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Procédé et appareils pour réaliser économiquement des trans- formations thermo-dynamiques.
La présente invention est relative aux procédés et appareils qui utilisent des gaz suivant des cycles comprenant une compression, un échange de chaleur à pression constante relativement élevée, une détente et un échange de chaleur à pression relativement basse, par exemple en vue de la pro- duction de chaleur ou de froid.
La compression d'un gaz absorbant de l'énergie et la détente libérant de l'énergie, il est indispensable de récupérer aussi complètement que possible l'énergie contenue dans le gaz à détendre afin de l'utiliser pour la compression.
Les procédés et appareils proposés jusqu'à présent dans ce but ne donnaient pas des résultats satisfaisants en raison
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des importantes pertes d'énergie dans les opérations de com- pression et détente.
Dans une première catégorie de procédés, il était utilisé des dispositifs mécaniques indépendants pour produire séparément la compression et la détente. Ces procédés com- portaient la séparation complète des flux de gaz au moyen d'organes tels que des pistons se déplaçant dans des cylin- dres. Précisément ces organes entraînaient des pertes d'éner- gie, notamment par frottement, trop importantes à cause de l'effet cumulatif de ces pertes portant sur la somme des travaux de compression et de détente.
Il était plus rationnel d'utiliser l'action directe du gaz à détendre sur le gaz à comprimer avec interposition du minimum possible d'organes mécaniques en mouvement. Dans cet ordre d'idées, il a été proposé de supprimer toute cloi- son et de laisser le gaz à détendre transmettre directement sa pression au gaz à comprimer.
C'est ainsi que, dans une deuxième catégorie d'appareils, on fut amené à détendre le gaz par prélèvements partiels successifs à pression décrois- sante lorsque ce gaz était contenu dans une capacité close; de même, à comprimer le gaz contenu dans une autre capacité close par introductions successives de gaz à pression progres- sivement croissante,toujours plus élevée que celle règnant dans la capacité réceptrice, ce que l'on réalisa en mettant en communication, par des canaux, des capacités contenant le gaz à détendre avec des capacités contenant le gaz à compri- mer.
Ces canaux, en mouvement relatif par rapport à l'en- semble des capacités, jouaient le rôle de distributeurs pour l'épuisement progressif de la pression du gaz à détendre con- tenu dans une série de capacités, et l'accroissement progres- sif de la pression du gaz à comprimer dans l'autre série de @
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capacités, réalisant ainsi un échange méthodique de pression.
Puis l'ouverture des capacités dans le milieu à haute pres- sion permettait le déplacement du gaz comprimé hors des capa- cités en vue de son passage dans un échangeur de chaleur à pression constante. Ce déplacement effectué directement par le gaz sortant de cet échangeur, ne nécessitait alors qu'une dépense d'énergie réduite à celle due aux pertes de charge du circuit,et pouvait être assurépar exemple par un venti- lateur.
On cherchait ainsi à utiliser l'énergie libérée par la détente à effectuer la compression d'un égal volume de gaz à même pression, pour réduire l'énergie mécanique mise en jeu à celle nécessaire pour compenser les variations de volume de gaz dues aux échanges de chaleur ainsi que les per- tes notamment par fuites.
Dans cette deuxième catégorie d'appareils, s'il était bien supprimé les pertes par frottement dues aux cloisons ma- térielles, il était par contre créé d'autres pertes entraï- nant échec en pratique par suite des mélanges de gaz et des fuites inévitables, notamment celles dues au cloisonnement des flux par les capacités tout le long des surfaces de sé- paration entre elles.
Le procédé suivant l'invention a pour but de porter remède aux inconvénients de ces deux catégories d'appareils et de concilier les avantages du cloisonnement et ceux de l'action directe des flux gazeux l'un sur l'autre. Il est basé sur l'observation que le flux créé par l'échange de pres- sion entre le gaz en phase de détente et le gaz en phase de compression offre un moyen idéal de séparer les flux princi- aux s'il est possible de l'empêcher de se mélanger à ceux-
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ci et de se confondre avec eux au cours de son trajet exté- rieur aux canaux de liaison.
A cet effet le procédé suivant l'invention consiste à entretenir et à guider le flux d'échange de pression de façon qu'il circule à la même vitesse et dans la même direc- tion que les deux flux principaux et que, restant distinct, il s'interpose à la manière d'une cloison gazeuse, entre les deux flux à températures différentes dont l'un se rend à l'échangeur de chaleur et dont l'autre en vient.
Lorsque le procédé est réalisé dans un appareil rotatif comportant une couronne de capacités mobile par rapport à un distributeur fixe, ou fixe par rapport à un distributeur mobile, on fait en sorte, par le réglage en vitesse, orientation, et emplace- ment du flux d'échange de pression, qu'entre les phases de compression et de détente ce flux circule dans l'appareil ro- tatif sans quitter celui-ci, et par conséquent sans participer à l'échange de chaleur.
Pour que le flux d'échange puisse assurer son rôle de cloison gazeuse, il faut d'abord que contrairement à ce qui avait lieu dans les appareils de la deuxième catégorie mentionnée ci-dessus, l'écoulement du gaz de la phase de dé- tente à la phase de compression, se fasse autant que possible de manière continue en vitesse, orientation, et emplacement.
Il faut, en particulier, que les canaux de liaison communi- quent à chaque instant avec l'une au moins des deux phases et que leurs orifices soient disposés de telle manière, par rap- port aux capacités, qu'il n'y ait ni court-circuit ni fuite entre deux capacités voisines, soit en phase de détente, soit en phase de compression.
A cet effet, on donne aux orifices des canaux de liaison la même largeur qu'aux cloisons qui séparent les lu-
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mières d'admission dans les capacités du rotor, pour permettre leur obturation pendant le passage d'une capacité à la sui- vante, ce qui évite le court-circuit; en outre on fait en sorte que lorsqu'une extrémité d'un canal est obturée par une cloison, l'extrémité opposée se trouve dans l'axe d'une capacité. On évite ainsi les arrêts et chocs susceptibles de provoquer le mélange ou le brassage des fluides et on accroit la continuité des variations de pression.
Le flux 'échange de pression ainsi débité de façon pratiquement constante par les canaux de liaison., reçoit une direction sensiblement constante par rapport aux flux en phase de détente et en phase 'de compression, grâce à l'orientation appropriée des orifices des canaux de liaison qui communi- quent avec les capacités contenant les flux principaux. Ces orifices sont répartis exclusivement dans la partie de l'en- veloppe qui entoure étroitement les capacités afin d'éviter que les canaux soient périodiquement mis en communication avec les conduits d'admission et d'échappement.
Le circuit du flux d'échange de pression se complé- te à travers les capacités où le gaz comprimé et échauffé est déplacé, avant de s'échapper dans l'échangeur de chaleur, par le gaz comprimé refroidi, prêt à être détendu. La forme et la disposition des orifices des conduits d'admission et d'échappement sont déterminées de façon à assurer la conti- nuité du flux d'échange au cours de cette phase et à réduire la vitesse des flux à l'admission et à l'échappement, afin d'éviter un passage trop brusque d'une phase à la suivante.
Dans les capacités, le flux d'échange de pression peut avantageusement être guidé et localisé à l'aide de cloi- sons qui y délimitent une zone ou antichambre plus particu- lièrement réservée à ce flux. Cette antichambre dans laquelle
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le flux d'échange de pression est admis pour effectuer, de là, la compression du gaz dans l'ensemble de la capacité, peut avantageusement être soustraite au balayage pendant la phase de déplacement à haute pression afin que seul le gaz chaud comprimé passe dans l'échangeur de température. A cet effet on donne aux tubulures d'amenée et de sortie du gaz à haute pression une section réduite qui ne s'étend que sur une partie des capacités et exclut les antichambres du balayage.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la cloison gazeuse constituée par le flux d'échange de pression entre le gaz en détente et le gaz en compression peut être étendue de façon à compléter la séparation matérielle entre les capacités voisines et à empêcher les fuites entre celles-ci, le long de la periphérie de l'enveloppe. Dans ce but les aubes ou cloisons du rotor qui limitent les capacités successives, sont rendues creuses et les espaces créés à l'intérieur de ces aubes ou cloisons sont mis en communication avec des ca- naux de liaison où règne une pression légèrement différente de celles existant dans les capacités à séparer.
Du côté dé- tente cette pression sera légèrement inférieure aux pressions de part et d'autre de l'aube considérée ; ducôté compression elle sera légèrement supérieure, pour qu'il s'établisse à travers les aubes et les canaux de liaison une dérivation du flux d'échange de pression qui, sans nuire à la continuité de ce dernier, parfasse, par un cloisonnement gazeux le long des bords des aubes, le cloisonnement matériel constitué par celles-ci.
Aux flux de températures différentes à séparer et au flux d'échange de pression assurant cette séparation, doit encore s'ajouter dans l'appareil, le flux de compensa- tion nécessaire pour compenser les variations du volume dues aux changements de température subis dans les échangeurs de chaleur extérieurs à l'appareil, c'est-à-dire entre le
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moment où un flux gazeux sort de l'appareil et celui où il est repris par ce dernier après avoir participé à un échange de chaleur. Suivant l'invention, le flux de compensation est utilisé en vue de favoriser la continuité du flux d'échange de pression.
De même que ce dernier, il est dirigé parallèle- ment aux flux principaux, ce que l'on réalise avantageusement par l'adjonction, aux capacités de volume constant, de ca- pacités de volume variable pour s'ajouter ou se retrancher selon le cas à celles des flux principaux.
Dans une forme d'exécution pratique et simple de l'invention, les capacités disposées en une couronne tour- nant autour de son axe, sont fermées pendant les phases de compression et détente, par une enveloppe qui, en deux zones diamétralement opposées, s'ouvre en forme de volutes pour guider les flux principaux hors de l'appareil pendant les phases de déplacement à pression constante. Les zônes de compression d'une part et de détente d'autre part communiquent entre elles par des canaux de liaison fixés sur l'enveloppe.
Les aubes ou cloisons séparant les capacités sont creuses et parcourues, pendant leur passage dans ces zônes, par des dé- rivations du flux d'échange de pression.
A l'intérieur de la couronne est disposé excentri- quement un rotor de compresseur à palettes, le volume compris entre les palettes successives constituant la capacité varia- ble nécessaire à la création du flux de compensation parallè- le aux flux d'air en compression.
L'invention sera décrite ci-après avec plus de dé- tails en se référant aux dessins annexés qui représentent schématiquement le principe de l'invention, des exemples d'exé- cution ainsi que des diagrammes explicatifs.
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Fig. 1 est une vue schématique de l'ensemble de l'appareil.
Fig. 2 est un diagramme montrant le rôle joué par le flux d'échange de pression.
Figs. 3 et 4 sont des coupes schématiques d'une forme d'appareil rotatif, dans des plans perpendiculaires à son axe de rotation, indiqués respectivement par les lignes III-III et IV-IV sur la Fig. 6.
Fig. 5 est une coupe diamétrale montrant une variante.
Fig. 6 est une coupe schématique par un plan diamé- tral indiqué par la ligne VI-VI sur la Fig. 4.
Figs. 7, 8 et 9 sont des vues explicatives en coupe.
Fig. 10 est une coupe suivant X-X (Fig. 11) et
Fig. 11 une coupe suivant XI-XI (Fig. 10) montrant l'alimentation des aubes creuses par une dérivation du flux d'échange de pression.
Fig. 12 représente le développement de la périphérie de l'enveloppe de l'appareil suivant la Fig. 10 et de ses canaux de liaison.
Fig. 13 est une coupe semblable à la Fig. 4, mon- trant la disposition d'un compresseur destiné à fournir un flux de compensation susceptible de co-opérer avec le flux d'échange de pression.
Fig. 14 est une coupe suivant la ligne XIV-XIV de la Fig. 13.
Fig. 15 représente en coupe suivant la ligne XV-XV' de la Fig. 17, une forme d'appareil comportant, dans les ca- pacités, des antichambres pour localiser le flux d'échange de pression.
Fig. 16 est une coupe suivant la ligne XVI-XVI' de la Fig. 17.
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Figs. 17 et 18 sont deux coupes radiales respective- ment prises suivant les lignes XVII-XVII' et XVIII-XVIII' de la Fig. 15.
Sur les dessins, 1 désigne le rotor comportant une couronne de capacités 2 séparées entre elles par des cloi- sons ou aubes 3 et tournant dans une enveloppe 4 munie de con- duits d'admission 5, 5' et de conduits d'échappement 6, 6' reliés à des échangeurs de température 7 et 7' à haute et à basse pression.
Le rotor tournant dans le sens de la flèche (Fig.l) il est supposé que la compression a lieu entre A et B, l'é- chappement à haute pression de B en C, le gaz comprimé et échauffé étant refroidi sous pression constante dans l'échan- geur 7 pour être ramené entre B et C dans le rotor où. il se détend de C en D. Ramené à sa pression initiale, le gaz re- froidi est évacué entre D et A dans l'échangeur 7' dans le- quel il s'échauffe sous pression constante et d'où il est repris par le rotor pour être de nouveau comprimé de A en B et recommencer le cycle. Les phases successives, dans une capacité faisant une révolution complète, sont donc: compres- sion (A-B), déplacement ou balayage (B-C), détente (C-D) et déplacement ou balayage (D-A).
Les canaux de liaison entre les phases de détente C-D et de compression A-B sont indiqués en 8. Ils sont dis- posés de manière à mettre chacun en communication temporaire une capacité en détente avec une capacité en compression à pression plus faible. Il se produit donc par les canaux de liaison un transport de fluide des capacités en détente vers les capacités en compression avec lesquelles elles sont suc- cessivement mises en communication. En parcourant l'arc A-B, une capacité contenant le fluide à comprimer recevra par con-
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séquent de'chaque canal de liaison un léger apport de fluide, et subira une série de compressions partielles qui porteront le fluide qu'elle contient à la pression finale désirée.
De même en parcourant l'arc C-D le fluide à détendre débitera dans chaque canal 8 jusqu'à ce qu'il ait repris la pression initiale.
Les fluides en A-B et en C-D étant à des températu- res différentes il est essentiel d'éviter qu'ils se mélangent tant dans les capacités 2 que dans la zône de déplacement B-C où se font simultanément l'admission et l'échappement à pres- sion constante. Ce résultat est atteint suivant la présente invention par l'entretien, dans les canaux 8 et les capacités 2, d'un flux continu qui sépare les deux flux principaux, les accompagne dans les phases A-B, B-C et C-D, et serve en quel- que sorte de cloison gazeuse entre eux, sans pénétrer dans l'échangeur de chaleur 7.
Pour expliquer ce rôle de cloison gazeuse on se réfèrera aux Figs. 1 et 2 où les hachures horizontales indi- quent le trajet suivi par le fluide à comprimer x et les ha- chures verticales le trajet suivi par le fluide à détendre y.
Les hachures obliques désignent le flux d'échange de pres- sion z. Comme le montre le plus clairement la Fig. 2 qui est un diagramme où le développement des arcs A-B, B-C, C-D est porté en abscisses,et la largeur de la couronne de capacités en ordonnées, on fait en sorte que le flux z circule dans les canaux 8, refoule le fluide x à comprimer dans les capacités situées dans la zone A-B, sépare dans la zone B-C le fluide sortant x, comprimé et chaud, du fluide entrant y, à la même pression mais refroidi, et reflue ensuite dans les canaux 8 sous la pression du gaz 1 à détendre dans la zône C-D.
Dans la couronne de capacités, le déplacement des
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flux gazeux peut avoir lieu du centre vers la périphérie, ou inversement de la périphérie vers le centre, ou encore parallè- lement à l'axe de rotation. Cette dernière disposition, dont les Figs. 5 et 6 montrent deux exemples de réalisation, présen- te certains avantages au point de vue de la simplicité de la construction, mais l'application de la présente invention n'y est nullement limitée.
Dans le cas des Figs. 5 et 6, le déplacement des flux gazeux dans les échangeurs de chaleur, les conduits d'ad- mission et d'échappement, ainsi que dans l'appareil rotatif, est assuré par des ventilateurs 9, 9' placés en des points convenables. Les orifices des conduits d'admission 5, 5' et d'échappement 6, 6' s'étendent sur toute la longueur des arcs B-C et D-A. Dans la Fig. 5 ces conduits sont situés dans le prolongement des segments B-C, D-A de la couronne de capaci- té, tandis que dans la Fig. 6 ils embrassent les deux bords périphériques de la couronne et ont la forme de volutes, comme le montre la Fig. 4.
Les canaux de liaison 8 sont extérieurs au rotor. Ils débouchent également dans l'enveloppe 4 et sont disposés sur un ou sur les deux côtés de celle-ci.
Les capacités 2 sont munies à leurs extrémités d'or- ganes de distribution, par exemple en forme de cuillers 11, 11' qui, en passant devant les orifices des canaux 8, met- tent les orifices 81, 82, 83e 84 situés à une extrémité de ceux-ci en communication avec les capacités situées dans la zone A-B,et les orifices 81', 82', 83', 84', situésà l'ex- trémité opposée des canaux, en communication avec les capaci- tés se trouvant dans la zône C-D.
Afin de réaliser la régularité du mouvement des flux gazeux, on donne aux orifices 81 - 84, 81' - 84' des canaux 8 @
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la même largeur qu'aux aubes ou cloisons 3, (Fig. 3) de ma- nière à éviter les courts-circuits entre capacités voisines, qui se produiraient fatalement si les canaux avaient une plus grande largeur. L'obturation réalisée au passage des aubes n'est qu'instantanée, et son effet est atténué si l'on fait en sorte qu'au moment où une extrémité d'un canal 8 est ob- turée par une aube, l'extrémité opposée se trouve au milieu d'une capacité. Il est ainsi rendu impossible que les canaux soient simultanément obturés aux deux bouts, ce qui entre- tient la continuité de l'opération et permet de doubler sa progressivité.
En effet pendant le temps où une capacité en détente (arc C-D) est en communication avec un canal déter- miné, l'autre extrémité du canal débite successivement dans deux capacités consécutives sur l'arc A-B, de sorte qu'on produit deux compressions partielles pendant l'abaissement de pression réalisé sur l'arc correspondant. De même, cette disposition permet à deux capacités en détente de débiter successivement dans le même canal pendant qu'une capacité en compression est en communication avec lui. Il en résulte un nombre de détentes partielles et un nombre de compressions partielles double de celui du nombre de canaux utilisés, soit huit dans l'exemple du dessin, d'où réduction de la perte d'énergie et de la vitesse de circulation.
Comme le montre le dessin, les orifices des canaux 8 n'occupent que la partie des arcs A-B et C-D étroitement entourée par l'enveloppe 4, pour éviter qu'ils soient mis en communication avec des capacités non encore fermées par l'enveloppe, et en outre pour permettre de créer un retard à l'admission et un retard à l'échappement.
Pour que le passage des flux d'une phase à la sui- vante se fasse progressivement et sans heurt, on fait en sorte que d'une part la vitesse d'entrée du gaz dans les capacités 2,
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et d'autre part la vitesse des gaz sortant de celles-ci, soient sur toute la longueur des arcs B-C et D-A égales, en grandeur et orientation, à la vitesse prise par le gaz à l'intérieur des capacités sous l'action combinée de son dé- placement dans celles-ci et de leur rotation. A cet effet les conduits d'admission 5,5' et d'échappement 6, 6' sont placés tangentiellement à la couronne, et l'on fait varier la section de ces conduits suivant une loi parabolique.
A la fin de la phase de déplacement B-C ou D-A le gaz introduit dans une capacité est animé d'une certaine vi- tesse. Or l'enveloppe doit fermer cette capacité pour passer à la phase suivante (détente ou compression). Pour éviter un choc, on donne à l'arête interne du conduit d'échappement la forme d'un bec 10 (Fig. 4) dont la pointe, légèrement espacée de la couronne, est orientée suivant la composante des vi- tesses du flux d'échappement, et dont la face interne se rac- corde par une courbe progressive à une tangente à la couronne des capacités.
Au lieu de faire usage d'un bec tel que 10 on pour- rait amortir la vitesse du gaz avant la fermeture, en effec- tuant celle-ci au moyen d'une pièce constituée de lames pa- rallèles qui créent une perte de charge.
Dans le but également d'amortir la vitesse à la fin de la phase de déplacement, il est désirable que le conduit d'admission 5 se ferme avant la fermeture du conduit de sor- tie 6. Ce décalage indiqué sur la Fig. 4 par l'angle Ó est généralement du même ordre de grandeur que l'angle embrassant le bec de refoulement 10.
Les capacités, elles-mêmes, ont une forme telle que leur section a, perpendiculairement au sens de circulation des gaz, soit sensiblement égale à leur surface d'admission b et
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à leur surface d'échappement .± (Fig. 6). Sur cette figure l'admission et l'échappement ont lieu par la périphérie de la couronne. Ils pourraient évidemment se faire par les côtés ou par l'intérieur de la couronne.
En fonctionnement, grâce à la continuité de la cir- culation des flux gazeux et aux mesures prises pour les gui- der, il s'établit, à côté des flux principaux et parallèle- lement à ceux-ci sur une partie de leur trajet, le flux appe- lé ci-dessus flux d'échange de pression. Si l'on envisage (Fig. 7) une capacité 2 au moment où la phase de compression vient de se terminer, la zône hachurée horizontalement re- présente le gaz comprimé et chaud qui commence à s'échapper par 6, la zône hachurée verticalement désigne le gaz toujours comprimé, mais refroidi, arrivant par 5 et la zone à hachures obliques représente le flux d'échange de pression z qui, au cours de la phase de compression A-B, a été introduit dans la capacité par les canaux 8 et y a comprimé le gaz qui s'y trou- vait.
Pendant la phase de déplacement B-C, le flux z traverse la capacité en restant interposé entre le flux chaud sortant et le flux froid entrant. La vitesse est réglée de telle sorte que lorsque le flux z atteint l'extrémité opposée de la capa- cité (Fig. 8) le conduit 6 est obturé, après quoi les orifices 81', 82', 83', 84' des canaux 8 se présentent successivement à la cuiller 11' et livrent passage, chacun, à une partie du flux z. Les canaux 8 débouchant par leur extrémité opposée, dans des capacités à des pressions plus faibles, le flux z sera refoulé par la détente du fluide de C-D, à travers les canaux 8, jusque dans les capacités situées dans la zone A-B.
La Fig. 9 montre une capacité de cette zone, dans laquelle les cuillers 11 débitent le flux z qui graduellement comprime le gaz jusqu'à ce que celui-ci s'échappe (Fig. 7) et que recommence
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la phase de déplacement.
Sur les Figs. 7 à 9 les deux extrémités des canaux 8 sont disposées de part et d'autre du rotor, afin de ramener le flux d'échange de pression à sa position initiale. Il est possible en pratique de laisser les canaux d'un côté du rotor, en n'employant qu'un jeu de cuillers 11 (Fig. 6), le flux z circulant alors dans la capacité d'abord dans un sens puis en sens inverse.
Dans certains cas on peut avantageusement déterminer l'emplacement du flux d'échange de pression et le guider à l'intérieur des capacités 2 au moyen de cloisons qui s'éten- dent dans ces chambres et délimitent dans chacune d'elles une antichambre plus particulièrement destinée à recevoir et à localiser le flux d'échange. Cette disposition permet d'empê- cher de façon plus efficace le mélange des courants gazeux x et y de températures différentes. Dans l'exemple d'exécution de l'invention représenté sur les Figs. 15 à 18 du dessin, les cloisons en question, désignées par 21, sont disposées co-axia- lement au rotor 1 et parallèlement à la direction des gaz pendant la phase de déplacement ou balayage.
Dans cette forme, la disposition générale des conduits d'admission et d'échappe- ment 5, 5' et 6, 6' est semblable à celle représentée sur la Fig. 5, mais chaque capacité du rotor est divisée, par une cloison 21, en une chambre principale 2a, qui communique pé- riodiquement avec les conduits 5, 6 et 5', 6', et une anti- chambre 2b réservée au flux d'échange de pression z. Comme le montrent les Figs. 17 et 18, chaque antichambre 2b communique d'une part avec une cuiller 11 de distribution et d'autre part avec une ouverture 22 débouchant dans la chambre 2a.
Pour que l'antichambre 2b ne soit pas balayée lors- qu'elle contient le gaz sous pression du flux d'échange z, les
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tubulures d'entrée 5 et de sortie 6,qui communiquent avec l'échangeur de chaleur à haute pression, ont une section ré- duite correspondant à la hauteur de la chambre 2a de façon que, seule, celle-ci soit balayée pendant la phase B-C de déplacement à haute pression.
Par contre, les conduits 5' et 6' correspondant à la phase D-A de déplacement à basse pression, s'étendent sur toute la hauteur des chambres 2a et 2b, car il y a avantage à ce que le gaz d'échange de pression participe à l'échange de chaleur à basse pression, et cède à l'extérieur les frigo- ries produites par sa détente.
Il y a intérêt à inverser le sens de circulation des gaz de balayage dans les conduits 5', 6' par rapport au sens dans les conduits 5, 6, pour que le gaz z' déplacé hors de l'antichambre et qui est de moindre qualité thermique, soit seul sujet au mélange et forme toujours, lors du balayage, tampon entre le gaz chaud x et le gaz refroidi y, le balayage étant réglé de manière à éviter, autant que possible ou néces- saire, la sortie de ce tampon.de l'appareil rotatif.
Il est facile de se rendre compte que le rôle du flux d'échange de pression reste le même que précédemment, comme expliqué avec référence aux Figs. 7, 8 et 9. Pendant la phase de compression A-B, le flux d'échange de pression z débité dans l'antichambre 2b par les orifices successifs 81, 82, 85, 84 des canaux 8, comprime progressivement le gaz qui occupe les chambres 2a (Fig. 18, en haut). Les dimensions re- latives des chambres 2a, 2b, sont telles qu'au début de la phase de balayage B-C, une partie z' du flux se trouve en regard de l'orifice 5 et sépare le gaz chaud sortant x du gaz froid entrant 1 (Fig. 17 en haut). Pendant la détente, le flux 2 est refoulé par les orifices 81', 82', 83', 84' des
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canaux 8 (Fig. 18, en bas) vers les capacités en phase de com- pression.
Enfin, le balayage à basse pression (Fig. 17, en bas) emporte les gaz froids qui occupaient les chambres 2a et 2b et les remplace par du gaz réchauffé à comprimer.
La présente invention vise, d'autre part, à faire en sorte que la cloison gazeuse constituée par le flux d'é- change entre le gaz en détente et le gaz en compression soit étendue de manière à compléter la séparation entre capacités voisines et à empêcher les fuites de l'une à l'autre de celles- ci le long de la périphérie interne de l'enveloppe. Comme ex- pliqué ci-après, ce résultat s'obtient en dérivant à travers les aubes ou cloisons 3, rendues creuses, une partie du flux d'échange de pression, passant par les canaux 8.
A cet effet, comme l'indiquent à titre d'exemple les Figs. 10 à 12, les cloisons creuses sont prolongées en 30, 30' entre les cuil- lers 11 d'une part et 11' de l'autre, et raccordées à des or- ganes de distribution, ou cuillers 12, 12', coudés vers l'a- vant, tandis que les canaux 8 sont pourvus de branchements dont les orifices 85, 86, 87, 88 et 85', 86', 87', 88' sont respectivement situés en arrière des orifices normaux 81, 82, 83, 84 et 81', 82', 83' et 84' de ces canaux, d'un angle correspondant à une capacité.
Dans ces conditions, pendant la phase de détente, les cuillers 12' venant en communication avec les branche- ments successifs 85', 86', 87', 88' la pression dans l'espace intérieur d'une aube sera légèrement inférieure à celle régnant à ce moment dans les deux capacités séparées par cette aube.
Il se produit donc de chaque capacité en détente, vers l'aube et à travers celle-ci et le canal devant lequel elle passe, une dérivation du flux z qui rejoint de nouveau ce flux dans le canal 8.
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De même, dans la phase de compression, les cuillers 12 sont mises en communication avec des branchements 85, 86, 87, 88 des canaux 8 situés en arrière des orifices respectifs 81, 82, 83, 84 de ceux-ci d'un angle correspondant à une ca- pacité, de sorte que la pression dans l'espace intérieur d'une aube sera légèrement supérieure à celle des deux capacités voisines. De chaque canal 8 partira donc également une déri- vation du flux z qui sera cueillie par les cuillers 12 des aubes successives et traversera celles-ci pour arriver dans les capacités en phase de compression le long de la périphérie in- terne de l'enveloppe.
Le débit des dérivations ainsi créées d'une part à la détente, de l'autre à la compression, peut être variable mais doit être suffisant pour empêcher la production de fuites entre capacités.
On remarquera que dans la position du rotor représen- tée sur les Figs. 10, 11 et 12, les orifices des conduits 8 du côté "compression" se trouvent dans l'axe des capacités qu'ils desservent, tandis que du côté "détente" les orifices sont situés en regard des cloisons 3, ce qui est conforme à une caractéristique énoncée au début de ce mémoire. Pour que cette caractéristique soit respectée, il importe qu'à ce mo- ment ces derniers orifices soient obturés par les cloisons.
Chacune des cloisons creuses 3 est à cet -effet fermée exté- rieurement, sur la partie de sa longueur correspondant à la largeur des cuillers 11 et 11' par des parois périphériques 31, 31' qui séparent entre elles les cuillers successives et em- pêchent toute communication directe entre les orifices 81-84 et 81'-84' et l'intérieur des cloisons 3. De même des parois 32, 32' séparent respectivement entre elles les cuillers 12, 12' successives. Pour ne pas nuire à la clarté du dessin, les pa-
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rois 31, 31', 32, 32', n'ont été représentées sur la Fig. 12 que dans la zône de détente C-D.
Dans l'appareil tel que décrit jusqu'à présent, les capacités ont un volume constant. Or, au passage dans l'é- changeur de chaleur 7 ou 7' le gaz subit, par suite de la va.- riation de température, une variation de volume qu'il y a lieu de compenser par un appoint ou par un prélèvement de gaz égal à cette variation. Il y a aussi lieu de compenser les pertes éventuelles par les fuites. Ce travail de compensation, qui constitue la dépense d'énergie la plus importante du cycle, est effectué, dans l'exemple envisagé, en combinant avec la couronne à capacités constantes déjà décrite, un rotor de compresseur à palettes, dans des conditions telles que la con- tinuité du flux d'échange de pression n'est pas affectée.
Comme le montre la Fig. 13 le rotor 13 de ce compres- seur est monté excentriquement à l'intérieur du rotor 1, et possède un nombre de palettes coulissant radialement, 14, lé- gèrement supérieur au nombre d'aubes 3 du rotor 1. Ces palet- tes délimitent des capacités variables 15 communiquant chacune avec une capacité 2, par une lumière 16.
Si les rotors 1 et 13 tournent à la même vitesse,le déplacement relatif des palettes 14 sur la paroi intérieure du rotor 1 se réduit à un mouvement alternatif de faible am- plitude. Chaque capacité 2 communiquant constamment en 16 avec une capacité 15, forme avec celle-ci une'capacité dont le vo- lume, au cours d'une révolution,varie entre un maximum et un minimum correspondant,l'un au volume occupé par le gaz à la température avant entrée dans l'échangeur 7, l'autre au volume occupé par le gaz après passage par cet échangeur.
Une telle disposition présenterait, cependant, en pra- tique l'inconvénient de renverser périodiquement le sens du
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déplacement de chaque palette sur la paroi 1. On évite cet inconvénient en faisant tourner le rotor 13 légèrement plus vite que le rotor 1, de façon que la vitesse relative des pa- lettes sur la paroi 1, qui est une fonction sinusoïdale, soit toujours positive.
Les lumières 16 percées dans la paroi intérieure du rotor 1 sont, comme l'indique la Fig. 14, disposées de telle manière que le flux d'air de compensation soit envoyé dans la partie de chaque capacité qui contient du gaz à même tem- pérature. Dans le cas de la Fig. 14, la lumière 16 se trouve en regard de l'extrémité de la capacité 2 opposée à la cuiller 11 de façon que le gaz arrivant par cette lumière vienne en contact avec le gaz comprimé chaud et non avec le gaz prove- nant des canaux de liaison. La lumière, ainsi, se trouve aussi en face du conduit d'échappement 6, de sorte que le flux ga- zeux traversant la lumière peut s'échapper sans entraver le déplacement des flux principaux dans la zone B-C.
Cette disposition a donc pour effet d'ajouter au flux d'air déplacé à pression constante, ou de retrancher de celui-ci, le flux engendré par le compresseur à palettes.0-lest en effet pendant les phases de déplacement ou de balayage à pression constante B-C, et D-A. que le compresseur à palettes doit assurer la variation de volume et son angle de calage est déterminé en conséquence. Pendant les phases de détente et de compression cette variation est assurée par les canaux de liaison 8.
La disposition représentée permet aussi d'utiliser, si on le désire le flux de compensation pour seconder le flux d'échange de pression dans son action contre la produc- tion de fuites le long des joints entre des surfaces en mouve- ment relatif. Il suffit à cet effet de ménager dans la paroi
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interne de la couronne 1 des trous en des points 16' tels qu'une dérivation du flux de compensation se fasse à travers les aubes ou cloisons creuses 3.
La variation de volume produite par le compensateur étant pratiquement localisée en deux arcs diamétralement op- posée, il est facile de comprendre que si l'on modifie la po- sition angulaire de ces arcs par rapport aux arcs B-C et C-D on modifiera la variation de volume produite pendant les pha- ses de déplacement à pression constante. En réglant le cala- ge du compresseur, c'est-à-dire en faisant tourner d'un angle donné le centre 0' du rotor 13 autour du centre 0 du rotor 1, on peut donc modifier à volonté le débit du compensateur. On dispose ainsi d'un moyen d'agir sur le flux de compensation, et par lui sur les autres les flux gazeux, indépendamment du ré- glage de la vitesse de rotation de l'appareil.
La fig. 14 indique une disposition qui permet d.'ob- tenir ce résultat d'une manière commode et simple. Le rotor 1 solidaire d'une couronne à denture intérieure 17 tourne sur un arbre fixe 0. Cet arbre est coudé en 0' et sur le coude 0' tourne le rotor 13 solidaire d'un pignon denté 18 qui engrène avec la couronne 17. Le rotor 1 étant entraîné par un moteur approprié actionne le rotor 13 à une vitesse déterminée par le rapport des engrenages 17, 18. Sur l'arbre 0 est fixée une roue à denture hélicoïdale 19 en prise avec une vis sans fin 20. En actionnant cette dernière on peut donc modifier à vo- lonté la position angulaire du coude 0', c'est-à-dire le ca- lage du compresseur.
Ce réglage peut se faire pendant le fonc- tionnement de l'appareil, les engrenages 17, 18 restant tou- jours en prise.
Des modifications peuvent évidemment être apportées aux exemples décrits sans sortir du cadre de la présente in- vention. C'est ainsi, par exemple, que la circulation des flux
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gazeux dans les capacités peut, comme déjà dit, être dirigée du centre du rotor vers la périphérie ou réciproquement. Dans l'un ou l'autre cas, la circulation des flux peut être entre- tenue par l'appareil lui-même fonctionnant comme ventilateur, ce qui rend inutile l'emploi de ventilateurs distincts. Les cloisons entre capacités répondent alors plus exactement au terme "aube" employé ci-dessus par extension pour les distin- guer d'autres parois. La couronne de capacités, d'autre part, les conduits de liaison et autres organes de distribution, de même que le compensateur, peuvent avoir toute forme et toute disposition appropriées.
Par "appareil rotatiftt il faut en- tendre ici tout appareil dont une partie, ensemble des capa- cités ou distributeur, est mobile par rapport à l'autre, quel- les que soient la forme et la disposition de ces parties.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour réaliser économiquement des trans- formations d'énergie thermique et dynamique, en utilisant des gaz suivant des cycles comprenant une compression une détente et au moins un échange de chaleur à pression constante, avec transmission directe de pression entre le gaz en phase de dé- tente et le gaz en phase de compression, ce procédé étant caractérisé en ce que le flux d'échange de pression qui résul- te de la transmission directe est entretenu et guidé de manière qu'il circule à la même vitesse et dans la même direction que le flux comprimé et le flux à détendre de façon qu'il s'inter- pose, à la manière d'une cloison gazeuse, entre ces deux flux de températures différentes.