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Machine à gaz chaud rotative.)
Les machines qui transforment l'énergie calorique en énergie mécanique peuvent se classer en deux groupes : lesmachines à chambre motrice fixe et les machines à chambre mo- trice rotative. Le premier groupe comporte entre autres, les machines à vapeur et les moteurs à combustion à cylindres fixes) les machines à piston à gaz chaud, etc. Le second groupe com- porte les turbines, les moteurs à vapeur et à combustion à cy- lindres rotatifs, etc.
La présente invention concerne une machine du second groupe, à savoir un moteur à gaz chaud rotatif ou bien une ma- chine frigorifique rotative, fonctionnant suivant le principe inverse du moteur à gaz chaud.
Par "moteur à gaz chaud ou machine frigorifique fonc- tionnant suivant le principe inverse de clui du moteur à gaz --
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chaud"., on entend une machine dans laquelle un fluide gazeux, de composition chimique pratiquement invariable, décrit un cer- tain nombre de cycles thermo-dynamiques séparés, et dans laquelle chacun des cycles se déroule dans deux chambres, communiquant en permanence, dans 1 :quelles règnent des températures moyennes différentes et dont les volumes varient périodiquement avec un certain décalage, ces chambres étant agencées de manière que dans l'une de deux chambres conjuguées se produit essentiellement une détente et dans l'autre, essentiellement une compression du fluide.
Dans un moteur à gaz chaud, l'énergie calorique est transformée en énergie mécanique, tandis que dans une machine frigorifique, c'est l'inverse qui se produit.
Les moteurs à gaz chaud rotatifs à circulation con- tinue du gaz, sont connus. Dans ces machines connues, un ou plu- sieurs compresseurs rotatifs compriment le fluide ; fluide est refroidi, passe dans un récupérateur et dans une source chaude, et est introduit dans la machine qui comporte une roue à aubes excentrée par rapport au corps de la machine. Si les canaux d'alimentation et les canaux d'évacuation sont judicieusement disposés, cette roue à aubes tournera. La rotation de cette roue à aubes provoquera un agrandissement de certaines des chambres formées par ces aubes ; fluide se détend et fournit du travail. Après la détente, le fluide s'échappeet retourne au compresseur en passant par le récupérateur et le réfrigérant précité.
Cette forme d'exécution connue présente plusieurs in- convénients. Pour atteindre un rendement thermique convenable, il faut, qu'après le chauffage, la température du fluide soit aussi élevée que possible. Les aubes de la roue doivent s'ap- pliquer contre la paroi du bottier de manière que les fuites entre les chambres soient très faibles, ce qui entraîne un frottement élevé des extrémités des aubes contre la paroi intérieure
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On s'efforcera évidemment de réduire le frottement en lubrifiant convenablement l'intérieur du corps de la machine, mais aux températures,de régime élevées, cette lubrification présente de graves inconvénients.
Il est aussi connu de laisser tourner librement les aubes par rapport au corps de la machine ; léger jeu subsiste alors entre l'aube et le corps de la machine. Abstraction faite de ce que, dans ce cas, les différentes de coefficient de dila- tation du corps de la machine et des aubes peuvent jouer un rôle désagréable aux températures élevées, il se produit des fuites qui affectent le rendement de l'installation. En outre, le dis- positif complet, équipé de récupérateurs et de réchauffeurs, de- vient compliqué et l'encombrement de la machine, qui précisément pour les machines rotatives peut être notablement plus petit que celui des machines à pistons animés d'un mouvement alternatif de même puissance, sera plus grand.
L'invention permet d'obvier aux inconvénients inhérents aux formes de construction connues, sans porter atteinte aux avantages que présente, en général, une machine rotative, à sa- voir : faible encombrement, équilibrage facile, haut rendement mécanique, etc. De plus, la machine rotative conforme à l'inven- tion ne nécessite pas ou guère de parties mécaniques rigoureuse- ment parachevées et les organes essentiels peuvent s'obtenir par emboutissage, et autres opérations simples.
Suivant l'invention, dans une machine dans laquelle un fluide gazeux de composition chimique pratiquement invariable décrit un certain nombre de cycles thermo-dynamiques fermés séparés, et dans laquelle chacun des cycles est décrit dans deux chambres communiquant en permanence dans lesquelles régnent des températures moyennes différentes, et dont les vo- lumes varient périodiquement avec un certain décalage, les parois des chambres sont constituées partiellement par les aubes
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d'une roue à aubes qui peut tourner autour d'un arbre excentré par rapport à l'axe du corps de la machine dans lequel tourne la roue à aubes, et partiellement par un anneau liquide que la ro- tation du corps de la machine, éventuellement aussi de la roue à aubes, forme contre la paroi intérieure du corps, machine qui comporte au moins deux roues aubes,
et dans laquelle le fluide a pratiquement la même température dans les diverses chambres de chacune de ces roues, la température moyenne du fluide dans les chambres d'une roue à aubes différant de la température du fluide dans les chambres d'au moins une autre roue à aubes. On obtient ainsi d'une part, une fermeture ri- goureusement hermétique entre les aubes et la paroi du corps, et d'autre part, cette fermeture ne provoque pratiquement pas de frottement des pistons dans les cylindres. Ce joint parfait ne requiert aucun parachèvement rigoureux ; la tolérance admis- sible pour la longueur d'une aube est de 0.5mm. En outre, toutes les chambres dites froides se trouvent dans au moins une ou plusieurs roues à aubes et toutes les chambres chaudes se trouvent dans une ou plusieurs autres roues à aubes.
Cet agence- ment est particulièrement avantageux en ce qui concerne l'isole- ment thermique nécessaire entre les chambres froides et les chambres chaudes.
On peut évidemment répartir aussi les chambres chaudes sur deux roues à aubes, tandis que les chambres froides se trouvent dans une roue à aubes ou inversement. Il est cependant désirable qu'une roue à aubes comporte toujours des chambres de même nature.
De préférence, dans une forme d'exécution avantageuse de l'invention, 1-*axe de l'arbre d'un corps de machine et l'axe de l'arbre de la roue à aubes correspondante, sont fixes dans l'espace.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention,
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l'axe de l'arbre d'un corps de machine et l'axe de l'arbre de la roue à aubes correspondante peuvent tourner l'un autour de l'autre.
Dans une forme d'exécution de l'invention, le corps de machine peut tourner autour d'un arbre dont l'axe décrit un cylindre à base circulaire, cylindre dont l'axe coïncide avec l'axe de l'arbre de la roue à aubes correspondante.
Inversement, dans une autre forme d'exécution de l'in- vention, une roue à aubes peut tourner autour d'un arbre dont l'axe décrit un cylindre à base circulaire, cylindre dont l'axe coincide avec l'axe de l'arbre du corps de machine correspondant.
De préférence, suivant une autre forme d'exécution de l'invention, l'axe de l'arbre du corps de machine est fixe dans l'espace. On obtient alors la forme de construction la plus simple de l'ensemble.
Eu général, les dispositions précitées ont pour but d'augementer le rendement mécanique du dispositif. Eh effet, lorsqu'on utilise un anneau liquide animé d'une grande vitesse de rotation et dont la rotation résulte uniquement de celle d'une roue à aubes tandis que le corps de machine contre lequel se forme l'anneau liquide est fixe, le frottement de l'anneau sur le corps de machine est assez grand, ce qui peut entrainer des pertes importantes.
Pour réduire ces pertes par frottement, suivant une autre forme d'exécution de l'invention, le corps de machine peut tourner dans le même sens que l'axe de l'arbre des roues à aubes/
On obtient d'excellents résultats, lorsque, conformé- ment à une forme d'exécution de l'invention, la vitesse périphé- rique de l'intérieur d'un corps de machine rotatif diffère au maximum d'environ 5% de la vitesse périphérique de l'extrémité de l'aube au point où cette extrémité plonge au maximum dans
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l'anneau liquide. Grâce à cette disposition, au point où la surface de contact entre l'aube et le fluide est la plus grande, et donc où l'introduction et la sortie de l'aube et des parois dans et hors du fluide pourraient provoquer les plus grandes pertes par frottement, ces pertes sont réduites au minimum.
Les diverses chambres formées d'une part par les aubes de la roue à aubes et d'autre part, par l'anneau liquide et qui, dans la même roue à aubes, ont de préférence, toujours approxi- mativement la même température moyenne, doivent communiquer avec un même nombre de chambres dans une autre roue à aubes dont le fluide se trouve à une température moyenne plus élevée ou plus basse. Il est évidemment possible,,de relier à cet effet, les chambres par un certain nombre de tuyauteries indépendantes.
De préférence;, conformément à l'invention, les roues à aubes sont rigidement solidaires et de préférence aussi, con- formément à l'invention, les diverses roues à aubes sont assem- blées entre elles par un organe qui comporte un nombre de canaux de communication égal au nombre de chambres que comporte une roue à aubes*
Dans une forme d'exécution de l'invention, on a obtenu une construction compacte et simple en disposant dans les canaux de communication des récupérateurs: les canaux sont très courts, les espaces nuisibles sont très petits.
Dans une forme particulièrement avantageuse de l'in- vention l'énergie calorique se fournit au fluide gazeux de com- position chimique pratiquement invariable ou s'en prélève, en amenant de l'extérieur de la chaleur à l'anneau liquide ou en éva- cuant de la chaleur de cet anneau. Ceci assure une fourniture ou une évacuation de chaleur uniforme et facile à réaliser.
Il est souvent peu désirable d'avoir affaire à des parties extérieures tournant à grende vitesse. Il va de
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soi que ceci est très indésirable dans le cas d'un corps animé d'une grande vitesse de rotation qui, en outre, peut être porté à une température très élevée, par exemple 600 C, voire plus.
Pour obvier à cet inconvénient, dans une forme d'exécution de l'invention, les corps de machine contre l'intérieur desquels se forme l'anneau fluide, sont entourés d'un ou de plusieurs carters fixes. Ceci pose un problème par le fait que la fourniture de chaleur à l'anneau liquide ou l'évacuation de la chaleur de. l'an- neau liquide devient très difficile. Dans une s&lution particu- lièrement avantageuse de ce problème, conformément à l'invention, la paroi d'un ou de plusieurs corps de machine contre l'intérieur desquels se forme un anneau liquider est percée de petites ou- vertures à travers lesquelles le fluide peut pénétrer dans les carters fixes. L'échauffement du liquide, respectivement son re- froidissement peut s'effectuer en chauffant ou en refroidissant le carter à l'endroit où s'accumule le liquide.
Lorsque, sui- vant une forme d'exécution de l'invention, ces petites ou- vertures sont disposées de manière que leur axe soit environ tangentiel à la périphérie du corps de machine, la rotation de ce corps est encore renforcée par la force de réaction du li- quide sortant des ouvertures.
Le liquide ayant traversé les étroites ouvertures, qui s'est accumulé dans le carter, doit, après échauffement ou refroidisse- ment, être réintroduit dans le corps de machine rotatif. A cet effet suivant une forme d'exécution de l'invention, le corps ro- tatif comporte un disque, éventuellement muni d'autres tandis que le carter comporte un guide qui capte le fluide chassé par le disque et ce liquide s'accumule dans un tuyau accumulateur et est introduit dans le corps rotatif.
Le liquide utiliser dans la machine .conforme à l'in- vention, dépend du but de cette machine. Il est parfois intéres- sant d'utiliser un liquide très dense. Faute de cette précuation,
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l'anneau pourrait être chassé de certaines chambres. Dans la ma- chine conforme à l'invention, on utilise, de préférence, un li- quide qui, outre une faible tension de vapeur, a un bas point de fusion, un point d'ébullition élevé, et une faible viscosité.
On peut avantageusement utiliser certains alliages et certains sels métalliques. Voici quelques exemples : la machine fait office de moteur, et que le fluide moteur est de l'air, en peut utiliser des sels métalliques non oxydables, par exemple certaines combinaisons de brome et d'iode. Comme la température maximum d'un moteur est très Elevée, par exemple 700 C, il faut choisir un:, liquide qui, à cette température élevée; n'attaque pas les matériaux utilisés et ne se décompose pas. Lorsqu'on utilise dans le moteur un fluide exempt d'oxygène, par exemple de l'hélium, de l'argon, de l'hydrogène ou de l'azote, le liquide sera du potassium, du ,sodium ou un alliage de potassium et de sodium.
Lorsque la machine conforme à l'invention est utilisée comme machine frigorifique, le liquide sera par exemple du mercure ou un composé de brome.
Surtout dans le cas de petites machines portatives conformes à l'invention, il se peut que, par suite d'une in- clinaison de la machine et avant la mise en fonctionnement, le liquide s'écoule d'un corps de machine dans un autre. Pour que, lors de la mise en marche de la machine, l'anneau liquide ait
Certainement la même épaisseur dans tous les corps, dans une forme d'exécution de l'invention, les corps entourant directe- ment les roues à aubes communiquent entre eux par des tubulures judicieu sement établies.
La machine rotative conforme à l'invention peut ;être pratiquement silencieuse et exempte de vibration; de plus, son rendement thermique et son rendement mécanique peuvent être très élevés. Elle convient en particulier pour être exécutée, conformément à l'invention, sous forme d'une machine utilisée
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pour transformer l'énergie mécanique en énergie calorique ou en d'autres termes comme machine frigorifique. Sa construction ramassée et sa marche silencieuse la rendent particulièrement propre à l'utilisation dans les frigorifères. Dans une forme d'exé- cution particulièrement avantageuse, également conforme à l'in- vention, la machine est réalisée sous forme d'un ensemble hermé- tiquement fermé, de sorte qu'il ne peut se produite de fuites du fluide.
Ceci est particulièrement important lorsque le fluide utilisé n'est pas de l'air.
La description du dessin annexé, donné à titre exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fige 1 montre en coupe une machine rotative con- forme à l'invention.
La fige 2 est une coupe, vue dans le sens de la flèche, par le plan A-A de la fig. l.
La fig. 3 est une vue en perspective schématique de la disposition des canaux qui relient entre elles les roues à aubes de la machine montrée sur la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe d'une autre machine conforme à l'invention.
Sur la fig. 1, un arbre 2 est fixé dans un carter fixe 1. Dans ce carter peut tourner un arbre 3 dont on prélève, par exemple, la puissance fournie par la machine lorsque celle- ci est réalisée sous forme d'un moteur à gaz chaud ou qui est entraîné lorsque la machine fait office de machine frigorifique.
L'arbre 2 porte un engrenage 4, qui est conjugué avec un engre- nage 5 tournant autour de l'arbre 6. L'engrenage 5 est aussi conjugué avec une couronne dentée prévue sur l'intérieur d'un corps 7 ; corps 7 peut tourner autour de l'engrenage 4; entre ce corps et cet engrenage se trouve un coussinet 9. Le
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corps 7 est fixé rigidement à l'arbre 3 qui tourne dans le carter 1, L'arbre 6 est fixé rigidement dans une pièce 10 qui peut tourner dans un coussinet 11, autour de l'arbre 2 et dans laquelle est fixé rigidement un arbre excentré 12. Cet arbre porte deux roues à aubes 13 et 14 qui peuvent tourner libre- ment autour de l'arbre 12 et qui sont rigidement reliées entre . elles. D'autre part, l'arbre 12 est relié rigidement à une pièce 15 qui peut tourner dans l'arbre 3.
Les roues à aubes 13-14 eom- portent, à leur périphérie, des dents 16 conjuguées avec une couron- ne dentée intérieure 17 ménagée dans le corps 7. Les roues à aubes 13 et 14, qui sont reliées rigidement entre elles, comportent chacune quatre chambres (voir fig.2) qui communiquent entre elles par les cannaux 18. Chaque chambre de la roue à aubes 13 communique, par un canal 18, avec une chambre de la roue à aubes 14; dans ce canl se trouve un récupérateur. Cependant, les chambres ne sont pas reliées entre elles de manière que deux chambres en regard communiquent ; les canaux de communication sont disposés de la maniè- re montrée sur la fig. 3, c'est-à-dire qu'une chambre de la roue à aubes 13 est reliée à une chambre de la roue à aubes 14, qui est dé-, calée en avant eu en arrière, d'environ 90 .
A l'endroit où se trouvent les roues à aubes, le corps 7 contient un liquide 20 qui, lors de la rotation du corps 7, forme dans celui-ci un anneau. En outre, ce corps renferme deux disques 21 et
22, munis d'ailettes, qui se trouvent aussi près que possible des canaux d'accumulation 23 et 24 munis d'aubes de guidage.
Les canalisations25 et 26 relient ces canaux d'accumulation et l'intérieur du corps 7. La périphérie de ce corps 7 comporte en outre un certain nombre d'étroites ouvertures 27, uniformé- ment réparties sur cette périphérie, et dont, conformément à l'invention, l'axe est approximativement tangentiel 4 la face intérieure du corps. Les deux corps sont reliés, sur la péri- phérie, à l'aide de tubés capillaires 28. Dans le cas où la ma-
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chine représentée fait office de moteur à gaz chaud, elle est équipée d'un brûleur 29; celui-ci est monté dans le boîtier 11 en un endroit pourvu de nervures 30.
En un autre endroit se trouvent des nervures 31 que lèche un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau. Lorsque la machine travaille comme machine frigorifique, la substance à refroidir lèche les nervures 30 tandis qu'un agent réfrigérant lèche les nervures 31.
Comme moteur à gaz chaud, la machine décrite fonctionne de la manière suivante. Le liquide 20 se trouve partiellement dans le corps 7 et partiellement dans le carter 1 et est chauffé par le brûleur 29. Lorsque l'arbre 3 acquiert, par exemple sous l'effet d'une force extérieure, un mouvement de rotation, le corps 7 est entrainé. Comme ce corps 7 comporte des dents in- . térieures 16, il communique sa rotation à la paire de roues à aubes 13 et 14. En même temps, 'la roue dentée 5 est entrainée et comme celle-ci est enfermée entre la denture intérieure du corps 7 et l'engrenage 4 fixé rigidement sur l'arbre 2, l'en- grenage 5 tourne autour de l'arbre 2. De ce fait, l'arbre 6 tourne aussi: il entraîne la pièce 10 et cette dernière entraîne l'arbre 12 dont l'axe effectue donc une rotation autour de l'axe de l'arbre 2.
Cet arbre 12 porte cependant aussi les,roues à aubes 13 et 14 à mettre en mouvement, de sorte que les roues à aubes 13 et 14 tournent non seulement autour de l'arbre 12, mais en outre, dans leur ensemble, autour de l'axe de l'arbre 2.
Comme il a déjà été mentionné, le liquide 20 forme, par suite de la rotation du corps 7, un anneau contre la face intérieure du corps et cet anneau est si épais que, dans la position ;telle que le bord extrême des roues à aubes se trouve le plus loin de la face intérieure du corps 7, cet anneau forme encore tout juste les chambres formées par les aubes du côté supérieure Par suite de la rotation des roues à aubes, les aubes et les parois latérales plongent plus ou moins profondément dans le
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liquida*sorte que les chambres formées par ces aubes et les anneaux liquides deviennent plus grandes ou plus petites.
Comme le fluide qui se trouve dans ces chambres, de l'air ou un autre gaz, est ainsi comprimé et détendu et que les communi- cations entre les chambres dans la roue à aubes 13 et celles dans la roue à aubes 14 sont telles qu'il existe un certain décalage entre les variations de volume de ces chambres, la machine peut évidemment fonctionner comme moteur. Sur le des- sin, conformément à l'invention, toutes les chambres dites chaudes se trouvent dans la roue à aubes 13, et toutes les chambres froides dans la roue à aubes 14. Les canalisations par lesquelles communiquent les chambres de ces deux roues à aubes, et que parcourt donc le gaz dans un sens puis dans l'autre, com- portent des récupérateurs 19 auxquels le gaz détendu cède de la chaleur que réabsorbe le gaz comprimé revenant des chambres formées dans la roue à aubes 14.
Lorsque le corps de machine 7 tourne, une partie de l'anneau liquide 20 parvient, à travers les ouvertures 27, dans le carter 1, ce liquide s'accumule à la partie inférieure de ce corps au-dessus de la chambre de réchauffement, respectivement de la chambre de refroidissement, et y est fortement chauffé ou refroidi.
Le liquide est ramené dans le corps de machine rotatif par le fait que des disques 21 et 22, munis d'aubes, provoquent la rotation du liquide et l'amènent ainsi dans les canaux d'accu- mulation 23 et 24 munis d'aubes de guidage, d'où le liquide est de nouveau amené dans le corps rotatif 7. Il se peut qu'avant le démarrage, une partie du liquide soit parvenue de l'une des moitiés du corps 7 dans l'autre, de sorte que les anneaux li- quides dans les deux moitiés ne seraient pas également épais.
Les tubulures 28 obvient à cet inconvénient ; font en sorte que l'anneau liquide ait la même-épaisseur dans les deux moi ti és.
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La machine peut être réalisée, par exemple, de manière que les roues à aubes tournent à 4300 tours par minute; le corps 7 fait alors 4000 tours par minute et la pièce 10, 2800 tours par minute, le corps de machine ainsi que les roues à aubes et l'axe de l'arbre 12 tournant dans le même sens.
La fig. 4 montre schématiquement une autre forme d'exé- cution de la machine conforme à l'invention; ce dessin ne com- porte pas le carter 1, le dispositif de chauffage et de refroi- dissement, une roue à aube, les récupérateurs 18 ni le circuit 20, 21, 22, 23 du liquide représentés sur la fig.l. Lorsqu'onad- met que l'arbre 100 est entrainé, cet arbre entraîne les engre- nages y fixés rigidement 101 et 102 L'engrenage 101 est con- jugué avec un engrenage 104 fixé sur l'arbre 103, de sorte que l'arbre 103 peut tourner et entraîner une pièce fixe 105 fixée rigidement sur cet arbre. Dans cette pièce peut tourner un arbre 107, qui porte les roues à aubes 108 et dont l'axe tourne donc autour de l'axe'de l'arbre 3. Sur l'arbre 107 est fixé un engrenage 109.
Cet engrenage est conjugué avec la roue dentée 106 portée par une pièce 111, pièce qui est conjuguée avec l'engrenage 102 qui est entraîné par l'arbre 100. De ce fait, les roues à aubes 108 effectuent une rotation autour de l'arbre 107. Comme les roues à aubes'108 comportent une cou- ronne dentée 112 conjuguée avec une couronne dentée prévue dans le corps de machine 113, ce corps tourne aussi. Pour le reste, la machine peut être exécutée comme celle représentée sur la fig.l.
Les vitesses appropriées pour la machine représentée sur la fige 4, sont, par exemple, les suivantes; l'arbre 100 peut effectuer 3160 tours par minute ; dans ce cas, l'engrenage
109 et la patre de roues à aubes 108 font 4300 tours, la pièce
111, 3550 tours, l'engrenage 104 avec l'arbre 103 et la pièce
105, 2800 tours et enfin le corps 113, 4000 tours.
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Rotary hot gas machine.)
Machines which convert heat energy into mechanical energy can be classified into two groups: fixed motor chamber machines and rotary motor chamber machines. The first group includes, among others, steam engines and stationary cylinder combustion engines) hot gas piston engines, etc. The second group comprises turbines, steam and combustion engines with rotary cylinders, etc.
The present invention relates to a machine of the second group, namely a rotary hot gas engine or else a rotary refrigeration machine, operating on the reverse principle of the hot gas engine.
By "hot gas engine or refrigeration machine operating on the reverse principle of that of the gas engine -
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hot ". means a machine in which a gaseous fluid, of practically invariable chemical composition, describes a certain number of separate thermodynamic cycles, and in which each of the cycles takes place in two chambers, constantly communicating, in 1: which different average temperatures prevail and whose volumes vary periodically with a certain offset, these chambers being arranged so that in one of two conjugate chambers essentially occurs an expansion and in the other, essentially a compression of the fluid .
In a hot gas engine, heat energy is transformed into mechanical energy, while in a refrigeration machine, the reverse happens.
Rotary hot gas engines with continuous gas circulation are known. In these known machines, one or more rotary compressors compress the fluid; fluid is cooled, passes through a recuperator and a hot source, and is introduced into the machine which comprises a paddle wheel eccentric relative to the body of the machine. If the supply channels and discharge channels are properly arranged, this impeller will rotate. The rotation of this impeller will cause an enlargement of some of the chambers formed by these vanes; fluid relaxes and provides work. After expansion, the fluid escapes and returns to the compressor, passing through the recuperator and the aforementioned refrigerant.
This known embodiment has several drawbacks. To achieve a suitable thermal efficiency, it is necessary, after heating, the temperature of the fluid is as high as possible. The blades of the impeller must press against the wall of the casing so that the leaks between the chambers are very low, which results in high friction of the ends of the blades against the inner wall.
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Obviously, efforts will be made to reduce friction by lubricating the inside of the machine body properly, but at high operating temperatures, this lubrication has serious drawbacks.
It is also known practice to let the blades rotate freely relative to the body of the machine; slight play then remains between the blade and the body of the machine. Apart from the fact that, in this case, the different expansion coefficients of the machine body and the vanes can play an unpleasant role at high temperatures, leaks occur which affect the efficiency of the installation. In addition, the complete device, equipped with recuperators and heaters, becomes complicated and the size of the machine, which precisely for rotary machines can be appreciably smaller than that of machines with moving pistons. alternative of the same power, will be larger.
The invention makes it possible to obviate the drawbacks inherent in known forms of construction, without compromising the advantages which a rotary machine generally presents, namely: small size, easy balancing, high mechanical efficiency, etc. In addition, the rotary machine according to the invention requires little or no rigorously finished mechanical parts and the essential parts can be obtained by stamping and other simple operations.
According to the invention, in a machine in which a gaseous fluid of practically invariable chemical composition describes a certain number of separate closed thermodynamic cycles, and in which each of the cycles is described in two permanently communicating chambers in which average temperatures prevail different, and whose volumes vary periodically with a certain offset, the walls of the chambers are partially formed by the vanes
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of a paddle wheel which can turn around a shaft eccentric with respect to the axis of the body of the machine in which the paddle wheel turns, and partially by a liquid ring that the rotation of the body of the machine , possibly also of the paddle wheel, formed against the inner wall of the body, machine which comprises at least two paddle wheels,
and wherein the fluid has substantially the same temperature in the various chambers of each of these impellers, the average temperature of the fluid in the chambers of one impeller differing from the temperature of the fluid in the chambers of at least one other impeller paddle steamer. In this way, on the one hand, a rigorously hermetic closure is obtained between the blades and the wall of the body, and on the other hand, this closure practically does not cause friction of the pistons in the cylinders. This perfect seal does not require any rigorous finishing; the permissible tolerance for the length of a blade is 0.5mm. In addition, all the so-called cold rooms are in at least one or more paddle wheels and all the hot rooms are in one or more other paddle wheels.
This arrangement is particularly advantageous with regard to the thermal insulation required between the cold rooms and the hot rooms.
We can obviously also distribute the hot rooms on two paddle wheels, while the cold rooms are in a paddle wheel or vice versa. However, it is desirable that a paddle wheel always have chambers of the same nature.
Preferably, in an advantageous embodiment of the invention, 1- * axis of the shaft of a machine body and the axis of the shaft of the corresponding impeller, are fixed in space. .
In another embodiment of the invention,
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the axis of the shaft of a machine body and the axis of the shaft of the corresponding impeller can rotate around each other.
In one embodiment of the invention, the machine body can rotate about a shaft whose axis describes a cylinder with a circular base, cylinder whose axis coincides with the axis of the shaft of the wheel. corresponding vane.
Conversely, in another embodiment of the invention, a paddle wheel can rotate around a shaft whose axis describes a cylinder with a circular base, the cylinder whose axis coincides with the axis of the shaft. shaft of the corresponding machine body.
Preferably, according to another embodiment of the invention, the axis of the shaft of the machine body is fixed in space. We then obtain the simplest form of construction of the set.
In general, the aforementioned provisions are intended to increase the mechanical efficiency of the device. Indeed, when using a liquid ring animated at a high speed of rotation and whose rotation results only from that of a paddle wheel while the machine body against which the liquid ring is formed is fixed, the The friction of the ring on the machine body is quite large, which can lead to significant losses.
To reduce these frictional losses, according to another embodiment of the invention, the machine body can rotate in the same direction as the axis of the shaft of the paddle wheels /
Excellent results are obtained when, according to one embodiment of the invention, the peripheral speed of the interior of a rotating machine body differs by at most about 5% from the speed. peripheral of the end of the blade to the point where this end plunges to
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the liquid ring. Thanks to this arrangement, at the point where the contact surface between the vane and the fluid is the greatest, and therefore where the introduction and the exit of the vane and the walls in and out of the fluid could cause the largest friction losses, these losses are reduced to a minimum.
The various chambers formed on the one hand by the blades of the paddle wheel and on the other hand by the liquid ring and which, in the same paddle wheel, preferably always have approximately the same average temperature, must communicate with the same number of chambers in another impeller whose fluid is at a higher or lower average temperature. It is obviously possible, for this purpose, to connect the chambers by a certain number of independent pipes.
Preferably, in accordance with the invention, the paddle wheels are rigidly integral and also preferably, in accordance with the invention, the various paddle wheels are assembled together by a member which comprises a number of channels. communication equal to the number of chambers in a paddle wheel *
In one embodiment of the invention, a compact and simple construction has been obtained by placing recuperators in the communication channels: the channels are very short, the harmful spaces are very small.
In a particularly advantageous form of the invention the heat energy is supplied to or withdrawn from the gaseous fluid of practically invariable chemical composition, by supplying heat from outside to the liquid ring or by evacuating it. - amount of heat from this ring. This ensures uniform and easy to achieve heat supply or removal.
It is often undesirable to deal with exterior parts rotating at high speed. It goes from
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Obviously, this is very undesirable in the case of a body having a high rotational speed which, moreover, can be brought to a very high temperature, for example 600 ° C. or even higher.
To overcome this drawback, in one embodiment of the invention, the machine bodies against the inside of which the fluid ring is formed, are surrounded by one or more fixed housings. This poses a problem in that the supply of heat to the liquid ring or the removal of heat from. the liquid ring becomes very difficult. In a particularly advantageous solution to this problem, according to the invention, the wall of one or more machine bodies against the inside of which a liquid ring is formed is pierced with small openings through which the fluid. can penetrate fixed housings. The liquid can be heated, respectively cooled, by heating or cooling the crankcase at the place where the liquid accumulates.
When, according to one embodiment of the invention, these small openings are arranged so that their axis is approximately tangential to the periphery of the machine body, the rotation of this body is further reinforced by the force of the machine. reaction of the liquid leaving the openings.
The liquid which has passed through the narrow openings, which has accumulated in the casing, must, after heating or cooling, be reintroduced into the rotating machine body. For this purpose according to one embodiment of the invention, the rotating body comprises a disc, optionally provided with others, while the housing comprises a guide which captures the fluid expelled by the disc and this liquid accumulates in an accumulator pipe and is introduced into the rotating body.
The liquid to be used in the machine according to the invention depends on the purpose of this machine. It is sometimes interesting to use a very dense liquid. In the absence of this precuation,
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the ring could be kicked out of some rooms. In the machine according to the invention, a liquid is preferably used which, in addition to a low vapor pressure, has a low melting point, a high boiling point and a low viscosity.
Certain alloys and certain metal salts can advantageously be used. Here are some examples: the machine acts as a motor, and the motor fluid is air, can use non-oxidizable metal salts, for example certain combinations of bromine and iodine. As the maximum temperature of an engine is very high, for example 700 C, it is necessary to choose a :, liquid which, at this high temperature; does not attack the materials used and does not decompose. When an oxygen-free fluid such as helium, argon, hydrogen or nitrogen is used in the engine, the fluid will be potassium, sodium or an alloy of potassium and sodium.
When the machine according to the invention is used as a refrigeration machine, the liquid will be for example mercury or a bromine compound.
Particularly in the case of small portable machines according to the invention, it may happen that, as a result of tilting the machine and before it is put into operation, the liquid flows from a machine body into a machine. other. So that, when starting the machine, the liquid ring has
Certainly the same thickness in all the bodies, in one embodiment of the invention, the bodies directly surrounding the paddle wheels communicate with each other by judiciously established tubes.
The rotary machine according to the invention can be practically silent and free from vibration; moreover, its thermal efficiency and its mechanical efficiency can be very high. It is particularly suitable for being executed, in accordance with the invention, in the form of a machine used
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to transform mechanical energy into caloric energy or in other words as a refrigerating machine. Its compact construction and quiet running make it particularly suitable for use in refrigerators. In a particularly advantageous embodiment, also according to the invention, the machine is designed as a hermetically sealed assembly, so that no leakage of the fluid can occur.
This is particularly important when the fluid used is not air.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Figure 1 shows in section a rotary machine in accordance with the invention.
The rod 2 is a section, seen in the direction of the arrow, by the plane A-A of FIG. l.
Fig. 3 is a schematic perspective view of the arrangement of the channels which interconnect the paddle wheels of the machine shown in FIG. 1.
Fig. 4 is a section through another machine according to the invention.
In fig. 1, a shaft 2 is fixed in a fixed casing 1. In this casing can turn a shaft 3 from which, for example, the power supplied by the machine is taken when the latter is produced in the form of a hot gas engine or which is driven when the machine acts as a refrigerating machine.
The shaft 2 carries a gear 4, which is combined with a gear 5 rotating around the shaft 6. The gear 5 is also combined with a ring gear provided on the inside of a body 7; body 7 can rotate around gear 4; between this body and this gear is a bearing 9. The
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body 7 is rigidly fixed to the shaft 3 which rotates in the housing 1, The shaft 6 is rigidly fixed in a part 10 which can rotate in a bearing 11, around the shaft 2 and in which is rigidly fixed a shaft eccentric 12. This shaft carries two paddle wheels 13 and 14 which can rotate freely around the shaft 12 and which are rigidly connected between. they. On the other hand, the shaft 12 is rigidly connected to a part 15 which can rotate in the shaft 3.
The paddle wheels 13-14 have, at their periphery, teeth 16 conjugated with an internal toothed crown 17 formed in the body 7. The paddle wheels 13 and 14, which are rigidly connected together, each comprise four chambers (see fig.2) which communicate with each other through the channels 18. Each chamber of the paddle wheel 13 communicates, through a channel 18, with a chamber of the paddle wheel 14; in this canl is a recuperator. However, the rooms are not interconnected so that two facing rooms communicate; the communication channels are arranged in the manner shown in fig. 3, i.e. a chamber of the paddle wheel 13 is connected to a chamber of the paddle wheel 14, which is offset forward or backward by about 90.
Where the paddle wheels are located, the body 7 contains a liquid 20 which, upon rotation of the body 7, forms a ring therein. In addition, this body contains two discs 21 and
22, provided with fins, which are located as close as possible to the accumulation channels 23 and 24 provided with guide vanes.
The pipes 25 and 26 connect these accumulation channels and the interior of the body 7. The periphery of this body 7 further comprises a certain number of narrow openings 27, uniformly distributed over this periphery, and of which, in accordance with l 'invention, the axis is approximately tangential to the inner face of the body. The two bodies are connected, on the periphery, by means of capillary tubes 28. In the case where the ma-
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china represented acts as a hot gas engine, it is equipped with a burner 29; the latter is mounted in the housing 11 at a location provided with ribs 30.
In another place there are ribs 31 which a refrigerant fluid, for example water, licks. When the machine works as a refrigerating machine, the substance to be cooled licks the ribs 30 while a refrigerant licks the ribs 31.
As a hot gas engine, the machine described operates as follows. The liquid 20 is located partially in the body 7 and partially in the casing 1 and is heated by the burner 29. When the shaft 3 acquires, for example under the effect of an external force, a rotational movement, the body 7 is trained. As this body 7 has internal teeth. 16, it communicates its rotation to the pair of paddle wheels 13 and 14. At the same time, the toothed wheel 5 is driven and like the latter is enclosed between the internal teeth of the body 7 and the gear 4 fixed rigidly. on the shaft 2, the gear 5 turns around the shaft 2. As a result, the shaft 6 also turns: it drives the part 10 and the latter drives the shaft 12 whose axis therefore performs a rotation around the axis of the shaft 2.
This shaft 12, however, also carries the paddle wheels 13 and 14 to be set in motion, so that the paddle wheels 13 and 14 rotate not only around the shaft 12, but also, as a whole, around the shaft. 'shaft axis 2.
As already mentioned, the liquid 20 forms, as a result of the rotation of the body 7, a ring against the inner face of the body and this ring is so thick that in position; such as the end edge of the paddle wheels is located furthest from the inner face of the body 7, this ring still just forms the chambers formed by the vanes on the upper side. As a result of the rotation of the impellers, the vanes and the side walls plunge more or less deeply into the
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liquida * so that the chambers formed by these vanes and the liquid rings become larger or smaller.
Since the fluid in these chambers, air or other gas, is thus compressed and expanded and the communications between the chambers in the impeller 13 and those in the impeller 14 are such that 'there is a certain gap between the variations in volume of these chambers, the machine can obviously function as a motor. In the drawing, in accordance with the invention, all the so-called hot chambers are located in the paddle wheel 13, and all the cold chambers in the paddle wheel 14. The pipes through which the chambers of these two wheels communicate with each other. blades, and which the gas therefore travels in one direction and then in the other, comprise recuperators 19 to which the expanded gas gives up heat which is reabsorbed by the compressed gas returning from the chambers formed in the paddle wheel 14.
When the machine body 7 rotates, part of the liquid ring 20 reaches, through the openings 27, in the casing 1, this liquid accumulates in the lower part of this body above the heating chamber, respectively of the cooling chamber, and is strongly heated or cooled there.
The liquid is returned to the rotating machine body by the fact that discs 21 and 22, fitted with vanes, cause the liquid to rotate and thus bring it into the accumulation channels 23 and 24 fitted with vanes. guide, from which the liquid is again fed into the rotating body 7. It may be that before start-up, some of the liquid has passed from one of the halves of the body 7 into the other, so that the liquid rings in the two halves would not be equally thick.
The tubes 28 obviate this drawback; make sure that the liquid ring has the same thickness in both months.
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The machine can be made, for example, so that the paddle wheels rotate at 4300 revolutions per minute; the body 7 then makes 4000 revolutions per minute and the part 10, 2800 revolutions per minute, the machine body as well as the paddle wheels and the axis of the shaft 12 rotating in the same direction.
Fig. 4 schematically shows another embodiment of the machine according to the invention; this drawing does not include the casing 1, the heating and cooling device, a paddle wheel, the recuperators 18 nor the circuit 20, 21, 22, 23 of the liquid shown in fig.l. When it is accepted that the shaft 100 is driven, this shaft drives the gears fixed therein rigidly 101 and 102. The gear 101 is combined with a gear 104 fixed on the shaft 103, so that the shaft 103 can rotate and drive a fixed part 105 rigidly fixed to this shaft. In this part can turn a shaft 107, which carries the paddle wheels 108 and whose axis therefore rotates around the axis' of the shaft 3. On the shaft 107 is fixed a gear 109.
This gear is combined with the toothed wheel 106 carried by a part 111, which part is conjugated with the gear 102 which is driven by the shaft 100. As a result, the bladed wheels 108 rotate around the shaft. 107. As the paddlewheels 108 have a ring gear 112 mating with a ring gear provided in the machine body 113, this body also rotates. Otherwise, the machine can be made like the one shown in fig.l.
The speeds suitable for the machine shown in fig 4 are, for example, the following; shaft 100 can perform 3160 revolutions per minute; in this case, the gear
109 and 108 paddle wheel patre make 4300 revolutions, each
111, 3550 revolutions, the gear 104 with the shaft 103 and the part
105, 2800 turns and finally the body 113, 4000 turns.