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" Méthode da compression des fluides et dispositifs en permettant la réalisa'* tion ".- \ L'invention concerne une méthode de compression des fluides, du genre dans lequel on réalise la compression d'un fluide en utilisant la détente, soit d'un autre fluide, soit d'une autre quantité à pression différente, du même fluide* ladite méthode trouvant une application particulièrement in- téressante dans les cycles de transformations physiques des fluides ayant pour objet soit l'obtention d'énergie, soit la production de chaleur ou de froid, et dans lesquels il est ef- fectué successivement une compression et une détentedes fluides* On sait que, dans les modes de fonctionne mont usuels
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des machines utilisant de tels cycles de transformations,
comme les machines calorifiques et frigorifiques, on passe générale- ment de l'énergiepotentielle du fluide à détendre à l'énergie potentielle du fluide comprimé par l'intermédiaire de l'énergie mécanique, ce qui présente le grave inconvénient de faire porter le pourcentage des pertes d'énergie sur la somme des travaux de compression et de détente, alors que l'énergie utile échangée avec l'extérieur a seulement pour valeur la différence algébri- que de ces travaux d'où il s'ensuit que les pertes d'énergie sont très importantes par rapport au travail utile.
Le but de la présente invention est d'obvier à l'incon- vénient ci-dessus mentionné des méthodes actuelles, en réalisant avec un bon rendement, dû à la suppression de la transformation en énergie mécanique, la compression d'un fluide au moyen de la détente d'une autre quantité du même fluide ou d'un fluide dif- férent, et elle consiste! dans ce but, en principe, à faire refouler, par le fluide qui se détend, le fluide à comprimer quand il se trouve à une pression peu différente et, à cet effet, à fractionner la détente utilisée ainsi que la compression réali- sée par elle, chacune des détentes partielles effectuant une compression partielle correspondante par mise en communication, (avec interposition ou non, d'un organe séparateur de fluide, commandé ou non),
d'une quantité en détente avec une quantité en compression au moment où la différence de pression entre lesdites est faible, le fonctionnement étant tel qu'on effec- tue la détente complète de chacune des quantités du fluide à détendre par mise en communication successive de celle-oi avec la série des quantités, à pressions de plus en plus basses, du fluide à comprimer, la dernière étant constituée par le réser- ' voir dudit fluide, et qu'inversement, on effectue en même temps la compression de .chacune des quantités du fluide à comprimer par mise en oommunioation successive de celle-ci avec la série
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des quantités, à pressions de plus en plus élevées, du fluide à détendre, la dernière étant constituée par le réservoir dudit fluide.
Afin de bien faire comprendre le principe de, l'invention et à titre d'exemple de réalisation, des formes d'exécution en sont ci-après décrites et schématiquement représentées aux des sins annexés au présent Mémoire Descriptif, et dans lesquels:
Figure 1 est une figure schématique, pour l'exposé du principe, correspondant au cas où le fluide en détente est sé- paré du fluide à comprimer ;
Figure 2 est une vue schématique correspondant au cas ou il est fait emploi d'un piston plongeur ;
Figure 3 est une vue schématique en coupe d'un disposi- tif mécanique permettant la réalisation de l'invention et com- portant un distributeur fixe et une série de capacités disposées circulairement et tournant autour du distributeur fixe ;
Figure 4 est une même vue d'un second dispositif à capa- cités à organe séparateur de fluides, et à piston plongeur, les- dites capacités étant montées rotativement et mises en communi- cation par un distributeur fixe ;
Figure 5 est une autre vue du mime dispositif montrent le mouvement des pistons ou séparateurs de fluides réalisant le décalage en pression ou déphasage des capacités.
Figure 6 est une vue schématique en coupe d'un disposi- tif établi dans le même but que celui des figures 4 et 5, mais dans lequel la variation du volume des capacités est obtenue par des moyens dérivés de ceux des compresseurs à palettes, ledit dispositif comportant un distributeur fixe et une série de capacités disposées circulairement sous forme d'un rotor à aubes, excentré par rapport au distributeur; Figuse 7 est une vue schématique en coupe, montrant la disposition des palettes montées à coulissement dans les aubes
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du rotor et 1 moyen-employé pour les assujettir à rester au contact du distributeur, le nombre des palettes représentées étant moindre que celui de la figure 6, afin de faciliter la compréhension du dessin;
Figure 8 est une vue de détail agrandie montrant l'ex- trémité d'une palette et la bague directrice;
Figure 9 est une vue d'ensemble, à échelle réduite, en coupe longitudinale suivant la ligne x-x de la fig. 8 ;
Figure 10 est une vue schématique en coupe d'un autre mode de commande des palettes ;
Figure 11 étant une vue partielleen coupe suivant la ligne y-y de la fig.10:
Le principe de l'invention peut être aisément compris en se reportant à la figure 1. Dans cette figure, 1 est une capa- cité comportant des lumières 2 et 3, contrôlées par un distri- buteur 4, un séparateur ou piston 5 pouvant se déplacer dans ladite capacité 1.
En supposant la capacité 1 remplie de fluide à comprimer, le piston 5 se trouvant dans la position de gauche représentée aux dessins, si l'on met en communication successi- vement, par ledistributeur 4, la lumière 2 avec une série de capacités à détendre à pressions de plus en plus élevées, la dernière étant constituée par le réservoir de fluide à détendre, chacune de ces capacités subir-- une détente partielle en effec- tuant une compression partielle du fluide à comprimer situé dans la capacité 1, par exemple jusqu'à égalisation des pres- sions par débit d'un volume de fluide égal au déplacement du piston.
La pression finale étant atteinte, la lumière 2 étant en communication avec le réservoir de fluide à détendre, la lu- mière 3 est mise en communication avec la réservoir de fluide comprimé, de sorteque, le piston 5 continuant son mouvement, sans autre dépense d'énergie', que celle nécessaire pour vaincra ses frottements, du fait de l'égalité des pressions sur ses deux
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faces celui- ci effectue à la fois lerefoulement du fluide comprimé et l'aspiration du fluide à détendre à même pression, La capacité 1 fonctionnera ensuite comme détendeur, le piston 5 restant, par exemple stationnaire, et celle-ci étant mise en communication avec une série de capacités à pressions de plus en plus basses,
chacune des détentes partielles de la capacité 1 étant utilisée pour réaliser la compression partielle de chacune des capacités de cette série; enfin, pendant le retour du piston 5, la lumière 2 sera utilisée pour l'évacuation du fluide déten- due en même temps que s'effectuera par la lumière 3 l'aspira- tion du fluide à comprimer. Le cycle des opérations recommencera ensuiteen utilisant cette série de capacités.
On conçoit que, grâce à cette méthode, le piston 5 suppor- tant sur ses deux faces des pressions constamment peu différentes, on obtient une réduction considérable des résistances passives. par la réduction du travail transmis par le piston, la suppression presque totale de l'apport d'énergie par celui-ci permettant, non seulement de réduire sas organes de commande, mais encore de les supprimer complètement, réalisant ainsi un piston libre.
En outre, l'étanchéité à assurer étant sans grande impor- tance, les fuites de fluide en détente dans le fluide en compres- sion à pression plus faible ayant pour effet la compression directede celui-ci, il devient possible de réduire le piston à un simple séparateur ou palette, commandé ou non, de forme con.. venable pour balayer la, capacité et dont les frottements sont presque nuls.
Il devient également possible, dans le des où un mélange partiel des fluides n'est pas prohibitif, de supprimer complè- tement tout séparateur, le fluide en détente comprimant direc- tement et refoulant le fluide en compression.
Un mode de réalisation, particulièrement avantageux, du principe de l'invention consiste à effectuer un échange avec
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ltextérieur de l'énergie utile, différence entre les travaux de compression et de détente, et à cet effet, à faire varier le volume de chaque capacité au cours de l'opération, par exemple au moyen d'un piston plongeur, comme montré en figure2, en le constituant, par exemple, par la tige 6 du séparateur de fluides 5, le volume de fluide à détendra admis par la lumière 2 étant alors inférieur à celui du fluide comprimé et refoulé du volume dé la tige 6 dont le diamètre peut être tel que son travail soit précisément égal à la différence entre les travaux de compression et de détente,
c'est-à-dire au travail utile du cycle, les frot- tements étant sensiblement proportionnels au volume engendré par le piston plongeur, et, par suite, au travail utile du cycle.
Dans les dispositifs représentés aux figures 3 à 11 on a prévu un montage des capacités en étoile ou en cercle ce qui per- met de réaliser simplement la distribution et la continuité due au déphasage des capacités.
Dans la forme d'exécution dela figure 3, les capacités 1 délimitées par les parois ou aubes 15 d'un rotor 16 tournent dans le sens dela flèche et ne comportent aucun organe séparateur de fluides, un distributeur fixe 7, comportant une série de canaux 8, mettant successivement en communication, deux à deux, les capacités 1, ledit distributeur 7 comportant, en outre, des lumières 9 et 10 en relation respectivement avec le réservoir de fluide à détendre et avec celui du fluide frais à comprimer.
Si l'on suppose qu'à un instant déterminé les capacités 1 comprises dans l'arc a b sont en phase de compressions et à pression crois- sante de 8 vers b, que les capacités de l'arc b c sont en phase de refoulement, à pression constante, du fluide comprimé par le fluide à détendre, celles de l'arc ± d, en phase de détente à pression décroissante de !!.
vers!, et celles de l'arc d a en phase d'évacuation du fluide détendu remplacé par du fluide
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frais à comprimer, les canaux 8 font communiquer des capacités en détente avec des capacités en compression à même pression et il y a, par suite, équilibre. Si la couronne 16 de capacités
1 tourne alors d'un angle correspondant à l'espace occupé par une capacité 1, chaque canal 8 mettra en communication une capacité en détente avec une capacité en compression à pres- sion plus faible, l'égalisation des pressions entre les capa- cités 1 en communication s'effectuant par débit d'une faible quantité de fluide à travers le distributeur 7,
et bien qu'en un tour complet chaque capacité 1 pleine de fluide à compri- mer sera amenée à la pression finale par une suite de com- pressions partielles, le fluide comprimé étant alors évacué, par exemple par la périphérie en 11, et remplacé par du fluide à détendre admis par la lumière 9 et qui subit une série de détentes partielles avant d'être évacué, par exemple par la périphérie en 12, et remplacé par du fluide à comprimer admis par la lumière 10.
Le mouvement du fluide pendant refoulement et remplacement à pression constante pourra être assuré par le fonctionnement en ventilateur que réalise la couronne de capa- cités 16 si les parois 15 séparant deux capacités 1 succes- sives sont en forme d'aubes. rendant égalisation des pressions entre deux capacités 1 mises en communication par un canal 8, il y a création d'éner- gie cinétique aux dépens de l'énergie de détente, mais cette énergie pourra être réduite à celle nécessaire pour assurer le débit de fluide, par la division en un grand nombre de capaci- tés, et surtout la disposition en diffuseurs des canaux 8 du dis- tributeur 7.
On voit que le fluide en détente comprime et chasse direc- tement un égal volume de fluide en compression, l'appareil fonctionne donc,en "échangeur de pressions ", auquel pourra
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être adjoint ou combiné un compresseur ou détendeur de-type quelconque,dont le travail serf le travail utile du cycle, différence algébrique entre les travaux de compression et de détente
Le dispositif représenté aux figures 4 et 5, fonctionne de façon analogue, maisil est prévu pour éviter tout mélange entre fluide en détente et fluide en compression par l'uti- lisation de pistons ou séparateurs balayant les capacités, et pour réaliser la compression et la détente de volumes différen ts de fluide par l'emploi de pistons plongeurs,
Les arcs indiqués correspondent aux phases mentionnées pour la figure 3.
Le distributeur 7 est fixe et la sériede capacités 1 tourne dans le sens indiqué par la flèche, chacune d'elles comportant un piston ou séparateur 5 prolongé par une tige 6 formant piston plongeur; l'admission defluide à compri- mer s'effectue en 13 en même temps que l'évacuation par la lumière 10' du distributeur 7 du fluide détendu, l'avaeuation du fluidecomprimé étant effectuée en 11 le fluide e à détendre étant admis par la lumière 9 du distributeur 7.
Le mouvement des tiges 6 peut être commandé au moyen de bielles ou d'une rampe ou came 14 réalisant le déphasage des pressions de telle sorte que le débit de fluide à travers les canaux 8 soit égal au volume engendré par les pistons ou séparateurs 5,
Ce dispositif est en somme un compresseur à piston d'un nombre n de cylindres déphasés disposés en étoile, dont la distribution rotative est prévue pour assurer conformément à l'invention la mise en communication deux à deux des cylin- dres pendant compression et détente; il pourra donc comporter tout dispositif connu de cylindres de compresseurs à piston.
Le dispositif représenté aux figures 6 à 11 est établi dans le même but, mais la variation du volume des capacités 1,
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au lieu d'être obtenue au moyen depistons plongeurs, eat obtenue par des moyens dérives de deux des compresseurs à palettes*
Dans ce dispositif, le rotor 16, à aubes 15 délimitant les capacités 1, et tournant dans le sens indiqué pat la flèche, est excentré par rapport au distributeur fixe 7, dont les canaux 8 mettent successivement en communication, deux à deux les capacités 1.
Grâce à cet exoentrage, les palettes 17 maintenues constamment appliquées contre le distributeur fixe 7, par les dispositifs décrits ci-après, et montées à coulissement dans les aubes 15 dit rotor. 16, réalisent ainsi, à chaque tour, la variation de volume voulue pour chaque capacité 1, cette variation de volume pouvant être changée à volonté par modification de l'excentricité du rotor 16 par rapport au distributeur 7. pour astreindre les palettes 17 à rester constamment au contact du distributeur fixe 7 (figures 7, 8 et 9), celles-ci comportent un talon 18 auquel elles sont reliées par exemple au moyen d'une lame ou cornière flexible 19, ledit talon étant maintenu appliqué contre le distributeur 7 au moyen de bagues directrices 20, concentriques au distributeur 7, mais complè- tement libres de tourner avec le rotor 16.
Pour permettre le libre passage des bagues 20, au nombrede deux dans l'exemple représenté, la palette 17. présente des échsnerures ou fané- tres 21 de forme correspondante, dans lesquelles les bagues 20 sont montées avec le jeu minimum De préférence, pour substituer le frottement de roulement au frottement de glis- sement dû au mouvement relatif d'oscillation du talon 18, on interpose entre chacune des bagues directrices 20 et le talon
19 des rouleaux ou des billes 22, en nombre approprié, les bagues 20 présentant alors une rainure ou gorge annulaire
23 et le talon 18 comportant à l'aplomb des dites bagues des prolongements avant et arrière 24 se terminant par une sorte
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de bea 25 partiellement engagé dans la rainure 23.
A titre de variante (fig.10 et 11), on peut également réaliser comme suit la commande des palettes. Il est facile de démontrer qu'un point quelconque d'une bague directrice telle que 20, centrée sur le distributeur 7 et entraînée dans la rotation du rotor 16 avec la même vitesse angulaire que celui-ci par suite des frottements a pour mouvement relatif, par rapport au rotor 16, une circonférence telle que 26 dont le rayon est égal à l'excentricité du rotor 16 par rapport au distributeur fixe 7.
En se basant sur cefait, on monte j dans une rainure annulaire 27 du distributeur 7, une bague 20 sur laquelle on articule des biellettes 28 qui commandent le déplacement reotiligne relatif de chacune des palettes coulis- santes 17 à la manièredu dyatème bielle-manivelle, lesbos- sages 29 formant tourillons d'articulation desdites biellettes 28.
Il est bien entendu que,'? l'on pourrait également obtenir la variation de volume des capacités telles que 1, mais fixes, par excentrage d'un distributeur tournant.
On conçoit que, par la méthode exposée ci-dessus, on réalise ainsi un "éohangeur de pressions " dont il est inté- ressant de remarquer l'analogie avec les échangeurs de cha- leur à contre-courant qui effectuent l'échange des températu- res entre deux fluides, circulant en sens inverse, sous l'ef- fet d'une faible chute de température qui assure la transmis- sion de chaleur. Ici l'échange des pressions s'effectue par débit d'air des capacités en détente dans les capacités en compression ( sous l'effet d'une chutede pression réduite), à travers un distributeur mobile dont le mouvement par rapport .eux capacités correspond à la circulation en sens inverse des fluides.
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Il est bien entendu que l'on pourra sans sortir de l'esprit de l'invention apporter des variantes ainsi que des perfectionnements de détails et par exemple
Eviter l'emploi d'un distributeur en utilisant deux couronnes de capacités en mouvement relatif de rotations, dont les lumières communiquent successivement deux à deux au cours dela rot ation.
Laisser les capacités fixes en faisant tourner le dis- tributeur puisque seul le mouvement relatif intéresse le principede l'invention.
Dans la disposition avec pistons séparateurs disposer les cylindres parallèlement, en une couronne autour du dis- tributeur.