<Desc/Clms Page number 1>
" Méthode de chauffage par l'air et appareil pour sa réalisation " .-
La présente invention a pour but de rendre pratiquement utilisa- ble la chaleur qui est disponible dans des cycles de transformation!) de fluides tels que cette chaleur soit notablement supérieure à 1: équivalent calorifique de l'énergie dépensée, permettant ainsi d'ob. tenir un chauffage avec une consommation d'énergie, électrique par exemple, plusieurs fois ( à b fois ) plus faible que celle consom. mée dans des appareils à résistance pour une même quantité de cha- leur produite .
De tels cycles sont analogues notamment aux cycles de fonctionnes ment de certaines machines frigorifiques car la chaleur disponible au cours du cycle ne peut 'être supérieure à l'énergie dépensée que s'il y a eu refroidissement du milieu extérieur d'où un effet fri- gorifique lié à l'effet calorifique .
Les machines construites en vue de produire cet effet frigorifique dégagent donc de la chaleur, mais celle-ci est inutilisable parce que, par construction, elle est produite à température aussi basse que possible ( 25 environ en général) .Dans le cas où l'on songerait à modifier le fonctionne,
<Desc/Clms Page number 2>
-ment de ces machines pour rendre utilisable cette chaleur, l'é- change avec l'extérieur devant N'effectuer par l'intermédiaire de radiateurs, par exemple, on serait amené, pour réaliser un chauffa- ge efficace, tout en conservant à ces appareils des dimensions ac- ceptables, à prenre pour température maximum du cycle une tempé- rature élevée, de même que lton devrait choisir pour température minimum une température suffisamment basse.
Il s'ensuivrait que le rendement théorique de la machine, qui varie en raison inverse de l'écart des températures maximum et minimum, se trouverait, de ce fait, très abaissé . En outre, un tel écart de température rend im- possible ltemploi de maahines frigorifiques du type courant à éva- poration en raison du fait que la variation de volume ou de pres- sion nécessaire pour une tel écart devient pratiquement irréalisa- ble .
En vue de permettre l'obtention, par des cycles de transfor- mations de ce genre, de chaleur pratiquement utilisable, l'inven- tion a pour objet une méthode permettant notaient de réduire l'é- cart de température qui détermine le rendement, et se caractèrixant dans ce but, en ce que l'on utilise l'air comme fluide mie en jeu au cours du cycle, et après échauffement comme agent de chauffage, ce qui permet de se servir de sa chaleur en l'évacuant directement dans l'atmosphère qu'il chauffera par mélange, et en ce que l'on fait subir à l'air de préférence humidifié en vue d'augmenter sa capacité oalorifique, un cycle de transformations telles qu'il se trouve à la pression atmosphérique, ou à une pression voisine,
à l'état le plus chaud et à l'état le plus froid atteinte au cours an cours du cycle de transformations, le cycle utilisé de préféren ce, étant décrit ci-après .
Cette méthode d'utilisation, outre la réduction de l'écart de température, présente les avantages suivants pour la production de chaleur :a) la présence d'eau dans l'air améliore le rendement
<Desc/Clms Page number 3>
calorifique alors qu'elle abaisse fortement le rendement frigorifi- que ; b) les pertes par frottement sont récuperées sous forme de chaleur .
L'invention a également pour objet un appareil pour la réali- sation de la méthode de chauffage sus-exposée, dont les caractèris- tiques apparaîtront dans la description qui suit, et qui est cons- titué- par un compresseur-détendeur du type rotatif à ailettes, spécialement adapté à la réalisation du chauffage par l'air par son aptitude à réaliser avec un faible encombrement et un bon rendement les gros débits d'air nécessaires, cette aptitude résultant de dis- positifs qui permettent de réduire à un glissement sans rotation le mouvement des ailettes, ainsi que des dispositifs diminuant le frottement des ailettes oontre l'organe tournant ou rotor.
Le oom- presseur-détendeur fonctionne en refoulant puis aspirant dans des capacités auxiliaires fixée dont l'air se trouve ainsi comprimé et détendu sans perte par frottement et déplacé ensuite pression constante . lltin de bien faire comprendre l'invention, et titre d'exem- ple de réalisation, une forme d'exécution est ci-après décrite et schématiquement représentée aux dessins annexés au présent Mémoire Descriptif; dans ces dessins :
Figure 1 représente un tracé, sur le diagramme entropique du cycle de transformations mis en oeuvre de préférence ;
Figure 2 est un schéma montrant la réalisation du cycle ABCD dans le compresseur détendeur rotatif à capacités auxiliaires ,
Figure 3 est un schéma montrant la réalisation du cycle com- plet de transformation dans le compresseur-détendeur rotatif ;dane les figures 2 et 3 les lettres minuscules correspondent aux majus- cules de la figure 1 .
Figure 4 est une vue en coupe transversale d'une forme d'exé- cution du compresseur-détendeur rotatif à capacités auxiliaires disposées à l'arrière du compresseur: ledit compresseur réalisant,
<Desc/Clms Page number 4>
à titre d'exemple, le cycle ABCD.
Figure 5 en est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne x-x de la figure 4, la capacité supérieure étant en période de com.. pression et la capacité inférieure en période de détente.
Figure 6 en est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne y-y de la figure 4, les capacités supérieure et inférieure étant mi- ses, par le distributeur rotatif en oommunioation l'une avec un é- changeur, l'autre avec l'atmosphère.
Figure 7 est une vue analogue à la figure 4 d'une variante d'exé- oution du compress-eur-détendeur rotatif 1 capacités auxiliaires,va- riante dans laouelle les capacités sont disposées à la périphérie du compresseur.
Figure 8 est une vue analogue la figure 5, de cette variante.
Figure 9 en étant une vue analogue à la figure 6.
La figure 1 représente, tracé sur le diagramme entropiaue, un oy- cle de fonctionnement s'appliquant particulièrement bien au chauffa- ge par l'air .
Dabs cette figure l'axe horizontal OS est l'axe des entropies et l'axe vertical OT celui des températures absolues; on voit que le cycle de fonctionnement comprend la compression adiabatique AB d'un poids P de fluide prélevé dans le local à chauffer, et par consé- quent à la pression atmosphérique, lequel fluide en fin de compres sion est évacué dans un échangeur on il subit un refroidissement BC pression constante,le fluide étant ensuite détendu suivant CD et évacué, lorsque détendu et froide hors du local à chauffer.
On utilise concurremment un nouveau poids p' de fluide extérieur, généralement égal à P, à la pression atmosphérique également et on lui fait su.. bir une détente A'B', après luoi il est évacue dans le susdit échan- geur pour subir un réchauffage B'C' à pression constante grâce la chaleur abandonnée par le fluide chaud suivant BC; puis il subit dabs le compresseur-détendeur une compression adiabatiue C'D'pour être finalement évacué, à la pression atmosphèrique, dans le local
<Desc/Clms Page number 5>
à chauffer .On voit donc que cycle complet se ferme par l'isobare
DD' correspondant à la pression atmosphérique .L'un des tracés
ABCD ou A'B'C'D' peut se réduire à l'isobare DD'.
En ce qui concerne le fluide que l'on soumet ce cycle de transformations physiques, celui-ci peut être de l'air sec, mais il est plus avantageux d'utiliser de l'air humidifie, étant donné que la capacité calorifique de,l'air se trouve accrue de ce fait dans de grandes proportions en raison de la chaleur absorbée par la va- porisation de l'eau au fur et à mesure de l'élévation de tempéra- ture .
L'eau ainsi mise en jeu décrit un cycle dont l'effet calo- rifique s'ajoute à celui de l'air, sans augmentation du volume de fluide mis en jeu ( loi de Dalton )
Ce cycle de transformation peut être réalisé avantageusement dans le compresseur-détendeur décrit ci-après, du genre des comprea seurs rotatifs à palettes connus, mais caractèrisés. par rapport à ces derniers, notamment en ce que les palettes n'ont plus aucun mouvement de rotation et en ce que les différentes sections de l' appareil, délimitées par le stator, le rotor et deux palettes con- sécutives et dont le volume varie d'une façon continue entre un maximum et un minimum, effectuent leur refoulement et leur aspira- tion dans des capacités auxiliaires correspondantes à volume cons- tant .
Dans ces figures 1 est le copps fixe ou stator de l'appareil, comportant une série de rainures radiales 2 dans lesquelles peu- vent glisser des palettes radiales 3 s'appuyant, de manière à as- surer l'étanchéité voulue sur un rotor 4 cylindrique dont l'axe 5 est excentré par rapport l'axe 6 du stator 1.
Le rotor 4 à axe 5 tourne autour de l'axe 6, en aorte que, pendant le mouvement de rotation du rotor 4, le volume d'une section comprise entre deux palettes consécutives varie constamment entre un maximum et un mi- les 'Palettes n'ayant. par suite,, aucun mouvement/ nimum de rotation, leurs mouvementse réduisant à de simples Elle- sements de va-et-vient alternatifs dans les rainures radiales 2
<Desc/Clms Page number 6>
du stator 1 ; ce qui présente l'avantage de supprimer l'effet de la force centrifuge qui s'exerce sur les palettes des compresseurs rotatifs ordinaires, et permet, par suite, de tourner à grande vi- tesse, d'ou possibilité de réaliser degros débits d'air avec un ap pareil de faibles dimensions .
En combinaison avec les organes sus-décrits, sont prévues des capacités auxiliaires fixes, en nombre égal aux sections du com- presseur-détendeur et en communication constante avec elles. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 4 à 6, ces capacités auxiliaires 7,7', 7",7''' etc ..... en nombre correspondant à ce- lui des sections variables du compresseur-détendeur, sont réali- nées, au moyen de cloisons fixes oompartimentant un prolongement arrière du stator 1.
Pour effectuer la mise en communication avec l'échangeur on a- vec l'atmosphère, au moment voulu, des capacités 7, on prévoit un distributeur tournant entraîné par le rotor 4 et constitué, par exemple, par un prolongement 4' du.dit rotor, l'ensemble étant é- vidé centralement de manière à constituer un conduit cylindrique 8 obturé par une partie formant disque plein 9 perpendiculaire son axe, ledit conduit 8 oomportant des lumières 10 et 10', 11 et 11' ( lesquelles peuvent être pourvues d'ailettes destinées don- ner au fluide une vitesse convenable en grandeur et direction),et étant intérieurement divisé en deux oompartiments par nne cloison diamétrale 12.On se rend compte, en examinant la figure 5 que la capacité supérieure 7, en périede de compression,
est maintenue close par le distributeur tournant 4' de même que la capacité in- férieure 7" en période de détente et, par l'examen de la figure 6 on voit ane la capacité supérieure 7' est mise en communication par les lumières 10 et 10' avec l'échangeur qui peut être de genre approprié quelconque ( à tubes à Plaque , etc....
à fonctionne- ment wontinu. on discontinu, à accumulation de chaleur par réserve d'eau etc ....) et dans lequel se rend le fluide comprimé chaud
<Desc/Clms Page number 7>
dans le sens indiqué par la flèche 13, en même tempe qu'est admis le fluide refroidi, à la même pression, Tenant de l'éohangeur sui- vant la flèche 14, une palettre ou séparateur- déplaoeur 15, arti- culée autour de son extrémité 16 et oscillant du fait du mouvement du fluide ou commandée par le mouvement du distributeur(par rai- nure hélicoïdale prévue sur celui-ci, par exemple ) assurant la séparation des fluides froid et chaud et l'évacuation de l'air com- primé ohaud à l'échangeur,
On voit également en figure 6 la capaci- té inférieure 7''' mise en communication avec l'atmosphère dans la- quelle est évacué, suivant la flèche 17, le fluide détendu et froid, qui est remplacé par du fluide neuf à la même pression (flè. ohe 18 ) .
En ce qui concerne les palettes 3, leurs déplacements radiaux doivent être commandés et on peut prévoir, à cet effet, une com- mande par pression de fluide en disposant autour du stator 1 une enveloppe à circulation d'huife ou autre fluide inconpressible ( ou compressible )en communication avec les rainures 2, le mouvement des palettes devenant alors automatique; on peut également les com- mander mécaniquement, par exemple au moyen de bielles articulées autour de l'axe 5, ou de bagues centrées sur l'axe 5.
Quant au con- tact entre les palettes 3 et la périphérie du rotor 4, il peut être assuré par toue moyens appropriés réduisant le frottement, ou augmentant l'étanchéité, par exemple en prévoyant à l'extrémité de chacune desdites palettes un rouleau de contact ou encore un dispositif à labyrinthe articulé autour de l'extrémité. La surface du rotor peut être libre de tourner autour de son axe 5, ce qui réduit à une oscillation de faible amplitude le contact de cette surface avec les palettes 3.
Dans la forme d'exécution représentée aux figures 7 à 9 ,les capacités auxiliaires à volume constant 7 dans lesquelles débitent les sections correspondantes du compresseur-détendeur sont dispos nées non plus latéralement mais à la périphérie du compresseur-dé-
<Desc/Clms Page number 8>
tendeur. Dane cette forme d'exécution, le rotor 4 est constitue de manière telle à former à la foie distributeur rotatif et venti- lateur .
Il est bien entendu fine l'on pourra, sans sortir de l'invention apporter des variantes et perfectionnements de détails; par exem- ple on pourra réaliser le cycle de chauffage complet ( fig.1 et 3) non plus an moyen de deux appareils similaires, mais d'un appareil unique .De même le degré de compression et, par suite la tempéaa- tare du fluide chaud pourra être rendu variable par modification de l'excentricité des axes 5 et 6 ou par adjonction de capacités auxiliaires variables aux capacités auxiliaires fixes 7.
De même la chaleur de refroidissement du moteur utilisé pour l'entraînement du compresse... détendeur pourra 'être récupérée en vue du chauffage du fluide .