme, alors que les compresseurs effectuent plus traditionnellement des compressions adiabatiques. Tout d’abord, la segmentation en sous-étages de la figure 16 avec échangeurs thermiques intermédiaires participe à cet objectif. Par ailleurs, la proximité entre les cloches en cours de compression et celles en cours de décompression figure 18, le brassage du liquide de pressurisation et les bretelles thermiques des minces parois métalliques de séparation des collecteurs « x’’ » et « x’’’ » (« x » prenant une valeur quelconque entre « a » et « p ») favorisent les échanges thermiques. Ainsi, les gaz en sortie des étages de décompression, donc refroidis, refroidiront les épingles issues des étages de compression en se trouvant concentriquement à l’intérieur. Ces épingles traversent des plaques métalliques (54) dans la cheminée de refroidissement de la figure 17 pour compléter leur refroidissement par le flux d’air frais A qui pénètre par le bas. Lesdites épingles et plaques métalliques chauffent ce flux d’air frais A qui va s’élever par convection dans la cheminée et entretenir ainsi l’aspiration en air frais. Le nombre et la hauteur des plaques métalliques (54) sont calculés pour que toutes les calories à échanger soient transférées par convection au flux de la cheminée. Ces plaques laissent passer à leur base les circuits du condenseur (55). Au-dessus passent les collecteurs des bretelles thermiques « x »-« x’ » et « x’’ »-« x’’’ » ainsi que le flux B-B’ du gaz dont on cherche à extraire le dioxyde de carbone. B’ est connecté à (50) de la figure 16 pour alimenter le système. Le gaz dont on a extrait le dioxyde de carbone (53) est réinjecté dans la cheminée, à un point au-dessus des plaques (54) non représenté.To take account of the critical point at 31°C, the helical siphon compressor-decompressor aims for isothermal compression-decompression, whereas the compressors more traditionally perform adiabatic compression. First of all, the segmentation into sub-stages of figure 16 with intermediate heat exchangers contributes to this objective. In addition, the proximity between the bells during compression and those during decompression figure 18, the mixing of the pressurization liquid and the thermal jumpers of the thin metal walls separating the collectors "x''" and "x''' ("x" taking any value between "a" and "p") promotes heat exchange. Thus, the gases leaving the decompression stages, therefore cooled, will cool the pins coming from the compression stages by being concentrically inside. These pins pass through metal plates (54) in the cooling chimney of Figure 17 to complete their cooling by the flow of fresh air A which enters from below. Said pins and metal plates heat this flow of fresh air A which will rise by convection in the chimney and thus maintain the suction of fresh air. The number and the height of the metal plates (54) are calculated so that all the calories to be exchanged are transferred by convection to the flow of the chimney. These plates allow the circuits of the condenser (55) to pass at their base. Above pass the collectors of the thermal jumpers "x"-"x'" and "x''"-"x'''" as well as the B-B' flow of the gas from which one seeks to extract the carbon dioxide. B' is connected to (50) of Figure 16 to power the system. The gas from which the carbon dioxide (53) has been extracted is reinjected into the chimney, at a point above the plates (54), not shown.

La figure 16 décrit l’association de tous les étages du compresseur à siphons hélicoïdaux utilisés avec un liquide de densité 2,5 (mélange de barytine couramment utilisé dans l’industrie pétrolière et dans les travaux publics). Sans conséquence particulière, ce mélange absorbera au début le dioxyde de carbone jusqu’à sa saturation. La hauteur de compression pour obtenir 5,6 MPa relatifs est d’environ 230 m. La segmentation décrite figures 7 et 18 permet de réduire l’encombrement à seize sous-compresseurs d’une quinzaine de mètres de hauteur. Leurs diamètres décroissent au fur et à mesure de la montée en pression, ce qui favorisera leur construction mécanique. Il y a donc segmentation en sous-compresseurs progressivement pressurisés afin de réduire l’encombrement global du dispositif et de transmettre les mouvements d’entraînement sans aucun dispositif d’étanchéité.Figure 16 describes the association of all the stages of the helical siphon compressor used with a liquid of specific gravity 2.5 (mixture of barite commonly used in the oil industry and in public works). Without any particular consequence, this mixture will initially absorb carbon dioxide until it is saturated. The compression height to obtain 5.6 relative MPa is approximately 230 m. The segmentation described in figures 7 and 18 makes it possible to reduce the overall dimensions to sixteen sub-compressors of around fifteen meters in height. Their diameters decrease as the pressure rises, which will favor their mechanical construction. There is therefore segmentation into progressively pressurized sub-compressors in order to reduce the overall size of the device and to transmit the drive movements without any sealing device.

Une fois comprimée par le premier étage, le gaz qui s’y est échauffé alimente une épingle de refroidissement « a » - « a’ » dont les extrémités sont indiquées « y » – « x’ » figure 18. Il en est de même pour chacun des quinze étages suivants de compression ; les dispositifs de refroidissement sont dimensionnés pour rester le plus en-dessous possible de la température de 31°C, au-dessus de laquelle aucune extraction du dioxyde de carbone par cette méthode n’est possible. La température de l’air frais A est donc déterminante pour l’efficacité de l’installation, complètement inopérante au-dessus de 31°C.Once compressed by the first stage, the gas heated there feeds a cooling pin "a" - "a'" whose ends are marked "y" - "x'" figure 18. The same is true for each of the next fifteen stages of compression; the cooling devices are sized to remain as much as possible below the temperature of 31°C, above which no extraction of carbon dioxide by this method is possible. The fresh air temperature A is therefore decisive for the efficiency of the installation, which is completely inoperative above 31°C.

Une fois comprimé à P0+ 16 hρg = 5,7291 MPa et refroidi dans l’épingle « o » - « o’ », le gaz (51) est introduit dans le condenseur (55) et le séparateur à buées par centrifugation (68) de la figure 20. La section de cette épingle « o »-« o’ » est plus grande que les autres parce qu’elle englobe les deux dernières épingles de décompression « o’’ »-« o’’’ » et « p’’ »-« p’’’ » et permet d’optimiser le refroidissement en-dessous de 31°C. Le gaz (52) débarrassé de son dioxyde de carbone est ensuite décomprimé jusqu’en (53) où sa décompression compense partiellement l’énergie dépensée par la phase de compression, les moments des poches de compression et de décompression étant opposés comme illustré par la figure 9. Il se refroidit en se décomprimant via les épingles « x’’ » - « x’’’ ». Le collecteur sortant de chaque sous-décompresseur pénètrera concentriquement à l’intérieur de l’épingle de compression du même étage pour s’y réchauffer et refroidir le gaz véhiculé par ladite épingle via la bretelle thermique.Once compressed to P 0 + 16 hρg = 5.7291 MPa and cooled in the pin "o" - "o'", the gas (51) is introduced into the condenser (55) and the vapor separator by centrifugation ( 68) of figure 20. The section of this pin "o"-"o'" is larger than the others because it encompasses the last two decompression pins "o''"-"o'''" and “p''”-“p'''” and optimizes cooling below 31°C. The gas (52) stripped of its carbon dioxide is then decompressed to (53) where its decompression partially compensates for the energy expended by the compression phase, the moments of the compression and decompression pockets being opposed as illustrated by the figure 9. It cools by decompressing via the pins “x''” - “x'''”. The collector leaving each sub-decompressor will enter concentrically inside the compression hairpin of the same stage to heat up and cool the gas conveyed by said hairpin via the thermal jumper.

L’extracteur de dioxyde de carbone utilise donc ci-dessus d’un système de bretelles thermiques d’échange de chaleur aussi complexe que celui du bouilleur isotherme, mais très différent. Comme souvent dans un compresseur, les gaz comprimés sont refroidis en sortie de chaque étage. Le compresseur-décompresseur bénéficie alors pendant la compression d’un refroidissement conséquent généré par le refroidissement des gaz décomprimés. Un apport d’air frais A contribue à maintenir le gaz comprimé en-dessous de 31°C.The carbon dioxide extractor therefore uses a system of heat exchange thermal straps as complex as that of the isothermal boiler, but very different. As often in a compressor, the compressed gases are cooled at the outlet of each stage. The compressor-decompressor then benefits during the compression from a consequent cooling generated by the cooling of the decompressed gases. A supply of fresh air A helps keep the compressed gas below 31°C.

S’il ne s’agit pas de décompressions parfaitement isothermes à cause de l’imperfection des échanges thermiques avec l’environnement, il convient de noter que les cloches étant virtuelles, les corps de siphon qui les constituent restent toujours à la même hauteur, donc à la même température et ne sont pas appelées à participer aux échanges thermiques. Il faut également ajouter que les épingles de compression et de décompression étant associées par paires pour véhiculer des fluides ayant des pressions voisines, l’épaisseur de l’épingle interne pourra être réduite, augmentant ainsi l’efficacité de la bretelle thermique qu’elle constitue. Les bretelles thermiques optimisent donc les échanges thermiques en rapprochant les flux de pressions comparables mais de différentes températures selon qu’ils sont en phase de compression ou de décompression tout en les maintenant séparés par une mince cloison. Quand l’épingle de décompression, interne, sort de l’épingle de compression, externe et concentrique, son épaisseur sera bien sûr augmentée pour tenir compte de sa pression de service.If it is not a question of perfectly isothermal decompressions because of the imperfection of the heat exchanges with the environment, it should be noted that the bells being virtual, the bodies of siphon which constitute them always remain at the same height, therefore at the same temperature and are not called upon to participate in the heat exchanges. It should also be added that the compression and decompression pins being associated in pairs to convey fluids having similar pressures, the thickness of the internal pin can be reduced, thus increasing the effectiveness of the thermal ramp that it constitutes. . Thermal suspenders therefore optimize heat exchange by bringing flows of comparable pressures but of different temperatures closer together depending on whether they are in the compression or decompression phase while keeping them separated by a thin partition. When the decompression pin, internal, comes out of the compression pin, external and concentric, its thickness will of course be increased to take account of its working pressure.

La figure 18 décrit un étage générique de compression-décompression.Figure 18 describes a generic compression-decompression stage.

L’admission du gaz à comprimer en (60) - « x’ » permet une aspiration par la partie compresseur du rotor dans la cavité (56) au-dessus du dioptre gaz-liquide qui le délimite. La rotation de ce compresseur emprisonne le gaz au-dessus du dioptre des cloches virtuelles que forment les siphons hélicoïdaux ; cette rotation détermine également leur profondeur au sein du gradient de pression de la colonne liquide en-dessous du dioptre de la cavité (56) et comprime le gaz emprisonné dans lesdites cloches virtuelles. Une feuillure fixe (62) au niveau des dalots pénètre une rainure circulaire à l’intérieur du rotor pour séparer ce gaz en cours de compression du gaz en cours de décompression. Cette feuillure (62) est solidaire du châssis, la rainure du rotor l’entoure sans frottement particulier. Le gaz est ensuite comprimé de la différence de pression hρg, puis guidé par une feuillure tournante solidaire du rotor (63) qui le conduira par la feuillure (67) en (64) après qu’un peu de hauteur et donc de pression utile aient été perdues au sein du liquide de compression. Les feuillures fixes ou tournantes (63) et (67) ont ainsi guidé les parties gazeuses au sein du liquide. Le gaz ainsi comprimé sort ensuite vers une épingle de refroidissement « y » puis vers l’étage suivant en « y’ ».The admission of the gas to be compressed at (60) - "x'" allows suction by the compressor part of the rotor into the cavity (56) above the gas-liquid interface which delimits it. The rotation of this compressor traps the gas above the interface of the virtual bells formed by the helical siphons; this rotation also determines their depth within the pressure gradient of the liquid column below the interface of the cavity (56) and compresses the gas trapped in said virtual bells. A fixed rabbet (62) at the scuppers penetrates a circular groove inside the rotor to separate this gas being compressed from the gas being decompressed. This rabbet (62) is integral with the frame, the rotor groove surrounds it without any particular friction. The gas is then compressed by the pressure difference hρg, then guided by a rotating rebate integral with the rotor (63) which will lead it through the rebate (67) to (64) after a little height and therefore useful pressure have were lost in the compression liquid. The fixed or rotating rabbets (63) and (67) thus guided the gaseous parts within the liquid. The compressed gas then exits to a 'y' cooling pin and then to the next 'y' stage.

La partie compresseur est solidairement associée à une seconde couche de surfaces hélicoïdales de sens opposé comme illustré par les figures 8 et 9 afin de permettre la décompression du gaz arrivant en (65) d’une épingle « y’’ » - « y’’’ » par un collecteur calorifugé le long duquel court l’arbre de transmission du mouvement de rotor d’un étage à l’autre. Le gaz à décomprimer est aspiré sous la partie au-dessus du dioptre de la feuillure tournante solidaire du rotor (66) perçant le dioptre pour former un col et constituer une poche de gaz en (61) que la partie décompresseur du rotor va prendre en compte pour le décomprimer jusqu’en (59). Par son moment illustré par la figure 9, le gaz en décompression participera pendant cette phase à l’entraînement du rotor et donc de sa partie compresseur. Le gaz décomprimé (59) est ensuite injecté dans la partie (65) de l’étage suivant via « x’’ » et « y’’’ ». Le joint (58) permet la transmission du mouvement mécanique en court-circuitant les épingles « x’’ » - « x’’’ » et « y’’ » - « y’’’ ». Ce joint (58) n’a pas besoin d’être un presse-étoupe étanche étant donné que les pressions de part et d’autre sont très voisines, c’est surtout un bouclier thermique pour ne pas remettre en cause le caractère isotherme de la décompression et l’efficacité des épingles « x’’ », « x’’’ ».The compressor part is integrally associated with a second layer of helical surfaces of opposite direction as illustrated by Figures 8 and 9 in order to allow the decompression of the gas arriving at (65) from a hairpin "y''" - "y'' '" by an insulated commutator along which runs the shaft transmitting the rotor movement from stage to stage. The gas to be decompressed is sucked under the part above the interface of the rotating rebate integral with the rotor (66) piercing the interface to form a neck and constitute a pocket of gas at (61) that the decompressor part of the rotor will take into account to decompress it to (59). By its moment illustrated in figure 9, the gas in decompression will participate during this phase in driving the rotor and therefore its compressor part. The decompressed gas (59) is then injected into the next stage part (65) via "x''" and "y''". The joint (58) allows the transmission of mechanical motion by shorting the pins "x''" - "x'''" and "y''" - "y'''". This seal (58) does not need to be a sealed stuffing box given that the pressures on either side are very close, it is above all a heat shield so as not to call into question the isothermal nature of decompression and efficiency of "x''", "x''" pins.

Pour tenir compte des variations de volume au sein des cloches virtuelles, le compresseur est équipé d’un canal central de diamètre R0comme illustré figure 3, la couronne du décompresseur est équipée de dalots. L’ensemble compresseur-décompresseur possède une flottabilité nulle quand toutes les cloches virtuelles sont nominalement remplies de gaz afin que les frottements soient réduits à ceux que la seule viscosité génère. Une lumière (57) dans le châssis porteur de la feuillure (62) permet la recirculation du liquide de compression, comme avec les volutes (36) de la figure 10.To take account of the variations in volume within the virtual bells, the compressor is equipped with a central channel of diameter R 0 as illustrated in FIG. 3, the crown of the decompressor is equipped with scuppers. The compressor-decompressor assembly has zero buoyancy when all the virtual bells are nominally filled with gas so that friction is reduced to that generated by viscosity alone. A port (57) in the rabbet support frame (62) allows the recirculation of the compression liquid, as with the scrolls (36) of Figure 10.

Le taux de dioxyde de carbone dans le mélange (50) sera généralement minoritaire. Relativement peu de dioxyde sera extrait et la quantité du gaz résiduel (52) à recomprimer sera forte. On peut compter dans ce mélange en (50) sur typiquement 80% d’azote, un peu d’oxygène, la majorité du reste étant de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone. Il est donc clair que le débit de décompression sera inférieur au débit de compression et qu’il faudra dépenser de l’énergie mécanique d’entraînement des rotors pour compenser la différence.The level of carbon dioxide in the mixture (50) will generally be in the minority. Relatively little dioxide will be extracted and the amount of residual gas (52) to be recompressed will be large. We can count in this mixture in (50) on typically 80% nitrogen, a little oxygen, the majority of the rest being water vapor and carbon dioxide. It is therefore clear that the decompression rate will be lower than the compression rate and that it will be necessary to expend mechanical energy driving the rotors to compensate for the difference.

Moteur thermiqueThermal motor

La figure 21 du moteur thermique reprend de nombreuses caractéristiques de la figure 18. Tout ce qui a déjà été exposé sur le compresseur à siphons hélicoïdaux, sur la compression des cloches virtuelles, sur l’association compresseur et décompresseur par deux couches de surfaces hélicoïdales de sens opposés comme illustré par les figures 8 et 9, sur le canal central et les dalots, sur la flottabilité nulle du rotor global, sur la segmentation en sous-compresseurs et sur les guidages et séparations gazeuses par feuillures demeurent valable. Ce moteur thermique provient du constat qu’avec des états initiaux et finaux de compression et de décompression identiques, une rotation du compresseur-décompresseur à siphons hélicoïdaux ne consomme que l’énergie due à la viscosité, aux frottements et aux imperfections du transfert de gaz de la fin de l’étage compresseur vers l’alimentation du décompresseur. Les rayons des rotors sont indifférents, les moments générés étant compensés par les taux de remplissage des cloches. Si tel n’était pas le cas, on aurait mis au jour un moteur perpétuel, naturellement exclu ici.Figure 21 of the heat engine takes up many characteristics of figure 18. All that has already been exposed on the compressor with helical siphons, on the compression of virtual bells, on the compressor and decompressor association by two layers of helical surfaces of opposite directions as illustrated by Figures 8 and 9, on the central channel and the scuppers, on the zero buoyancy of the overall rotor, on the segmentation into sub-compressors and on the guides and gas separations by rabbets remain valid. This heat engine comes from the observation that with identical initial and final states of compression and decompression, rotation of the compressor-decompressor with helical siphons only consumes the energy due to viscosity, friction and imperfections in gas transfer. from the end of the compressor stage to the supply of the decompressor. The radii of the rotors are indifferent, the moments generated being compensated by the filling rates of the bells. If this were not the case, we would have unearthed a perpetual motor, naturally excluded here.

L’idée consiste à intercepter le gaz en sortie du compresseur et à le chauffer par une source externe (70) dans la cavité (71). Ce réchauffement va dilater le gaz à l’intérieur de cette cavité (71), faire baisser le niveau du liquide jusqu’à ce qu’il atteigne le niveau (74) d’aspiration du décompresseur. La configuration des feuillures empêche ce gaz chaud de revenir dans les cloches en compression, remplissant ainsi une fonction de clapet de non-retour. Sans chauffage, les cloches du compresseur et celles du décompresseur suivraient des compressions et détentes adiabatiques et leurs moments envers le rotor s’annuleraient (aux frottements et autres résistances près). Avec le chauffage, les cloches en cours de compression demeurent inchangées ; par contre, les cloches en cours de décompression sont remplies de gaz chaud et occupent un volume plus important que sans chauffage tout au long de leur détente adiabatique. Cette différence de volume génère un moment moteur qu’une génératrice (72) pourra recueillir. La détente est considérée comme adiabatique étant donnée la faiblesse des échanges thermique de part et d’autre des dioptres des cloches. Au démarrage, la pompe (73) régule le niveau de la cavité (71) de gaz comprimé afin que le niveau après chauffage (74) corresponde juste à l’aspiration du décompresseur.The idea consists in intercepting the gas leaving the compressor and heating it by an external source (70) in the cavity (71). This heating will expand the gas inside this cavity (71), lowering the level of the liquid until it reaches the suction level (74) of the decompressor. The configuration of the rabbets prevents this hot gas from returning to the compression bells, thus fulfilling a non-return valve function. Without heating, the bells of the compressor and those of the decompressor would follow adiabatic compressions and expansions and their moments towards the rotor would cancel each other out (up to friction and other resistances). With heating, the bells being compressed remain unchanged; on the other hand, the bells during decompression are filled with hot gas and occupy a larger volume than without heating throughout their adiabatic expansion. This difference in volume generates a driving moment that a generator (72) can collect. The expansion is considered to be adiabatic given the low heat exchange on either side of the diopters of the bells. On start-up, the pump (73) regulates the level of the cavity (71) of compressed gas so that the level after heating (74) corresponds just to the suction of the decompressor.

La figure 22 décrit l’emplacement de deux des cloches de compression et de décompression.Figure 22 describes the location of two of the compression and decompression bells.

Avec le rendement de l’ordre de 5% vu ci-dessous et des puissances modestes (14 W à 50°K d’écart de température, 55 W pour un écart de température de 200°K pour un rotor de 0,163 m de rayon et 1,57 m de long), ce moteur isotherme ne sera intéressant que dans quelques cas restreints de faibles sources thermiques inexploitables par d’autres techniques. Il ne présenterait pas d’intérêt sans l’extrême faiblesse des frottements visqueux de soutien et d’étanchéité. Il est possible de quasi-proportionnellement augmenter la puissance disponible et le rendement en multipliant les étages, au prix d’une complexité accrue. L’augmentation trouve ses limites dans la multiplication des pertes thermiques et surtout la décompression adiabatique qui va réduire les écarts en température et en volume des cloches à la même pression.With efficiency of the order of 5% seen below and modest powers (14 W at 50°K temperature difference, 55 W for a temperature difference of 200°K for a 0.163 m radius rotor and 1.57 m long), this isothermal motor will only be of interest in a few restricted cases of weak thermal sources that cannot be exploited by other techniques. It would not be of interest without the extreme weakness of the viscous friction of support and sealing. It is possible to almost proportionally increase the available power and efficiency by multiplying the stages, at the cost of increased complexity. The increase finds its limits in the multiplication of thermal losses and especially the adiabatic decompression which will reduce the differences in temperature and volume of the bells at the same pressure.

Déshumidification parDehumidification by décompression au-delà du point de roséedecompression beyond the dew point ..

La figure 23 du déshumidificateur par décompression au-delà du point de rosée reproduit de nombreux éléments de l’extracteur de dioxyde de carbone. Tout ce qui a déjà été exposé sur le compresseur à siphons hélicoïdaux, sur la compression des cloches virtuelles, sur l’association compresseur et décompresseur par deux couches de surfaces hélicoïdales de sens opposés comme illustré par les figures 8 et 9, sur le canal central et les dalots, sur la flottabilité nulle du rotor global, sur les guidages et séparations gazeuses par feuillures et sur les bretelles thermiques demeure valable. Toutefois, il ne s’agit plus de comprimer un gaz mais cette fois de décomprimer et donc refroidir l’air ambiant qui contient de la vapeur d’eau au-delà de son point de rosée, le refroidissement de l’air largement majoritaire faisant plus que compenser le réchauffement provoqué par la condensation de la vapeur d’eau. Il s’agit de reproduire l’ascension d’une particule gazeuse au sol qui s’élève pour commencer à se condenser à la base des nuages jusqu’à 100% d’humidité avec un rapport de mélange constant, continue sa condensation jusqu’au sommet de la montagne en demeurant à 100% d’humidité mais en réduisant son rapport de mélange et globalement reproduire l’effet de foehn d’une montagne exposée au vent. Le brouillard qui se forme ainsi par condensation en franchissant le point de rosée peut être classiquement asséché par centrifugation.Figure 23 of the decompression dehumidifier beyond the dew point reproduces many elements of the carbon dioxide extractor. All that has already been exposed on the compressor with helical siphons, on the compression of virtual bells, on the association compressor and decompressor by two layers of helical surfaces of opposite directions as illustrated by figures 8 and 9, on the central channel and the scuppers, on the zero buoyancy of the overall rotor, on the guides and gaseous separations by rabbets and on the thermal braces remains valid. However, it is no longer a question of compressing a gas but this time of decompressing and therefore cooling the ambient air which contains water vapor beyond its dew point, the cooling of the largely predominant air making more than compensate for the warming caused by the condensation of water vapour. This is to reproduce the ascent of a gaseous particle on the ground which rises to begin to condense at the base of the clouds up to 100% humidity with a constant mixing ratio, continues its condensation until at the top of the mountain by remaining at 100% humidity but by reducing its mixing ratio and globally reproducing the foehn effect of a mountain exposed to the wind. The fog which thus forms by condensation on crossing the dew point can be conventionally dried by centrifugation.

Le compresseur à siphons hélicoïdaux est donc utilisé dans sa forme décompresseur-compresseur. Les émagrammes courants (figure 24) montrent qu’une décompression jusqu’à 500 hPa (5 m de colonne d’eau) permet d’extraire une large proportion de la vapeur d’eau présente.The helical siphon compressor is therefore used in its decompressor-compressor form. The current emagrams (figure 24) show that a decompression down to 500 hPa (5 m of water column) makes it possible to extract a large proportion of the water vapor present.

La colonne liquide est suspendue par une faible pression au sommet du dispositif, comme dans un « abreuvoir à oiseaux » de taille adaptée ; cette faible pression provient initialement d’un compresseur à siphons hélicoïdaux auxiliaire (78) qui fait monter le niveau de la colonne. Dans le décompresseur-compresseur, le fonctionnement de la partie décompression (externe) du rotor va créer une succion d’aspiration du gaz au travers de la retenue du liquide formant col (75). En cas d’arrêt du rotor, la succion cesse et le liquide reste suspendu par la dépression de la partie supérieure. Lors de sa décompression, la masse d’air et la vapeur d’eau aspirées via le col (75) se refroidissent de manière adiabatique jusqu’au point de rosée de cette dernière. Commence alors la condensation de la vapeur d’eau, la chaleur de cette condensation étant transférée à l’air ambiant. La suite de la décompression est caractérisée par deux phénomènes antagonistes : d’une part les particules d’air, largement majoritaires, vont continuer à se refroidir en se détendant, d’autre part la vapeur d’eau va continuer à se condenser en transférant sa chaleur de condensation à l’air ambiant. Cette décompression avec changement d’état est appelée « adiabatique humide » ou « pseudo-adiabatique » car si aucune chaleur n’est échangée avec l’extérieur (le rotor et les cloches sont soigneusement calorifugés), les échanges internes air-vapeur d’eau réduisent le gradient thermique classique de 10°C tous les 100 hPa à 6°C tous les 100 hPa. Pendant toute la décompression « pseudo-adiabatique », la vapeur d’eau se condense en gouttelettes fines ou buées, avec une faible vitesse de chute au sein des cloches virtuelles eu égard à la faible dimension de ces gouttelettes. Si très peu se mélangeront au liquide du gradient de compression constituant la base des cloches virtuelles, elles seront quand même récupérées par le trop-plein (23). A l’issue de la décompression jusqu’à environ 500 hPa absolus, le rapport de mélange lu sur les émagrammes montre qu’il reste sensiblement moins de vapeur d’eau à condenser, ainsi que l’illustration d’un mode de réalisation ci-dessous le montre. En sortie du décompresseur, une centrifugeuse concentre les buées obtenues et le liquide produit est comprimé jusqu’à la pression atmosphérique par une pompe (76) pour pouvoir être extrait. Le reliquat de gaz refroidi par la décompression puis déshumidifié par le centrifugeur est réchauffé par le gaz entrant dans l’échangeur de chaleur (77) de la bretelle thermique puis comprimé à la pression atmosphérique par la partie compression (interne) du rotor avant d’être rejeté. Le presse étoupe (58) permet à l’arbre mécanique du moteur de traverser l’enveloppe de la bretelle thermique. Le refroidissement de l’air entrant par l’air décomprimé et asséché permet d’atteindre plus rapidement la température de rosée. La compression compense partiellement le coût énergétique de la décompression, mais le réchauffement du gaz avant décompression réduit cette compensation ; les calculs liés au moteur thermique montrent que la plus grande facilité à atteindre le point de rosée pendant la décompression minimise finalement l’énergie mécanique nécessaire.The liquid column is suspended by low pressure from the top of the device, as in a suitably sized "bird trough"; this low pressure initially comes from an auxiliary helical siphon compressor (78) which raises the level of the column. In the decompressor-compressor, the operation of the decompression part (external) of the rotor will create a suction of aspiration of the gas through the retention of the liquid forming neck (75). If the rotor stops, the suction ceases and the liquid remains suspended by the depression in the upper part. During its decompression, the mass of air and the water vapor sucked in via the neck (75) cool adiabatically to the dew point of the latter. The condensation of water vapor then begins, the heat of this condensation being transferred to the surrounding air. The continuation of the decompression is characterized by two antagonistic phenomena: on the one hand the air particles, largely in the majority, will continue to cool while relaxing, on the other hand the water vapor will continue to condense while transferring its heat of condensation to the ambient air. This decompression with change of state is called "wet adiabatic" or "pseudo-adiabatic" because if no heat is exchanged with the outside (the rotor and the bells are carefully insulated), the internal air-vapor exchanges of water reduce the typical thermal gradient from 10°C every 100 hPa to 6°C every 100 hPa. Throughout the "pseudo-adiabatic" decompression, the water vapor condenses into fine droplets or mist, with a low speed of fall within the virtual bells given the small size of these droplets. If very little will mix with the liquid of the compression gradient constituting the base of the virtual bells, they will nevertheless be recovered by the overflow (23). At the end of the decompression down to about 500 absolute hPa, the mixing ratio read on the emagrams shows that there is significantly less water vapor left to condense, as well as the illustration of one embodiment shown here. below shows it. At the outlet of the decompressor, a centrifuge concentrates the vapors obtained and the liquid produced is compressed to atmospheric pressure by a pump (76) in order to be extracted. The remaining gas cooled by decompression and then dehumidified by the centrifuge is reheated by the gas entering the heat exchanger (77) of the thermal jumper and then compressed to atmospheric pressure by the compression part (internal) of the rotor before be rejected. The cable gland (58) allows the mechanical shaft of the motor to pass through the casing of the thermal jumper. The cooling of the incoming air by the decompressed and dried air makes it possible to reach the dew temperature more quickly. Compression partially offsets the energy cost of decompression, but heating the gas before decompression reduces this compensation; calculations related to the heat engine show that the greater ease in reaching the dew point during decompression ultimately minimizes the mechanical energy required.

L’exemple d’un mode de réalisation ci-après montre que le volume gazeux s’accroit d’un facteur de 1,8, ce qui correspondrait à une augmentation du rayon du rotor d’un facteur 1,34. Cette faible augmentation montre qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser des rotors à diamètre variable, qui complexifieraient leur fabrication et leur installation : il semble préférable de limiter les débits injectés à la base pour que la détente ne les fasse pas sortir des cloches une fois détendus à 500 hPa.The example of an embodiment below shows that the gas volume increases by a factor of 1.8, which would correspond to an increase in the radius of the rotor by a factor of 1.34. This small increase shows that it is not necessary to use variable diameter rotors, which would complicate their manufacture and installation: it seems preferable to limit the flows injected at the base so that the expansion does not cause them to come out of the bells when expanded to 500 hPa.

Bouée à axe obliqueOblique axis buoy

Dans tous les cas ci-dessus, le rotor était immergé dans un liquide. Il était conçu pour disposer d’une flottabilité nulle quand toutes les cloches virtuelles sont nominalement remplies de gaz, afin que les frottements soient réduits à ceux que la viscosité génère. A cet effet, la densité des matériaux utilisés, la mise en place de cavités creuses et l’emploi de lest permettent de limiter les efforts sur les roulements de guidage du rotor au strict minimum.In all of the above cases, the rotor was immersed in a liquid. It was designed to have zero buoyancy when all virtual bells are nominally filled with gas, so that friction is reduced to that which viscosity generates. To this end, the density of the materials used, the installation of hollow cavities and the use of ballast make it possible to limit the forces on the guide bearings of the rotor to the strict minimum.

Le rotor du compresseur peut également se trouver à l’extérieur d’un liquide et pour la réduction des frottements, il est intéressant de le faire flotter sur la surface liquide d’une capacité adaptée, au moyen d’un flotteur conçu selon un profil adéquat. Ce flotteur est calculé pour respecter l’angle pris à titre d’exemple de β=45° avec la verticale. Il est constitué de disques élémentaires correspondant à la section générique B-B’ de la figure 25 dont le volume immergé est constant. La surface d’un segment de disque ayant R pour rayon et γ pour demi-angle au sommet est :
s=R²(γ-sin(2γ)/2).
The rotor of the compressor can also be outside a liquid and for the reduction of friction it is interesting to make it float on the liquid surface of a suitable capacity, by means of a float designed according to a profile adequate. This float is calculated to respect the angle taken as an example of β=45° with the vertical. It is made up of elementary discs corresponding to the generic section B-B' of figure 25, the submerged volume of which is constant. The surface of a segment of disk having R for radius and γ for half-angle at the vertex is:
s=R²(γ-sin(2γ)/2).

En notant γ0 le demi-angle correspondant au plus petit des disques élémentaires, on conserve une surface constante si R(γ)= R(γ0) pour un disque situé à x(γ)=R(γ) cos(γ) de l’extrémité du compresseur. γ sera compris entre γ0et γmin, un γmin faible améliorant la stabilité longitudinale. La flottabilité globale dépend de R(γ0), qui détermine le volume immergé et donc la flottabilité. Le profil du flotteur permettant au compresseur de flotter et de tourner librement avec une inclinaison déterminée, illustrée à 45° figure 25 est alors déterminé par R(γ) respectant R(γ0)²(γ0-sin(2γ0)/2)=R(γ)²(γ-sin(2γ)/2), γ étant un paramètre implicite variant entre γoet γmin.By noting γ0the half-angle corresponding to the smallest of the elementary disks, we keep a constant surface if R(γ)= R(γ0) for a disc located at x(γ)=R(γ) cos(γ) from the end of the compressor. γ will be between γ0and γmin, a γmin low improving longitudinal stability. The overall buoyancy depends on R(γ0), which determines the submerged volume and therefore the buoyancy. The profile of the float allowing the compressor to float and rotate freely with a determined inclination, illustrated at 45° in figure 25, is then determined by R(γ) respecting R(γ0)²(γ0-sin(2γ0)/2)=R(γ)²(γ-sin(2γ)/2), γ being an implicit parameter varying between γohand γmin.

Le centre de carène Ccest à une hauteur déterminée par γcpour avoir un segment de disque moitié plus petit que le segment initial, avec 2γ-sin2γ= 4γc-2sin2γc.The center of the hull C c is at a height determined by γ c to have a disc segment half smaller than the initial segment, with 2γ-sin2γ= 4γ c -2sin2γ c .

La figure 25 fournit une illustration à l’échelle de ce flotteur équipé du compresseur à siphons hélicoïdaux en version élévation de liquide avec son centre de carène Cc. Le centre de gravité Cgcorrespond au centre métacentrique transverse Cmt, c’est-à-dire qu’il n’a aucune stabilité transverse comme on l’a recherché. Par contre, le centre métacentrique longitudinal Cmlse trouve sensiblement au-dessus de Cg, ce qui garantit une bonne stabilité longitudinale. Pour mémoire, Cmlse trouve à une distance de Ccégale au rayon métacentrique r=I/V, I étant le moment quadratique transversal de la surface de flottaison et V son volume immergé.Figure 25 provides a scale illustration of this float equipped with the helical siphon compressor in the liquid lifting version with its hull center C c . The center of gravity C g corresponds to the transverse metacentric center C mt , ie it has no transverse stability as we have sought. On the other hand, the longitudinal metacentric center C ml is located substantially above C g , which guarantees good longitudinal stability. For the record, C ml is at a distance from C c equal to the metacentric radius r=I/V, I being the transverse quadratic moment of the flotation surface and V its submerged volume.

La figure 26 montre le flotteur équipé d’un compresseur à siphons hélicoïdaux en version compression de gaz pour oxygénation du liquide support, par exemple une rivière. Comme dans les cas précédents, des cloches virtuelles aspirent le gaz et le compriment en le faisant descendre dans le gradient de pression du liquide. Le canal central compense les variations de volume gazeux des cloches virtuelles. En flottant à la surface du liquide sur lequel il est installé, les seules forces qui s’opposent à sa rotation sont la viscosité du flotteur, les frottements du système de guidage et bien sûr le couple résistant du compresseur. La stabilité est conservée parce que le compresseur (79) qui était pesant dans l’air flotte dans le liquide et génère un moment équivalent.Figure 26 shows the float fitted with a helicoidal siphon compressor in gas compression version for oxygenation of the supporting liquid, for example a river. As in the previous cases, virtual bells suck in the gas and compress it by making it fall in the pressure gradient of the liquid. The central channel compensates for variations in the gas volume of the virtual bells. By floating on the surface of the liquid on which it is installed, the only forces that oppose its rotation are the viscosity of the float, the friction of the guiding system and of course the resisting torque of the compressor. Stability is maintained because the compressor (79) which was heavy in the air floats in the liquid and generates an equivalent moment.

La figure 27 montre l’assemblage de deux flotteurs pour que le courant d’une rivière anime le compresseur au moyen des pales à pas opposées (80). Des joints rotatifs (81) assurent la liaison avec deux entretoises (82). Ces entretoises sont solidarisées par deux pièces de châssis (83) reliées au point d’attache (84), lui-même situé à la hauteur du centre de carène de l’ensemble pour ne pas interférer avec son assiette. La pièce d’attache (84) permet l’amarrage de cette paire de flotteurs à un dispositif classique d’ancrage (85).Figure 27 shows the assembly of two floats so that the current of a river animates the compressor by means of the opposed pitch blades (80). Rotary joints (81) ensure the connection with two spacers (82). These spacers are secured by two frame parts (83) connected to the attachment point (84), itself located at the height of the center of the hull of the assembly so as not to interfere with its trim. The attachment piece (84) allows the mooring of this pair of floats to a conventional anchoring device (85).

La figure 28 est une simplification de la figure 27 avec un plan oblique 80’ pour compenser le lacet généré par les pales.Figure 28 is a simplification of Figure 27 with an oblique plane 80' to compensate for the yaw generated by the blades.

La figure 29 utilise la bouée à axe oblique perpendiculairement au courant. Le point d’attache 84 est positionné pour que la bouée conserve cette orientation.Figure 29 uses the oblique axis buoy perpendicular to the current. The attachment point 84 is positioned so that the buoy maintains this orientation.

La figure 30 n’utilise pas un compresseur à siphons hélicoïdaux, mais une pompe à version hélicoïdaux pour verser du liquide qui devrait être oxygéné de manière comparable. L’intérêt de cette variante provient de sa plus grande étroitesse.Figure 30 does not use a helical siphon compressor, but a helical version pump to pour in liquid that should be comparably oxygenated. The interest of this variant comes from its greater narrowness.

La figure 31 est une allusion à la « machine de Marly » d’alimentation en eau du château de Versailles au moyen de 14 roues à aube qui animaient trois étages de pompes. Ici, la roue à aube (86) qui peut être une turbine Darrieus ou Savonius par exemple entraîne quatre rotors d’élévation de liquide, associés conformément à la figure 6, c’est-à-dire sans clapet ni presse étoupe.Figure 31 is an allusion to the "Marly machine" for supplying water to the Palace of Versailles by means of 14 paddle wheels which animated three levels of pumps. Here, the paddle wheel (86) which can be a Darrieus or Savonius turbine for example drives four liquid lifting rotors, associated in accordance with Figure 6, that is to say without valve or stuffing box.

La figure 32 répond au besoin fréquent de valorisation des forts débits avec faible hauteur motrice dans une perspective électrogène. Comme avec des roues Poncelet, Sagebien ou Zuppinger, selon les canaux d’alimentation (87), le système évite les chocs et économise l’énergie en n’exigeant aucune accélération préalable du flux ; il rejette d’ailleurs le liquide (89) ayant travaillé à sa vitesse initiale. Le train d’engrenages (88) associés aux récepteurs cylindriques à siphons hélicoïdaux permet de collecter les énergies reçues et d’entraîner une génératrice (90).Figure 32 responds to the frequent need to valorize high flow rates with low driving head from a generator perspective. As with Poncelet, Sagebien or Zuppinger impellers, depending on the feed channels (87), the system avoids shocks and saves energy by requiring no prior acceleration of the flow; it also rejects the liquid (89) having worked at its initial speed. The gear train (88) associated with the cylindrical receivers with helical siphons makes it possible to collect the energies received and drive a generator (90).

La figure 33 correspond au contraire au cas d’une forte hauteur motrice, les récepteurs cylindriques à siphons hélicoïdaux sont associés en sous-récepteurs selon le principe de la figure 6, décompressant progressivement le flux au fur et à mesure de son travail dans les sous-récepteurs. Ce dispositif peut également être utilisé pour décompresser un collecteur.Figure 33 corresponds on the contrary to the case of a high driving height, the cylindrical receivers with helical siphons are associated in sub-receptors according to the principle of figure 6, gradually decompressing the flow as it works in the sub -receptors. This device can also be used to decompress a collector.

La figure 34 associe les étages des figures 31 et 33 pour déplacer des liquides malgré des accidents de terrain, par exemple pour passer au-dessus du col qui sépare la mer Rouge de la mer Morte.Figure 34 combines the stages of Figures 31 and 33 to move liquids despite uneven ground, for example to pass over the pass that separates the Red Sea from the Dead Sea.

Brève présentation des différentes figuresBrief presentation of the different figures

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des différentes configurations, prises à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrées par les dessins de principe annexés :The present invention will be better understood and other advantages will appear on reading the detailed description of the different configurations, taken by way of non-limiting examples and illustrated by the attached principle drawings:

A des fins didactiques, la figure 1 décrit une version tubulaire du compresseur à siphon hélicoïdaux avec un liquide. For didactic purposes, figure 1 depicts a tubular version of the helical siphon compressor with a liquid.

La figure 2 est l’évolution de la figure 1 pour comprimer un gaz. Figure 2 is the evolution of figure 1 to compress a gas.

La figure 3 montre l’augmentation de la cylindrée utile entre deux surfaces hélicoïdales, elle montre également comment le problème engendré par les variations de niveau et la compressibilité des gaz est résolu par la mise en place d’un canal central. Figure 3 shows the increase in the useful displacement between two helical surfaces, it also shows how the problem generated by the variations in level and the compressibility of the gases is solved by the installation of a central channel.

La figure 4 décrit les différentes phases d’alimentation et de refoulement d’un liquide par le système de la figure 3 Figure 4 describes the different supply and discharge phases of a liquid by the system of Figure 3

La figure 5 montre les différentes phases d’alimentation, de compression puis de rejet d’un gaz. Figure 5 shows the different phases of gas supply, compression and then rejection.

La figure 6 montre l’association de plusieurs systèmes d’élévation de liquide pour fragmenter la compression et améliorer la compacité. Figure 6 shows the combination of several liquid lift systems to fragment compression and improve compactness.

La figure 7 montre l’association de plusieurs sous-compresseurs de gaz pour améliorer la compacité du compresseur global. Figure 7 shows the association of several gas sub-compressors to improve the compactness of the overall compressor.

La figure 8 associe deux séries de surfaces hélicoïdales de sens opposés pour récupérer par la décompression une importante fraction de l’énergie dépensée par la compression. Figure 8 associates two series of helical surfaces of opposite directions to recover by decompression a large fraction of the energy expended by compression.

La figure 9 montre les moments antagonistes des cloches virtuelles de compression et de décompression. Figure 9 shows the opposing moments of the compression and decompression virtual bells.

La figure 10 est l’application du compresseur à siphons hélicoïdaux au bouilleur isotherme. Figure 10 is the application of the helical siphon compressor to the isothermal boiler.

La figure 11 décrit l’adaptation d’un compresseur à une faible compression et à un fort débit. Figure 11 describes the adaptation of a compressor to low compression and high flow.

La figure 12 détaille le fonctionnement de ce compresseur à faible compression et fort débit Figure 12 details the operation of this low compression, high flow compressor.

La figure 13 décrit le module de dégazage que le bouilleur isotherme mécanique peut utiliser. Figure 13 describes the degassing module that the mechanical isothermal boiler can use.

La figure 14 décrit la lyophilisation. Figure 14 depicts the lyophilization.

La figure 15 décrit la distillation alcoolique. Figure 15 depicts alcoholic distillation.

La figure 16 décrit l’association des étages du compresseur à siphon hélicoïdaux pour liquéfaction du CO2. Figure 16 describes the association of the stages of the helicoidal siphon compressor for the liquefaction of CO2.

La figure 17 décrit la cheminée de refroidissement des différents collecteurs du compresseur à siphons hélicoïdaux pour liquéfaction du CO2. Figure 17 describes the cooling chimney of the various manifolds of the helical siphon compressor for CO2 liquefaction.

La figure 18 décrit un étage intermédiaire du compresseur à siphon hélicoïdaux pour liquéfaction du CO2. Figure 18 depicts an intermediate stage of the helical siphon compressor for CO2 liquefaction.

La figure 19 décrit l’étage initial du compresseur à siphon hélicoïdaux pour liquéfaction du CO2. Figure 19 depicts the initial stage of the helical siphon compressor for CO2 liquefaction.

La figure 20 décrit l’étage final du compresseur à siphon hélicoïdaux avec séparation par centrifugation du CO2 liquide. Figure 20 depicts the final stage of the helical siphon compressor with centrifugal separation of liquid CO2.

La figure 21 décrit le moteur thermique que peut constituer un compresseur-décompresseur à siphons hélicoïdaux. Figure 21 describes the heat engine that can constitute a helical siphon compressor-decompressor.

La figure 22 détaille le parcours des cloches de compression et décompression du moteur thermique. Figure 22 details the route of the combustion engine compression and decompression bells.

La figure 23 décrit l’application du compresseur à siphons hélicoïdaux à la déshumidification d’un gaz par décompression au-delà du point de rosée et reproduction de l’effet de foehn. Figure 23 describes the application of the helical siphon compressor to the dehumidification of a gas by decompression beyond the dew point and reproduction of the Foehn effect.

La figure 24 illustre par un émagramme le changement d’état responsable de la déshumidification d’un gaz par décompression au-delà du point de rosée et reproduction de l’effet de foehn. Figure 24 illustrates by an emagram the change of state responsible for the dehumidification of a gas by decompression beyond the dew point and reproduction of the Foehn effect.

La figure 25 décrit un flotteur rotatif supportant un compresseur à siphons hélicoïdaux en version élévation de liquide. Figure 25 depicts a rotating float supporting a helical siphon compressor in liquid lift version.

La figure 26 décrit le soutien du compresseur à siphons hélicoïdaux par un flotteur rotatif. Figure 26 depicts the support of the helical siphon compressor by a rotating float.

La figure 27 décrit l’association de deux flotteurs rotatifs. Figure 27 describes the association of two rotating floats.

La figure 28 décrit l’emploi d’un seul flotteur avec un plan anti-lacet Figure 28 depicts the use of a single float with an anti-yaw plane

La figure 29 décrit l’emploi d’un seul flotteur transversalement au courant Figure 29 describes the use of a single float across the current

La figure 30 décrit également l’emploi d’un seul flotteur transversalement au courant, le compresseur à siphon hélicoïdaux pour de l’air étant remplacé par une pompe à siphon hélicoïdaux pour de l’eau Figure 30 also depicts the use of a single float across the stream, replacing the helical siphon compressor for air with a helical siphon pump for water.

La figure 31 fournit une utilisation en « noria »  ou « machine de Marly » : le courant d’une rivière entraîne la vis de base et génère une pression théoriquement illimitée. Figure 31 provides a use in "noria" or "Marly machine": the current of a river drives the base screw and generates a theoretically unlimited pressure.

La figure 32 montre comment plusieurs vis peuvent être associées pour exploiter une chute d’eau de faible hauteur et en collecter l’énergie mécanique. Figure 32 shows how several screws can be combined to harness a low waterfall and collect mechanical energy.

Dans le cas d’un dénivelé important ou du besoin de dépressuriser une conduite de liquide, la figure 33 montre comment les vis peuvent être associées par des collecteurs opportunément pressurisés. In the case of a significant difference in level or the need to depressurize a liquid line, figure 33 shows how the screws can be associated by opportunely pressurized manifolds.

Dans une utilisation d’irrigation ou de transport d’eau, la figure 34 montre comment les variations d’altitude du relief peuvent être prises en compte. In an irrigation or water transport use, figure 34 shows how variations in the altitude of the relief can be taken into account.

Bouilleur isothermeIsothermal boiler

Le bouilleur isotherme utilise cinq enceintes soumises à l’extérieur à la pression atmosphérique et à l’intérieur à seulement 23,14 hPa. Il s’agit de la situation mécanique d’une marmite pression portée à ébullition et vidée d’air, refroidie ensuite jusqu’à la température ambiante ; son ouverture sans ouverture préalable de la soupape est quasiment impossible. Cet exemple montre ainsi que la résistance d’une enceinte cylindrique d’une trentaine de centimètres de diamètre ne pose pas de difficulté.The isothermal boiler uses five enclosures subjected to atmospheric pressure on the outside and only 23.14 hPa inside. This is the mechanical situation of a pressure pot brought to the boil and emptied of air, then cooled to room temperature; its opening without first opening the valve is almost impossible. This example thus shows that the resistance of a cylindrical enclosure of about thirty centimeters in diameter does not pose any difficulty.

Le compresseur de puissance doit mesurer plus de 2 mètres de diamètre, mais le diamètre et la pression de résistance d’une coque de sous-marin sont plus importants. L’utilisation de couples et de longerons apporte des solutions raisonnables de résistance des matériaux. Le collecteur d’alimentation devra disposer d’un sectionnement (38) très soigné pour autoriser le démontage de l’enceinte (33) sans perdre la dépression de la partie supérieure du « u » inversé. A cet effet, les collecteurs (30) – (30 bis) et (31) – (31 bis) font aussi l’objet de sectionnements, beaucoup moins critiques car protégés par le réservoir (20).The power compressor must be more than 2 meters in diameter, but the diameter and the resistance pressure of a submarine hull are more important. The use of frames and spars provides reasonable solutions for material resistance. The supply manifold must have a very neat sectioning (38) to allow the dismantling of the enclosure (33) without losing the depression of the upper part of the inverted "u". To this end, the collectors (30) - (30 bis) and (31) - (31 bis) are also the subject of sections, much less critical because protected by the tank (20).

L’échangeur thermique en cuivre (34) de l’évaporateur-condenseur (29) possède une épaisseur de l’ordre de 1 mm comme on le verra ci-dessous et doit résister à une différence de pression de 168 Pa, ce qui ne pose aucune difficulté particulière en termes de résistance des matériaux.The copper heat exchanger (34) of the evaporator-condenser (29) has a thickness of the order of 1 mm as will be seen below and must withstand a pressure difference of 168 Pa, which does not poses no particular difficulty in terms of the strength of the materials.

Les parties tournantes subissent des pressions équilibrées, elles doivent uniquement résister mécaniquement aux efforts de torsion qu’impose la transmission du mouvement. Ces rotors sont lestés en tenant compte du remplissage nominal en gaz des cloches de compression pour correspondre exactement à la densité du ou des liquides dans lesquels ils tournent : huile + eau pour le compresseur de puissance (32), eau désalinisée pour le compresseur auxiliaire (26). Les efforts sur les paliers sont ainsi réduits au strict minimum. Tel n’est pas le cas de la pompe (28) qui se trouve dans la vapeur d’eau et doit disposer de paliers plus sollicités.The rotating parts undergo balanced pressures, they must only mechanically resist the torsion forces imposed by the transmission of the movement. These rotors are ballasted taking into account the nominal gas filling of the compression bells to correspond exactly to the density of the liquid(s) in which they rotate: oil + water for the power compressor (32), desalinated water for the auxiliary compressor ( 26). The forces on the bearings are thus reduced to a strict minimum. This is not the case of the pump (28) which is in the water vapor and must have more stressed bearings.

Pour être compétitif par rapport aux autres filières de désalinisation, le système doit consommer moins de 2 kWh=7,2 106 J par mètre cube produit, valeur qu’on peut retenir dans un premier temps avant de chercher à la réduire. Les 106/18 =55555 moles d’un mètre cube liquide occupent un volume de 55555 8 ,31 293/2314 = 58455,91 m3à 23,14 hPa.To be competitive with other desalination systems, the system must consume less than 2 kWh=7.2 10 6 J per cubic meter produced, a value that can be retained initially before trying to reduce it. The 10 6 /18 =55555 moles of a liquid cubic meter occupy a volume of 55555 8.31 293/2314 = 58455.91 m 3 at 23.14 hPa.

Dans l’hypothèse d’une compression adiabatique avec ϒ= 1,330 pour H2O à 20°C considéré comme gaz parfait, le travail est W = (P2V2-P1V1)/( ϒ-1) = nR(T2-T1)/(ϒ-1), d’où (T2-T1)=W (ϒ-1)/nR =7200000 0,33/(55555 8,31) = 5,14°K, d’où T2=298,14°K.Assuming adiabatic compression with ϒ= 1.330 for H 2 O at 20°C considered as an ideal gas, the work is W = (P 2 V 2 -P 1 V 1 )/( ϒ-1) = nR (T 2 -T 1 )/(ϒ-1), hence (T 2 -T 1 )=W (ϒ-1)/nR =7200000 0.33/(55555 8.31) = 5.14° K, hence T 2 =298.14°K.

Par P2=P1 , on obtient P2-P1= P1( .-1) = 168 Pa d’où h= P/ρg= 1,86 cm avec à ρ = 920 kg/m3pour un fluide oléagineux.By P 2 =P 1 , we obtain P 2 -P 1 = P 1 ( .-1) = 168 Pa, hence h= P/ρg= 1.86 cm with at ρ = 920 kg/m 3 for an oleaginous fluid.

Pour un rayon R = 1 m, la figure 11 montre qu’un compresseur incliné de 10° doit mesurer une longueur d’environ 5,9 m pour répondre au besoin. Le volume des cloches étant délicat à évaluer, il a été minoré par celui d’un cône elliptique πabh/3 inscrit à l’intérieur de la cloche. Une étude géométrique montre qu’on optimise la cylindrée en augmentant le nombre de surfaces hélicoïdales entrelacées n’interférant pas mutuellement entre elles, avec une solution suggérée à 12 surfaces hélicoïdales. Un nombre plus grand de surfaces hélicoïdales serait encore plus favorable, au prix d’une complexité de construction accrue, écartée à ce stade. Dans ce cas, avec un pas p/r = 3,1, les cloches occupent une hauteur de 0,284 m pour 1,22 m de face et 5,44 m de profondeur, soit un volume unitaire de 0,49 m3et un volume global de 5,92 m3. A titre d’exemple, un pas p/r = 1,45 offre un volume unitaire d’une cloche de 1,04 m3mais seulement 3 surfaces hélicoïdales peuvent être intégrées (3 x 1,04 < 12 X 0,49). Une vitesse de rotation de 120 tours/mn, soit 2 tours/s correspondant à une période de 0,5 s fournit un débit de 5,92/0,5=11,84 m3/s.For a radius R = 1 m, Figure 11 shows that a compressor inclined at 10° must measure a length of approximately 5.9 m to meet the requirement. The volume of the bells being difficult to evaluate, it was reduced by that of an elliptical cone πabh/3 inscribed inside the bell. A geometric study shows that displacement is optimized by increasing the number of interlaced helical surfaces that do not mutually interfere with each other, with a suggested solution of 12 helical surfaces. A greater number of helical surfaces would be even more favorable, at the cost of increased construction complexity, ruled out at this stage. In this case, with a pitch p/r = 3.1, the bells occupy a height of 0.284 m for 1.22 m in front and 5.44 m in depth, i.e. a unit volume of 0.49 m 3 and a overall volume of 5.92 m 3 . For example, a pitch p/r = 1.45 offers a unit volume of a bell of 1.04 m 3 but only 3 helical surfaces can be integrated (3 x 1.04 < 12 X 0.49) . A rotation speed of 120 revolutions/min, i.e. 2 revolutions/s corresponding to a period of 0.5 s provides a flow rate of 5.92/0.5=11.84 m 3 /s.

Le nombre de moles compressées par seconde est de P 2314*11,84/(8,31*293) = 11,25  moles/s ≈ 202 g/s=729 kg/h = 17,5 t/j.The number of moles compressed per second is of P 2314*11.84/(8.31*293) = 11.25 moles/s ≈ 202 g/s=729 kg/h = 17.5 t/d.

La différence d’enthalpie à la pression de 23 hPa, c’est-à-dire la chaleur latente d’évaporation et de condensation, étant d’environ 2455 kJ/kg, la puissance thermique échangée est de 497 kW =2455*0,202.The enthalpy difference at the pressure of 23 hPa, i.e. the latent heat of evaporation and condensation, being approximately 2455 kJ/kg, the thermal power exchanged is 497 kW = 2455*0.202 .

La longueur de l’échangeur cylindrique (34) de rayons externe et interne de 31 et 30 mm en cuivre (conductivité thermique λ=386 W m-1 K-1) nécessaire pour transférer 494 kW sous une différence de température de 5,14°K est L= Ln( ) = Ln(0,031/0,03) = 1,31 m. Un tube en aluminium (λ=204 W m-1 °K-1) nécessiterait 2,47 m. Ces ordres de grandeur indiquent que le dimensionnement de l’échangeur nécessaire est raisonnable.The length of the cylindrical heat exchanger (34) with external and internal radii of 31 and 30 mm in copper (thermal conductivity λ=386 W m -1 K -1 ) necessary to transfer 494 kW under a temperature difference of 5.14 °K is L= Ln( ) = Ln(0.031/0.03) = 1.31m. An aluminum tube (λ=204 W m -1 °K -1 ) would require 2.47 m. These orders of magnitude indicate that the dimensioning of the necessary exchanger is reasonable.

Extraction du dioxyde de carbone par liquéfactionExtraction of carbon dioxide by liquefaction

A l’aspiration, on conserve un rayon interne de 1 m et on choisit un rayon externe de 1,41 m ( ) pour obtenir que la couronne externe dispose d’une section de passage identique à celle du disque interne. Les cloches du compresseur de β=45°, p/r = 0,5 mesurent 1,38 m de face, 1 m de largeur et 0,256 m de haut, soit un volume minorant πabh/3 étendu à 12 cloches de 1,10 m3. La vitesse de 120 tr/mn permet d’obtenir un débit à l’aspiration de 2,22 m3/s ou 2220/22,4 = 99,1 moles/s. Les gaz aspirés étant typiquement composés de 20% de CO2et 80% de N2, on peut compter sur 0,44 m3/s de CO2et 1,78 m3/s de N2, soit avec une mole pour 0,0224 m3à 100 000 Pa respectivement 19,64 et 79,46 moles/s ou 0,86 et 2,23 kg/s (masses molaires de 44 g et 28 g), soit 75 tonnes de CO2par jour.On suction, we keep an internal radius of 1 m and we choose an external radius of 1.41 m ( ) to obtain that the external crown has a passage section identical to that of the internal disc. The bells of the compressor of β=45°, p/r = 0.5 measure 1.38 m across, 1 m wide and 0.256 m high, i.e. a lower volume πabh/3 extended to 12 bells of 1.10 m 3 . The speed of 120 rpm makes it possible to obtain a suction flow rate of 2.22 m 3 /s or 2220/22.4 = 99.1 moles/s. As the aspirated gases are typically composed of 20% CO 2 and 80% N 2 , one can count on 0.44 m 3 /s of CO 2 and 1.78 m 3 /s of N 2 , i.e. with one mole for 0.0224 m 3 at 100,000 Pa respectively 19.64 and 79.46 mol/s or 0.86 and 2.23 kg/s (molar masses of 44 g and 28 g), i.e. 75 tons of CO 2 per day .

Pour obtenir en sortie du seizième sous-compresseur une pression de 5,7291 MPa, chaque sous-compresseur génère des surpressions de 351 819 Pa, c’est-à-dire que la différence de niveau P/ρg de la barytine d’une masse volumique de 2500 kg/m3est de 14,345 m (5 729 100 -100 000)/(16*9,81*2500). La section de chaque sous-compresseur étant inversement proportionnelle à sa pression, le dernier étage dispose d’un rayon interne de 13 cm et d’un rayon externe de 19 cm. Cette caractéristique est intéressante en termes de résistance des matériaux, une enceinte résistant à une forte pression étant plus facile à obtenir pour un faible diamètre.To obtain at the output of the sixteenth sub-compressor a pressure of 5.7291 MPa, each sub-compressor generates overpressures of 351,819 Pa, i.e. the level difference P/ρg of the barite of a density of 2500 kg/m 3 is 14.345 m (5,729,100 -100,000)/(16*9.81*2500). The section of each sub-compressor being inversely proportional to its pressure, the last stage has an internal radius of 13 cm and an external radius of 19 cm. This characteristic is advantageous in terms of the resistance of the materials, an enclosure resistant to high pressure being easier to obtain for a small diameter.

Isotherme : puissance = RT Ln(Pb/Pa)Isotherm: power = RT Ln(Pb/Pa)

Les 19,64 moles par seconde de CO2qui ne vont pas participer à la décompression ont consommé 193,611 kW pour être comprimées de 100 000 Pa à 5 729 100 Pa. Pour respecter le caractère isotherme de la compression du dioxyde de carbone, la même quantité de 193,11 kW doit être évacuée par la cheminée. Cette puissance développée pendant une heure permet de produire 3,11 t. Il faut donc 62,2 kWh par tonne. A 0,05€ le kWh, le coût minimal de compression de la tonne de dioxyde de carbone liquéfiée est de 3,11€/t.The 19.64 moles per second of CO 2 which will not take part in the decompression consumed 193.611 kW to be compressed from 100,000 Pa to 5,729,100 Pa. To respect the isothermal nature of the compression of carbon dioxide, the same quantity of 193.11 kW must be evacuated through the chimney. This power developed for one hour makes it possible to produce 3.11 t. It therefore takes 62.2 kWh per tonne. At €0.05 per kWh, the minimum compression cost for a tonne of liquefied carbon dioxide is €3.11/t.

La chaleur latente de condensation est de 152,00 kJ/kg. Avec un débit de 0,86 kg/s, la puissance nécessaire à évacuer est de 131 kW.The latent heat of condensation is 152.00 kJ/kg. With a flow rate of 0.86 kg/s, the power required to evacuate is 131 kW.

Au bilan, la cheminée doit :On balance, the chimney must:

  • refroidir les gaz entrants dont la température est inconnue jusqu’à la température la plus basse possible,cool the incoming gases whose temperature is unknown to the lowest possible temperature,
  • absorber les 193 kW de compression du dioxyde de carbone qui ne sont compensés par aucune décompression,absorb the 193 kW of carbon dioxide compression which is not compensated by any decompression,
  • absorber les 131 kW nécessaires à la condensation,absorb the 131 kW required for condensation,
  • participer aux échanges thermiques entre l’azote en cours de compression et l’azote en cours de décompression,participate in the heat exchange between the nitrogen during compression and the nitrogen during decompression,

La figure 17 n’est qu’une illustration de configuration, d’autres configurations peuvent se révéler meilleures en fonction des flux thermiques impliqués, en particulier celui des gaz entrants.Figure 17 is only a configuration illustration, other configurations may be better depending on the heat fluxes involved, especially that of the incoming gases.

Moteur thermiqueThermal motor

A l’aspiration, on utilise un rayon interne de 0,1 m et on choisit un rayon externe de 0,163 m comme illustré figure 22 et calculé plus bas pour éviter que les gaz chauffés puis dilatés par la décompression ne sortent de leur cloche. On choisit k=5 pour avoir une longueur totale de 1,57 m, soit un dénivelé de 1,11 m (1,57/ ). Soixante cloches (5 x 12) sont donc simultanément en décompression. Les cloches du compresseur de β=45°, p/r = 0,5 mesurent 0,138 m de face, 0,1 m de largeur et 0,0256 m de haut, soit un volume minorant πabh/3 de 92,5 cm3contenant 4,12 10-3mole dans les conditions normales. Les 12 cloches occupent un volume de 1,1 litre. La vitesse de 300 tr/mn permet d’obtenir un débit à l’aspiration de 5,5 l/s ou 5,5/22,4 = 0,25 moles/s = .On suction, an internal radius of 0.1 m is used and an external radius of 0.163 m is chosen as illustrated in figure 22 and calculated below to prevent the gases heated and then expanded by decompression from coming out of their bell. We choose k=5 to have a total length of 1.57 m, i.e. a height difference of 1.11 m (1.57/ ). Sixty bells (5 x 12) are therefore simultaneously in decompression. The bells of the compressor of β=45°, p/r = 0.5 measure 0.138 m across, 0.1 m wide and 0.0256 m high, i.e. a volume reducing πabh/3 by 92.5 cm 3 containing 4.12 10 -3 mole under normal conditions. The 12 bells occupy a volume of 1.1 liters. The speed of 300 rpm makes it possible to obtain a suction flow rate of 5.5 l/s or 5.5/22.4 = 0.25 mol/s = .

La puissance thermique pour augmenter la température de 50°C est CvΔT avec Cv = R/(ϒ-1) et ϒ=1,4 pour l’oxygène et l’azote de l’air diatomiques, soit 260 W.The thermal power to increase the temperature by 50°C is CvΔT with Cv = R/(ϒ-1) and ϒ=1.4 for diatomic oxygen and nitrogen in air, i.e. 260 W.

Comme illustré figures 21 et 22, sous l’effet de la descente de la cloche, les 92,5 cm3de gaz à 293°K en cours de compression de Ph=100000 Pa à Pb = 110000 Pa vont s’échauffer en étant adiabatiquement comprimés à Tb= Th = 301,1°K. Le nouveau volume est :As illustrated in figures 21 and 22, under the effect of the lowering of the bell, the 92.5 cm3of gas at 293°K during compression of Ph=100000 Pa to Pb = 110000 Pa will heat up by being adiabatically compressed at Tb= Th = 301.1°K. The new volume is:

Vb= Vh =86,4 cm3.V b = V h =86.4 cm 3 .

Après avoir été chauffées de 50° jusqu’à T’b= 351,1°K, les 4,12 10-3moles à la pression Pboccupent un volume de V’b=VbT’b/Tb= 100 ,7 cm3.After being heated from 50° to T' b = 351.1°K, the 4.12 10 -3 moles at pressure P b occupy a volume of V' b =V b T' b /T b = 100.7 cm 3 .

Pour notre calcul, ces 4,12 10-3moles dans leurs 60 cloches vont se décomprimer jusqu’à Ph. Chacune des 60 cloches est à une pression Pi, Piétant régulièrement réparti entre Pbet Phavec Pi= Pb+ (Pb-Ph)/120 - i (Pb-Ph)/60.For our calculation, these 4.12 10 -3 moles in their 60 bells will decompress to P h . Each of the 60 bells is at a pressure P i , P i being regularly distributed between P b and P h with P i = P b + (P b -P h )/120 - i (P b -P h )/60.

On notera qu’à pression Piidentique, le volume gazeux de la cloche de compression et celui de la cloche de décompression sans chauffage sont identiques et baptisés Vi. Pour chaque cloche en décompression, il faut comparer le volume avec chauffage V’iet sans chauffage Vi, soit :It will be noted that at identical pressure P i , the gaseous volume of the compression bell and that of the decompression bell without heating are identical and called V i . For each bell in decompression, it is necessary to compare the volume with heating V' i and without heating V i , that is:

Vi= Vb et V’i= V’b La différence ΔVigénère un moment ΔViΔρ g l. Conformément à la figure 22, on prendra un bras de levier l de 5 cm. Δρ correspond à la différence entre la masse volumique du liquide et celle du gaz de 1000 kg/m3 : selon le principe d’Archimède, la poussée est égale au poids du volume liquide déplacé. Un autre point de vue est d’observer que sans chauffage, les moments des cloches en compression et en décompression sont opposés ; avec le chauffage, l’équilibre est rompu avec une quantité de liquide en plus du côté compresseur. La somme des moments multipliée par la vitesse angulaire fournit la puissance disponible.V i = V b and V' i = V' b The difference ΔV i generates a moment ΔV i Δρ g l. In accordance with figure 22, we will take a lever arm l of 5 cm. Δρ corresponds to the difference between the density of the liquid and that of the gas of 1000 kg/m 3 : according to Archimedes' principle, the thrust is equal to the weight of the displaced liquid volume. Another point of view is to observe that without heating, the moments of the bells in compression and in decompression are opposed; with heating, the balance is broken with a quantity of liquid in addition to the compressor side. The sum of the moments multiplied by the angular velocity gives the available power.

L’application numérique des 60 cloches en décompression entre 1100 et 1000 hPa montre sans chauffage une dilatation de 86,4 à 92,5 cm3, avec 50°K de chauffage de 100,8 à 107,8 cm3, une différence de volume de 14,4 à 15,3 cm3, un refroidissement de 351°K à 341,7°K.The numerical application of the 60 bells in decompression between 1100 and 1000 hPa shows without heating an expansion of 86.4 to 92.5 cm 3 , with 50°K of heating from 100.8 to 107.8 cm 3 , a difference of volume from 14.4 to 15.3 cm 3 , cooling from 351°K to 341.7°K.

Les moments de chaque cloche varient de 7,0 à 7,5 10-3N.m, avec une somme à 0,44 N.m. Avec une vitesse de rotation de 5 tr/s = 31,4 rad/s, la puissance totale est de 13,7 W. Le rendement de 13,7/260 est de 5,3%.The moments of each bell vary from 7.0 to 7.5 10 -3 Nm, with a sum at 0.44 Nm With a rotational speed of 5 rpm = 31.4 rad/s, the total power is 13.7 W. The efficiency of 13.7/260 is 5.3%.

Les cloches de décompression doivent être assez grandes pour recueillir tous les gaz. Si on dimensionne le moteur thermique pour une différence de 200°K, le volume en sortie du décompresseur est de 153,9 cm3, soit une augmentation de volume et donc de surface par rapport au volume initial en entrée de compresseur de 1,7, soit un rayon externe de 0,10 =0,163 m.Decompression bells must be large enough to collect all gases. If the heat engine is sized for a difference of 200°K, the volume at the outlet of the decompressor is 153.9 cm 3 , i.e. an increase in volume and therefore in surface area compared to the initial volume at the compressor inlet of 1.7 , i.e. an external radius of 0.10 =0.163m.

L’application numérique avec un rotor interne de 1 m de rayon pour k=1 indique une puissance de 2,6 kW et un rendement de 1%.The numerical application with an internal rotor of 1 m radius for k=1 indicates a power of 2.6 kW and an efficiency of 1%.

Pour mémoire, Il est possible de quasi-proportionnellement augmenter la puissance disponible et le rendement en multipliant les étages selon le principe de la figure 16, la limite provenant de la réduction progressive des écarts en température et en volume des cloches à la même pression.As a reminder, it is possible to almost proportionally increase the available power and the efficiency by multiplying the stages according to the principle of figure 16, the limit coming from the progressive reduction of the differences in temperature and volume of the bells at the same pressure.

Déshumidification parDehumidification by décompression au-delà du point de roséedecompression beyond the dew point

L’exemple d’une masse d’air à la pression de 1013 hPa à 30°C et 30% d’humidité relative procure l’ordre de grandeur du cas d’une atmosphère pauvre en humidité (le Sahara septentrional dispose de 20 % à 30 % d’humidité en été et 50 % à 60 % en janvier). La formule de Gustav Magnus-Tetens Tr= (0,9 T-112) +0,1 T – 112 (température T et température de rosée Tr en degrés Celsius, H humidité relative) donne une température de rosée à 10,6°C. L’émagramme de la figure 24 indique que le rapport de mélange est alors de 7,5 g d’eau par kilogramme d’air et que la condensation débute à la pression de 800 hPa (environ 2000 m en atmosphère standard) avec une température de 7°C. Cet émagramme est simplifié dans la mesure où les adiabatiques, à faible courbure, sont par commodité représentées par des droites. La détente jusqu’à 500 hPa (environ 5600 m) selon l’adiabatique humide conduit à un rapport de mélange de 2,2 grammes de vapeur d’eau par kilogramme d’air, c’est-à-dire que 7,5-2,2 = 5,3 grammes d’eau par kilogramme d’air se sont condensés et sont disponibles à l’extraction par centrifugation. Mais la température de cette masse d’air est de -16°C à 500 hPa, pour un point de rosée de -7°C à 1013 hPa avec une température d’environ 43°C.The example of an air mass at a pressure of 1013 hPa at 30°C and 30% relative humidity provides an order of magnitude for the case of an atmosphere low in humidity (the northern Sahara has 20% 30% humidity in summer and 50% to 60% in January). The Gustav Magnus-Tetens formula T r = (0.9 T-112) +0.1 T – 112 (temperature T and dew temperature Tr in degrees Celsius, H relative humidity) gives a dew temperature of 10.6°C. The emagram in Figure 24 indicates that the mixing ratio is then 7.5 g of water per kilogram of air and that condensation begins at a pressure of 800 hPa (about 2000 m in a standard atmosphere) with a temperature 7°C. This emagram is simplified insofar as the adiabats, with low curvature, are for convenience represented by straight lines. Expansion up to 500 hPa (about 5600 m) according to the wet adiabatic leads to a mixing ratio of 2.2 grams of water vapor per kilogram of air, i.e. 7.5 -2.2 = 5.3 grams of water per kilogram of air has condensed and is available for centrifugal extraction. But the temperature of this air mass is -16°C at 500 hPa, for a dew point of -7°C at 1013 hPa with a temperature of about 43°C.

On peut craindre que le calorifugeage ne soit pas capable de permettre une décompression adiabatique humide jusqu’à -16°C : la paroi réelle de chaque cloche virtuelle entre en contact avec le liquide du gradient de compression à chaque révolution. Le contenu des cloches virtuelles se réchauffera alors au contact de ladite paroi, les échanges ne seront pas parfaitement adiabatiques et on peut admettre l’hypothèse d’une température finale de décompression à 500 hPa de -16°C par -10°C. Le rapport de mélange est dans ce cas de 3,5 grammes par kilogramme, soit 7,5- 3,5 = 4 grammes par kilogramme disponibles à l’extraction par centrifugation. Avec 2,22 m3/s de débit d’air et une masse volumique de l’air à 1,225 kg/m3, on obtient une production de 940 kilogrammes par jour. En fin de compression adiabatique, la température à la pression de 1013 hPa est de 50°C. Pour mémoire, un taux d’humidité de 60% dans les mêmes conditions produirait un débit de 2937 kilogrammes par jour.It may be feared that the insulation is not capable of allowing wet adiabatic decompression down to -16°C: the real wall of each virtual bell comes into contact with the liquid of the compression gradient at each revolution. The content of the virtual bells will then heat up in contact with said wall, the exchanges will not be perfectly adiabatic and we can accept the hypothesis of a final decompression temperature at 500 hPa of -16°C by -10°C. The mixing ratio in this case is 3.5 grams per kilogram, ie 7.5-3.5=4 grams per kilogram available for extraction by centrifugation. With 2.22 m 3 /s of air flow and an air density of 1.225 kg/m 3 , a production of 940 kilograms per day is obtained. At the end of adiabatic compression, the temperature at the pressure of 1013 hPa is 50°C. For the record, a humidity level of 60% under the same conditions would produce a throughput of 2937 kilograms per day.

Les faibles quantités d’eau produites correspondent à la sècheresse de l’atmosphère utilisée ; dans ces régions souvent dépourvues de couverture nuageuse, l’abondance de l’énergie solaire peut compenser la faiblesse de la production et justifier l’investissement. La mise en œuvre du moteur thermique décrit dans la présente invention améliorerait le rendement en utilisant la chaleur rejetée par le compresseur.The small amounts of water produced correspond to the dryness of the atmosphere used; in these regions often devoid of cloud cover, the abundance of solar energy can compensate for the low production and justify the investment. Implementation of the heat engine described in the present invention would improve efficiency by using the heat rejected by the compressor.

On peut également remarquer le faible gain obtenu par une décompression au-delà de 500 hPa, la limite du calorifugeage à -10°C constitue la principale entrave à la production.We can also notice the low gain obtained by a decompression beyond 500 hPa, the limit of insulation at -10°C constitutes the main obstacle to production.

Bouée à axe obliqueOblique axis buoy

On peut concevoir un compresseur de 0,1 m de rayon dont les douze cloches auraient une capacité de de 1,1 litre. Le choix de k=5 permettrait de comprimer l’air jusqu’à une profondeur de 1 m. Selon la vitesse du courant, la taille et le pas des pales (80), la qualité des joints tournants pour l’amarrage, une vitesse de 3 tours par seconde semble possible. 3,3 litres par seconde à 1 m d’immersion correspond à une puissance de d h ρ g = 32 W, ce qui semble cohérent pour une petite hydrolienne.We can design a compressor with a radius of 0.1 m whose twelve bells would have a capacity of 1.1 liters. Choosing k=5 would compress air to a depth of 1 m. Depending on the speed of the current, the size and pitch of the blades (80), the quality of the rotating joints for mooring, a speed of 3 revolutions per second seems possible. 3.3 liters per second at 1 m of immersion corresponds to a power of d h ρ g = 32 W, which seems consistent for a small tidal turbine.

Invention susceptible d’application industrielleInvention capable of industrial application

Le compresseur à siphons hélicoïdaux sera composé de viroles illustrées figure 9 constituées de deux assemblages de surfaces hélicoïdales de sens opposé chacun soudé selon leurs rayons maximaux (5) et (17) de la figure 8 sur deux cylindres. Les surfaces hélicoïdales, dans lesquelles les dalots sont percés, sont soudées au cylindre de rayon (16) pour solidariser les deux assemblages. Chaque virole disposera de couronnes d’assemblage en parties supérieure et inférieure (18) non représentées permettant d’associer mécaniquement deux viroles entre elles et de garantir leur étanchéité par un joint entre chaque paire de virole. Avec un rayon (5) de 1 m, chaque virole selon le pas p=r/2 aura une hauteur de 3,14 m. Les surfaces hélicoïdales sont des surfaces développables, c’est-à-dire qu’on peut les obtenir à partir d’une tôle plane qui sera mise en forme hélicoïdale. Pour un rayon (5) de 1 m, les soudages feront appel à des outils de guidage hélicoïdaux pour positionner l’outil de soudage. Le canal central (14) sera obtenu par l’usinage initial de la tôle plane mise en forme. Pour des rayons (5) plus petits, les viroles pourront être obtenues par des imprimantes en trois dimensions.The helical siphon compressor will be composed of shrouds illustrated in FIG. 9 consisting of two assemblies of helical surfaces of opposite direction, each welded according to their maximum radii (5) and (17) in FIG. 8 on two cylinders. The helical surfaces, in which the scuppers are drilled, are welded to the radius cylinder (16) to secure the two assemblies. Each ferrule will have assembly crowns in the upper and lower parts (18), not shown, making it possible to mechanically associate two ferrules with each other and to guarantee their tightness by a seal between each pair of ferrules. With a radius (5) of 1 m, each ring according to the pitch p=r/2 will have a height of 3.14 m. Helical surfaces are developable surfaces, i.e. they can be obtained from a flat sheet which will be shaped into a helical shape. For a radius (5) of 1 m, the welds will use helical guide tools to position the welding tool. The central channel (14) will be obtained by the initial machining of the shaped flat sheet. For smaller radii (5), the ferrules can be obtained by three-dimensional printers.

Quand la hauteur de compresseur à rayon hélicoïdal nécessaire ne correspond pas à un nombre entier de hauteur de virole, la dernière virole peut sans dommage être composée d’une fraction de virole ne disposant pas de sections supérieures et inférieures (18) identiques.When the height of the helical radius compressor required does not correspond to an integer number of shell heights, the last shell can without damage be composed of a fraction of the shell which does not have identical upper and lower sections (18).

L’échangeur thermique du bouilleur isotherme constitue par sa partie interne un condenseur dont le fonctionnement est amélioré par des plaques radiatrices (48). La faible différence de pression permet d’utiliser une feuille de cuivre mise en forme et soudée à l’étain. Tel n’est pas le cas du condenseur de l’extracteur de dioxyde de carbone qui doit résister à une différence de pression de 5,6 MPa, un tuyau de cuivre classique sera dans ce cas retenu.
The heat exchanger of the isothermal boiler constitutes by its internal part a condenser whose operation is improved by radiating plates (48). The low pressure difference makes it possible to use a shaped and tin-soldered copper foil. This is not the case with the condenser of the carbon dioxide extractor which must withstand a pressure difference of 5.6 MPa, a conventional copper pipe will be used in this case.

Claims (10)

Compresseur à siphons hélicoïdaux, utilisé en tant que bouilleur isotherme, extracteur de dioxyde de carbone, moteur thermique, déshumidificateur par décompression au-delà du point de rosée ou bouée à axe oblique,caractériséen ce qu’il comprend des cloches en translation déterminées en premier lieu par une paroi cylindrique (5) de rayon R1, en deuxième lieu par un canal cylindrique central (4) de rayon R0, en troisième lieu par une paroi hélicoïdale entre le canal central (4) et la paroi (5), en quatrième lieu par une surface horizontale à l’intérieur d’une ligne de niveau (7) appuyée sur le point supérieur (7’) de l’intersection entre le canal central et la paroi hélicoïdale et en dernier lieu par l’inclinaison du cylindre (5) et du canal central (4) par rapport à l’horizontale, d’autre part par le positionnement d’un dioptre gaz-liquide (3) répartissant lesdites cloches en translation entre des cloches d’aspiration et des cloches de compression : au-dessus du dioptre (3), les cloches d’aspiration sont pleines de gaz, une rotation du compresseur les translate vers le bas jusqu’à ce que la ligne de niveau (7) atteigne le dioptre (3) et isole les poches de gaz qu’elles contiennent ; au-dessous du dioptre (3), lesdites poches de gaz isolées par les cloches en translation subissent le gradient de pression de la colonne de liquide sous le dioptre (3) par l’intermédiaire de la surface à l’intérieur de la ligne de niveau (7) et sont comprimées en conséquence.Helical siphon compressor, used as an isothermal boiler, carbon dioxide extractor, heat engine, dehumidifier by decompression beyond the dew point or buoy with oblique axis, characterized in that it comprises bells in translation determined in firstly by a cylindrical wall (5) of radius R 1 , secondly by a central cylindrical channel (4) of radius R 0 , thirdly by a helical wall between the central channel (4) and the wall (5) , fourthly by a horizontal surface inside a level line (7) resting on the upper point (7') of the intersection between the central channel and the helical wall and lastly by the inclination of the cylinder (5) and of the central channel (4) with respect to the horizontal, on the other hand by positioning a gas-liquid interface (3) distributing said bells in translation between suction bells and bells compression: above the diopter (3), the suction bells are full of gas, a rotation of the compressor translates them downwards until the level line (7) reaches the diopter (3) and isolates the gas pockets they contain; below the diopter (3), said pockets of gas isolated by the bells in translation undergo the pressure gradient of the column of liquid under the diopter (3) via the surface inside the line of level (7) and are compressed accordingly. Compresseur à siphons hélicoïdaux selon la revendication 1, utilisé en tant que bouilleur isotherme, extracteur de dioxyde de carbone, moteur thermique, déshumidificateur par décompression au-delà du point de rosée ou bouée à axe oblique,caractériséen ce que le canal central (4) de rayon R0introduisant d’une part à l’intérieur des cloches en translation le liquide compensant la variation de volume des gaz comprimés et permettant d’autre part de s’affranchir de la position du dioptre (3) par rapport aux extrémités (6) du compresseur.Helical siphon compressor according to Claim 1, used as an isothermal boiler, carbon dioxide extractor, heat engine, dehumidifier by decompression above the dew point or oblique axis buoy, characterized in that the central channel (4 ) of radius R 0 introducing on the one hand inside the bells in translation the liquid compensating for the variation in volume of the compressed gases and making it possible on the other hand to overcome the position of the interface (3) with respect to the ends (6) of the compressor. Compresseur à siphons hélicoïdaux selon les revendications 1 et 2 utilisé en tant que bouilleur isotherme, extracteur de dioxyde de carbone, moteur thermique, déshumidificateur par décompression au-delà du point de rosée ou bouée à axe oblique,caractériséen ce qu’il comporte un rotor à flottabilité nulle quand toutes les cloches en translation sont nominalement remplies de gaz afin que les frottements soient réduits à ceux que la viscosité génère.Helical siphon compressor according to Claims 1 and 2, used as an isothermal boiler, carbon dioxide extractor, heat engine, dehumidifier by decompression above the dew point or an oblique axis buoy, characterized in that it comprises a rotor at zero buoyancy when all bells in translation are nominally filled with gas so that friction is reduced to that generated by viscosity. Compresseur à siphons hélicoïdaux selon les revendications 1 à 3 utilisé en tant que bouilleur isotherme, extracteur de dioxyde de carbone ou déshumidificateur par décompression au-delà du point de roséecaractériséen ce qu’il comprend des bretelles thermiques (34) ou « x’’ » - « x’’’ » (« x » entre « a » et « p ») ou (77) rapprochant des flux à différentes températures tout en les séparant par une cloison thermiquement conductrice.Helical siphon compressor according to claims 1 to 3 used as an isothermal boiler, carbon dioxide extractor or dehumidifier by decompression above the dew point characterized in that it comprises thermal suspenders (34) or 'x''” - “x'''” (“x” between “a” and “p”) or (77) bringing flows together at different temperatures while separating them by a thermally conductive partition. Compresseur à siphons hélicoïdaux selon les revendications 1 à 4 utilisé en tant que extracteur de dioxyde de carbone, moteur thermique ou déshumidificateur par décompression au-delà du point de rosée,caractériséen qu’il associe solidairement deux couches de surfaces hélicoïdales de sens opposés permettant la compression et la décompression simultanée de deux flux de gaz.Helical siphon compressor according to Claims 1 to 4 used as a carbon dioxide extractor, heat engine or dehumidifier by decompression beyond the dew point, characterized in that it integrally associates two layers of helical surfaces of opposite directions allowing simultaneous compression and decompression of two gas streams. Compresseur à siphons hélicoïdaux selon l’une des revendications 1 à 3 utilisé en tant que extracteur de dioxyde de carbone et moteur thermique,caractériséen ce qu’il est segmenté en sous-compresseurs progressivement pressurisés afin de réduire l’encombrement global du dispositif et de transmettre les mouvements d’entraînement sans aucun dispositif d’étanchéité.Helical siphon compressor according to one of Claims 1 to 3 used as a carbon dioxide extractor and heat engine, characterized in that it is segmented into progressively pressurized sub-compressors in order to reduce the overall size of the device and to transmit the drive movements without any sealing device. Tube en « U » inversé abritant un compresseur à siphons hélicoïdaux selon les revendications 1 à 3 et utilisé en tant que bouilleur isotherme,caractériséen ce que les branches du « U » inversé sont remplies inégalement (24) et (25) en raison de l’emploi dans une desdites branches d’une couche de liquide (huile alimentaire) à la densité légèrement inférieure à celle de l’eau salée de l’autre branche mais à la pression de vapeur saturante largement inférieure à celle de ladite eau salée, ladite couche d’huile alimentaire empêchant l’évaporation de l’eau désalinisée au-dessus de laquelle elle se trouve.Inverted "U" tube housing a helical siphon compressor according to claims 1 to 3 and used as an isothermal boiler, characterized in that the branches of the inverted "U" are filled unequally (24) and (25) due to the use in one of said branches of a layer of liquid (edible oil) with a density slightly lower than that of the salt water of the other branch but with a saturation vapor pressure much lower than that of the said salt water, said layer of edible oil preventing the evaporation of the desalinated water above which it is located. Evaporateur-condenseur alimenté par un compresseur à siphons hélicoïdaux selon l’une des revendications 1 à 4 et 7 et utilisé en tant que bouilleur isotherme,caractériséen qu’il comprend une enceinte démontable dans laquelle se trouve un échangeur thermique (34), des plaques radiatrices (42) à l’intérieur de l’échangeur thermique (34) permettant au flux thermique entre l’intérieur et l’extérieur dudit échangeur de contourner l’écran que constitue l’eau condensée dans sa partie inférieure (41) et donc d’augmenter ledit flux thermique.Evaporator-condenser fed by a helical siphon compressor according to one of Claims 1 to 4 and 7 and used as an isothermal boiler, characterized in that it comprises a removable enclosure in which there is a heat exchanger (34), radiating plates (42) inside the heat exchanger (34) allowing the heat flow between the inside and the outside of said exchanger to bypass the screen formed by the condensed water in its lower part (41) and therefore to increase said heat flux. Compresseur à siphons hélicoïdaux selon les revendications 1 à 6 utilisé en tant que bouilleur isotherme, extracteur de dioxyde de carbone, moteur thermique et déshumidificateur par décompression au-delà du point de rosée,caractériséen ce qu’il comprend des déflecteurs, feuillures fixes ou tournantes (15), (62), (63), (66), (67) de guidage des flux gazeux au sein du liquide ou de séparation entre différents gaz.Helical siphon compressor according to Claims 1 to 6, used as an isothermal boiler, carbon dioxide extractor, heat engine and dehumidifier by decompression above the dew point, characterized in that it comprises baffles, fixed rabbets or rotating (15), (62), (63), (66), (67) for guiding the gaseous flows within the liquid or for separating different gases. Compresseur à siphons hélicoïdaux selon les revendications 1 à 3 utilisé en tant que bouée à axe oblique,caractérisé en ce qu’il comprend un flotteur dont le flotteur permet au compresseur de flotter et de tourner librement avec une inclinaison déterminée, notamment 45°; ledit profil est alors déterminé par R(γ) respectant R(γ0)²(γ0-sin(2γ0)/2)=R(γ)²(γ-sin(2γ)/2), γ étant un paramètre implicite variant entre γoet γmin.Helical siphon compressor according to claims 1 to 3 used as an oblique axis buoy,characterized in that it comprises a float, the float of which allows the compressor to float and rotate freely with a determined inclination, in particular 45°; said profile is then determined by R(γ) respecting R(γ0)²(γ0-sin(2γ0)/2)=R(γ)²(γ-sin(2γ)/2), γ being an implicit parameter varying between γohand γmin.
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GB225568A (en) * 1923-11-28 1925-04-16 Cfcmug An improved rotary fluid meter or compressor
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