<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX ECHANGEURS DE PRESSION ET A LEURS APPLICATIONS-
L'invention est relative à des échangeurs de pression et à leurs applications. Des échangeurs de pression ont déjà été proposés pour transmettre de l'énergie depuis un fluide;, qui est à un niveau ou étage de pression supé- rieur, à un fluide qui est à un niveau ou étage de pression inférieur. Un dis- positif,qui a été réalisé pour un tel usagecomprend une roue à cellules avec des plaques terminales établies à proximité des extrémités de ladite roue et à travers lesquelles le fluide est introduit dans les cellules et évacué hors de celles-ci..
Pour un échangeur de pression, la transmission de l'énergie a lieu par des impulsions produites par la pression du fluide dans les cellules alors que dans d'autres échangeurs la détente du fluide depuis une cellule provoque la compression du fluide dans une autre cellule. Le balayage des cel- lules, pendant un étage du fonctionnement, est une opération courante.
L'invention consiste,principalement à faire comporter aux échan- geurs, du genre en question, plusieurs cellules dont chacune peut être mise en communication, à ses extrémités;,, avec des fluides qui sont à des niveaux de pression différents de sorte qu'il existeà ces moments, une différence de pression entre les deux extrémités de la cellule afin quepar l'accélération et la décélération du fluide dans les cellules, de l'énergie soit transmise entre les fluides qui communiquent avec l'échangeur de pression et qui sont à des niveaux de pression différentso
Les cellules d'un tel échangeur de pression peuvent, avantageuse- ment,
être réparties annulairement autour de la périphérie d'une roue à cellules qui peut tourner par rapport à une plaque terminale adjacente. A travers cette plaque les cellules peuvent communiquer avec plusieurs conduits répartis angulai- rament autour de l'axe de rotation de la roue, les fluides à des niveaux de pres- sion différents étant fournis, par ces conduits, aux cellulose
A l'extrémité des cellules,, opposée à celle où se trouve ladite
<Desc/Clms Page number 2>
plaque terminale., une communication peut être établie avec un ou plusieurs con- duits maintenus à des niveaux de pression différents de ceux du fluide débité.
Une plaque terminales, analogue à celle dont question ci-dessus, peut également être établie d'une manière similaire à cette autre extrémité. La section des passages ménagés dans une plaque terminale et leurs emplacements mutuels sont, de préférence 9 choisis de manière telle que, pour un fonctionnement normale on fasse avantageusement usage d'impulsions accélératrices et décélératrices pre- duites dans le fluide à l'intérieur d'une cellule quand celle-ci se déplace par rapport aux passages susdits.
On a dit plus haut que dans un échangeur de pression,établi se- lon l'invention, il se produit au cours du fonctionnement une différence de pres- sion entre les deux extrémités d'une cellule. Dans certains cas, il est avan- tageux de transformer la pression d'un fluide en une composante de vitesse, par exemple en donnant volontairement à une extrémité d'une cellule une forme convergente en section transversale afin que le fluide traverse cette extrémi- té à une vitesse plus grande que celle qu'il aurait sans cela. Un tel accrois- semant de la vitesse aux dépens de la pression du fluide et des transforma- tions physiques similaires doivent être considérés comme faisant partie de la portée de l'invention.
L'invention consiste, également, à faire comporter à un échangeur du genre en question plusieurs cellules dont chacune, à son tour, est mise al- ternativement en communication, à une extrémité, avec un fluide qui est à deux niveaux de pression différents et, à son extrémité opposée, avec un fluide seu- lement qui est à un niveau de pression intermédiaire entre les deux niveaux de pression susdits.
A titre de généralisation, on peut faire comporter à l'échangeur de pression susdit plusieurs cellules dont chacune, à son tour, est mise en communication., par une extrémité, avec plusieurs sources successives de flui- des à des niveaux de pression différents et, par son extrémité opposée, avec un fluide seulement qui est à un niveau de pression intermédiaire entre les valeurs extrêmes des niveaux de pression susdits.
L'invention consistey aussi, à agencer un échangeur de pression de manière telle qu'il puisse égaliseren substance, les pressions de, fluides qui sont à plusieurs niveaux de pression différents et qui. comprend, à cet effet, une roue à cellules, une plaque terminale adjacente à cette roue,, des moyens pour obtenir un mouvement angulaire relatif entre ladite roue et ladi- te plaque et plusieurs conduits par chacun desquels un desdits fluides à des pressions différentes est amené à la plaque terminale pour être fourni à la roue à cellules, l'agencement étant tel que chaque cellule, à son tour, est mise en communication, à une extrémité, avec lesdits conduits successifs alors qu'un conduit commun,
dont la pression interne est maintenue à un ni- veau intermédiaire entre les pressions extrêmes des fluides débités, sert à recueillir le fluide débité par l'autre extrémité des cellules.
Ce dernier échangeur de pression est d'un type particulier en ce sens qu'il reçoit des fluides qui sont à des niveaux de pression différents et qu'il débite, en réalité, du fluide à un niveau de pression intermédiaire de sorte que cet appareil peut être dénommé un égalisateur ou équilibreur de pression.
L'invention consiste,également, à agencer un échangeur de près- sion de manière telle qu9il puisse, en étant alimenté avec un fluide, débiter un fluide à plusieurs niveaux de pression différents, un niveau au moins étant plus élevé et un autre au moins étant moins élevé que la pression du fluide fourni à l'échangeur, ce dernier comprenant une roue à cellules, une plaque terminale voisine de ladite roue, des moyens pour obtenir un mouvement angulai- re relatif entre ladite roue et ladite plaque, un conduit par lequel le fluide fourni est amené à une extrémité de chaque cellule et plusieurs conduits éta- blis en aval de la roue à cellules depuis ladite plaque terminale, chacun des- dits conduits étant maintenu à un niveau de pression interne différent,
un au
<Desc/Clms Page number 3>
moins de ces niveaux étant supérieur et un au moins de ces niveaux étant in- férieur à la pression du fluide fourni,, lesdits conduits servant à recueil- . lir le fluide déchargé par l'autre extrémité des cellules.
Ce dernier échangeur de pression est d'un autre type parti- culier en ce sens que le fluide fourni transmet de l'énergie au fluide qui sort de 1.' appareil à une pression supérieure alors que du fluide est égale- ment débité à une pression inférieure. Un échangeur de ce genre peut donc être considéré comme étant un diviseur de pression.
Les échangeurs de pressions, établis selon l'invention, présen- tent diverses caractéristiques qui les distinguent de ceux connus jusqu'ici.
Par exemple, les modes de réalisation de l'invention fonctionnent par suite d'une intervention pratiquement continue d'impulsions accélératrices ou dé- célératrices produites pa'la. pression du fluide dans n'importe quelle cel- laie. Il ne se produit pas un balayage appréciable des cellules à un étage quelconque du fonctionnement de l'appareil. De plus, les dispositions propo- sées antérieurement ont toujours été prévues pour des échangeurs de chaleur qui forment la majeure partie d'une machine thermique ou d'une pompe de cha- leur. Les échangeurs de pression, proposés antérieurement, ont pour facteur commun que le fluide extrait d'une roue à cellules de l'échangeur est réin- troduit,notamment après chauffage, dans ladite roue.
Cette particularité ne se présente pas pour les modes de réalisation de l'invention.
Dans ce cas, comme pour les dispositifs antérieure., les fluides entre lesquels l'énergie doit être transmise, sont le plus avantageusement à l'état gazeux. Les échangeurs de pression, établis selon l'invention, sont plus spécialement destinés à fonctionner exclusivement avec des gaz mais des liquides peuvent également être utilisés. De même, il est possible d'envisa- ger des dispositifs dans lesquels l'énergie est transmise entre des liquides et des gaze
Les échangeurs de pression, établis selon l'invention, ont de nombreuses applications,plus particulièrement comme parties constitutives d'installations avec des machines thermiques.
L'invention a également pour objet une machine thermique qui comprend un premier échangeur de pression qui reçoit du gaz à un premier niveau de pression et qui débite ledit gaz à deux niveaux de pression dont un est snpérieur et l'autre inférieur au niveau cité en premier lieu, un dis- positif de chauffage du gaz qui reçoit du gaz au niveau de pression supérieur provenant du premier échangeur de chaleur et qui débite du gaz chaud et un deuxième échangeur de pression qui reçoit du gaz chaud et du gaz déchargé au- dit niveau de pression inférieur par le premier échangeur de chaleur pour dé- charger un courant de gaz chaud.
Le courant de gaz chaud, le gaz au niveau de pression inférieur du premier 'échangeur de pression ou tout autre gaz reçu au premier niveau de pression peuvent être détendus dans une machine de détente. Cette dernière est, de préférence, une turbine à gaz,
Si le deuxième échangeur de pression est agencé de manière à re- cevoir une autre alimentation en gaz dont la température est basse comparati- vement à celle du gaz chaud, une quantité de chaleur plus grande peut être in- troduite par l'intermédiaire du dispositif de chauffage. Il est possible, en rem- plaçant le dispositif de chauffage par un moteur à combustion interne, de sur- alimenter ce dernier.
Les gaz chauds détendus qui quittent une installation usuelle compresseur-turbine à gaz, peuvent avantageusement être introduits dans un échangeur de pression en même temps qu'on alimente celui-ci avec du gazà une pression inférieure.Le gazdébité par l'échangeur, peut ensuite être détendu à l'aide d'une tuyère pour produire une poussée propulsive très efficace.
Pour un autre agencement possible d'une installation compresseur- turbine à gaz, le gaz chaud, qui est débité par le dispositif de chauffage et
<Desc/Clms Page number 4>
qui est à fournir à l'installation, est introduit dans un échangeur de pres- sion en même temps qu'on alimente celui-ci avec un gaz à une pression infé- rieureo Le gazdéchargé par l'échangeur de pression,est ensuite détendu dans la turbine. A cause de cet agencement, le dispositif de chauffage peut intervenir pour introduire plus de chaleur qu'il ne serait possible de le faire autrement.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, plusieurs modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre,en coupe axiale, un échangeur de pression éta- bli selon un premier mode de réalisation de l'invention, la coupe de la moitié supérieure de la fig. 1 étant faite dans un plan perpendiculaire à celui de la coupe montrée sur la moitié inférieure de ladite figure.
La figo 2 montre, dans le secteur A, une coupe faite suivant A- A fig. 1 et;, dans le secteur B, la face d'une plaque terminale du dispositif susdit, cette plaque étant vue depuis la roue à cellules de la fig. 1.
La figo 3 montre:, en développement, une partie du contour de la roue à cellules et une partie des conduits appartenant au dispositif de la fig. 1.
Les figso 4 et 5 montrent, en coupe axiale, respectivement un deuxième et un troisième mode de réalisation de l'invention.
La fig. 5A montre;, en perspective, une partie du dispositif de la fig. 5.
Les figso 6,7 et 8 montrent, schématiquement, trois variantes suivant lesquelles des échangeurs de pression, établis selon l'invention, peuvent être incorporés dans des installations avec machines thermiques pour obtenir certains avantages voulus.
La fig. 9 montre, schématiquement, l'incorporation d'un échan- geur de pression, établi selon l'invention, dans une installation pour la propulsion par turbo-réacteur.
La fig. 10 montre, semblablement, une variante d'une installation avec turbine à gaz pour laquelle la position de l'échangeur de pression est différente.
Les fige. 1 à 3 montrent une roue à cellules tournante 1 mon- tée sur un arbre 2 tourillonné dans des paliers 3 et 3'. Ces paliers sont lo- gés dans des plaques terminales aux extrémités opposées de la roue à cellules comme montré en 4 et 4'.La roue 1 est constituée par un cylindre avec une cou- ronne périphérique annulaire formée entre une paroi externe 6 et une paroi interne 7.
Cette couronne est subdivisée par des cloisons axiales et radiales 5, bien visibles sur la fig. 2, pour former plusieurs cellules 5' Les faces latérales 8 et 8' de la roue à cellules se trouvent très près des faces corres- pondantes des plaques terminales susdites et des joints (non montrés) sont éta- blis entre les faces latérales de la roue et les plaques susdites pour réduire les pertes par des fuites. Ces joints peuvent tre constitués par des joints à labyrinthe ou des joints coulissants, par exemple.
Ils ne doivent pas néces- sairement tre établis sur des faces opposées dans un plan diamétral, comme montré sur la fig. 1, mais ils peuvent, tout aussi bien, être prévus sur des surfaces cylindriques qui sont coaxiales à la roue et, dans certains cas, ceci peut être préférableo Sur la fig. 3, on a l'occasion de montrer que les cloi- sons 5, délimitant les cellules 5' de la roue 1, ne doivent pas nécessairement être orientées axialement mais qu'elles peuvent être inclinées par rapport au plan axial. A chaque plaque terminale sont adjoints des conduits qui partent de la roue à cellules 1 et à travers lesquels le fluide peut passer en s'é- coulant vers la roue ou à partir de celle-ci.
Des passages 9, 9' et 10, 10', ménagés dans les plaques terminales, sont répartis régulièrement et alternati- vement autour de l'axe de 1?arbre 2 et sont séparés les uns des autres par des cloisons 11, 11', SI 12.9 12', 13, 13' bien visibles sur la fig. 2.
<Desc/Clms Page number 5>
Dans les faces des plaques terminales, adjacentes à la roue à cellules, sont prévues des cloisons 14 (figo 2),en forme de secteur, qui sépa- rent les passages les uns des autres,, Les passages eux-mêmes, comme celui dé- signé par 9, peuvent être convergents ou divergents coma rendu nécessaire par la constitution de l'échangeur de pressiono Sur la fig. 1, les flèches 15, 15' et 16, 16' montrent le sens de l'écoulement du gaz à travers 1'échangeur de pression et sur la figo 3 la flèche 17 indique le sens de la rotation de la roue à cellules par rapport aux plaques terminales fixes.
Pour ce mode de réa- lisation la roue à cellules 1 tourne mais il est évident que la rotation rela- tive entre la roue à cellules et les plaques terminales peut être obtenue en faisant tourner lesdites plaques alors que la roue à cellules reste fixe. On voit sur la figo 1 que la roue à cellules tournante 1, montée sur l'arbre 2, peut être entraînée, par une commande externe agissant sur l'extrémité libre de l'arbreo La roue à cellules peut aussi être entraînée uniquement par suite de l'écoulement du fluide à travers les cellules quand ce fluide vient frap- per obliquement les cloisons séparant les cellules.
Les plaques terminales 4 et 4' peuvent être reliées l'une à l'au- tre pour former un ensemble rigide mais elles sont, de préférence, établies de manière telle par rapport à la roue à cellules qu'une dilatation soit rendue possibleo Les organes de support doivent alors être tels qu'ils permettent un déplacement axial des plaques terminales l'une par rapport à l'autre sans qu' aucune inclinaison ne soit permise. Ceci est nécessaire afin que l'étanchéité entre les plaques terminales et la roue à cellules continue à être assurée.
Un dispositif a été décrit préalablement pour lequel le jeu entre la roue à cellules et la plaque terminale est maintenu sensiblement constant malgré la dilatation thermique. On se sert de paliers qui sont capables d'encaisser des poussées axiales et qui sont établis à proximité de l'intervalle ou de l'en- droit où l'on veut conserver le joue On évite ainsi l'inclinaison de la plaque terminale.
Le fonctionnement de l'échangeur de pression, montré sur les figso 1 à 3, est le suivant. On rappelle que sur la fige 1, les passages 9, 10 et 9', 10' sont répartis alternativement autour de l'axe de l'arbre 2 en formant, approximativement, des angles droits entre eux comme bien visible sur le secteur B de la fig. 2.
Les deux passages d'admission 9, diamétralement op- posés, sont reliés entre eux, en amont de l'échangeur de pression, pour former un seul conduite La même disposition est adoptée pour les passages d'admission 10 qui forment également des branches d'une fourche aboutissant à un seul con- duit 0 Le conduit, aboutissant aux passages d'admission 9, communique avec une source d'un fluide qui est à une pression et celui relié aux passages d'admis- sion 10 communique avec une source du fluide qui est à une autre pression. Une de ces pressions peut, avantageusement, être la pression atmosphérique et le fluide fourni étant l'air ambiant.
Les passages de sortie 9' et 10' de l'échan- geur de pression peuvent être reliés chacun à des sources d'un fluide à des pressions différentes ou ils peuvent être tous raccordés à un unique conduit de sortie,en aval de l'échangeur de pression. Dans ce dernier car, le con- duit de sortie est lui-même maintenu à une pression intermédiaire entre les niveaux ou étages de pression des deux alimentations prévues pour le fluide.
On se rend compte que le fluide à basse pression pénètre dans la roue à cellules par des passages qui alternent avec ceux par lesquels le fluide à une pression plus élevée est fourni à cette roue. Des niveaux de pression différents existent à l'autre extrémité des cellules, c'est-à-dire deux pressions comprises entre la pression supérieure et la pression inférieu- re à centrée.
Ainsi les cellules reçoivent des impulsions du fluide à haute pression ce qui provoque une accélération dans chaque cellule, ces impulsions étant suivies de périodes de dépression pendant lesquelles le fluide à basse pression agit dans une cellule pour produire une décélération dans celle-ci,, A l'autre extrémité de chaque cellule, le fluide qu'elle contient est débité au niveau de pression obtenu dans le passage adjacent, le fluide admis à la pression supérieure agissant, en réalité, par pompage ou par compression sur le fluide admis à une pression inférieure et qui pénètre également dans la cel-
<Desc/Clms Page number 6>
lule, afin qu'à la sortie on dispose des deux niveaux ou étages de pression envisagés.
Les fluides, débités par l'échangeur, sont ensuite utilisés pour exercer une poussée par réaction on ils sont détendus dans une machine à dé- tente ou ils peuvent être utilisés de toute autre manière appropriée.
La relation existant entre 1'écartement des cloisons 5 et la section des passages 99', 10,10' a déjà été discutée antérieurementau sujet d'autres échangeurs de pression proposés.. On voit sur la fig. 3, par exemple'en 14 et 14',que les parois des plaques terminales comportent des parties distinc- tes qui séparent les passages les uns des autres et qui sont la. cause que la communication entre une cellule quelconque et les passages est intermittente.' On préfère qu'il en soit ainsi même dans le cas où une extrémité de toutes les cellules débouche dans un collecteur dans lequel le niveau de la pression du fluide est commun ou unique.
Les passages dans les parois des plaques ter-' minales occupent, de préférence, des emplacements tels qu'une extrémité d'une cellule est fermée par la paroi de la plaque terminale correspondante à peu près au moment où arrive à cette extrémité de la cellule une impulsion de compression ou de détente qui résulte du fait que l'autre extrémité de la cellule est fer- mée.
Il est également préférable qu'une impulsion, résultant du fait qu'une extrémité d'une cellule est mise en communication avec un passage, atteigne l'autre extrémité de la cellule qui est reliée au passage correspondanto Bien qu'il ne soit pas possible de définir, d'une manière aussi précise qu'on le voudrait, le moment auquel une cellule dépasse le bord d'un passage en créant ainsi une impulsion dans la cellules, il est désirable qu'une cellule reste en regard d'un passage pendant une période égale à la durée nécessaire pour qu'une impulsion puisse se déplacer d'une extrémité d'une cellule à l'autre et pour revenir à la première extrémité, cette période pouvant également être un mul- tiple de cette durée.
Les parties des parois de la plaque terminale qui séparent les différents passages aboutissant à la roue à cellules ou partant de celle-ci peuvent avoir des largeurs qui ne sont pas égales entre elles pour la raison que les impulsions de dépression s'allongent en avançant dans la cellule alors que les impulsions de compression se raccourcissent. A ce sujet, on voit sur la fig. 3 une partie 11 d'une plaque terminale qui comprend une paroi 14 adja- cente à la roue à cellules.
De l'autre cbté de la roue à cellules se trouve une plaque terminale dont une partie 14' de la paroi se trouve entre les passa- ges adjacents 15' et 16'. L'impulsion, produite par la fermeture d'une cellule par la paroi 14 de la plaque terminale, doit atteindre l'autre extrémité de la cellule au moment où la paroi 14' de l'autre plaque terminale est sur le point de fermer la même cellule. Toutefois, quand une cellule dépasse la paroi 14 et est ainsi ouverte, 1-'impulsion qui avance vers l'autre extrémité de la cellule doit atteindre celle-ci au marne moment où la cellule est découverte- par le bord de la paroi 14'.
Comme la roue à cellules tourne à une vitesse an- gulaire constante et comme les durées pendant lesquelles les impulsions se déplacent dans la cellule sont différentes, les largeurs des secteurs 14 et 14',faisant partie des parois des plaques terminales, diffèrent de préféren- ce entre elles pour obtenir un fonctionnement efficace.
On suppose que du fluide à la pression supérieure pénètre dans l'échangeur, montré sur la fige 3,dans la direction de la flèche 16 et par le passage d'entrée 10. Dans la cellule de gauche, du développement périphé- rique de la roue à cellules, se trouve un fluide à une pression inférieure a celle du fluide admis par le passage 10 et son autre extrémité, débouchant dans le passage 9' est également à une pression inférieure de sorte que le fétide est accéléré dans la cellule.
Le fluide à la pression plus élevée, qui pénètre dans la cellule, crée une impulsion accélérante qui est capable de pomper du fluide dans la cellule jusqu'au niveau de la pression qui est obtenu dans le passage 9' et qui est supérieur à celui régnant dans le pas- sage 10'. Le fluide quitte donc la cellule dans le sens de la flèche 15' En reliant la même cellule au passage de sortie 10' et au passage d'entrée 9, dans lequel règne une pression inférieure, la différence de pression entre les extrémités de la cellule change de signe et provoque une décélération dans
<Desc/Clms Page number 7>
L'écoulement du fluideToutefois,
une dépression existe à l'extrémité d' amont de la cellule quand elle entre en communication avec le passage 9 et quand du fluide continue à pénétrer dans l'échangeur de pression. A l'ex- trémité aval de la cellule, du fluide est déchargé dans le passage 10' dans la direction 16'.Quand la cellule poursuit son chemin, son extrémité amont re- cueille à nouveau du fluide qui est à une pression supérieure et qui est four- ni par le passage 10 et une impulsion accélératrice pompe le fluide, contenu dans la cellule,, dans le passage de sortie suivant 9'.
Le fluide à pression élevée,fourni à l'échangeur de pression, peut avantageusement être constitué par les produits de combustion chauds four- nis par un dispositif de combustion. Dans ce cas, le fluide à la pression in- férieure est de 1.'air atmosphériqueo L'appareil en question peut être appliqué, d'une manière très efficace, à une installation avec turbine à gaz de la ma- nière décrite plus en détail ci--dessous.
Le mode de réalisation, montré sur la figo 4, ne comporte qu'une seule plaque terminale proprement dite 18 et cette plaque porte les conduits
19 et 20 pour des fluides qui sent à des niveaux de pression différents et qui sont admis dans 1'échangeur de pression. Ce dessin schématique montre claire- ment que le conduit d'admission 2) bifurque en amont de l'échangeur de pression, le fluide débité par ce conduit s'écoulant par deux passages diamétralement op- posés ménagés dans la plaque terminale à proximité de la roue à cellules.
Le rotor 21 de cette roue est supporté par un arbre 22 tourillonné dans des paliers 23 et 24.Les cellules elles-mêmes 25 ont une forme plus compliquée que celles adoptées pour le mode de réalisation précédent en ce sens qu'elles sont, en partie, obliques par rapport à l'axe de l'arbre 2o Les extrémités d'aval débou- chent dans un orifice de décharge commun 26 par lequel le fluide quitte l'é- changeur de pression. Comme pour l'exemple décrit plus haut, deux fluides, qui sont respectivement à un niveau de pression supérieur et à un niveau de pression inférieur, pénètrent dans l'appareil respectivement par les conduits 19 et 20, ces derniers étant répartis, en alternance, périphériquement autour de l'entrée annulaire des cellules 25 à travers la plaque terminale 18.
Le conduit commun, aboutissant à l'orifice de décharge 26, est dans ce cas main- tenu à une pression intermédiaire entre les deux pressions d'admission et le fluide quitte les cellules à cette pression intermédiaire. Une pression est immédiatement transformée en vitesse mais au cours du fonctionnement on peut admettre qu'une différence de pression existe au droit des extrémités de chaque cellule. Un dispositif très similaire à celui de la Figo 4 peut être aisément imaginé pour lequel la plaque terminale 18 tourne par rapport à la roue à cel- lules fixe. Une telle variante est rendue possible en raccordant les parties tournantes et les parties fixes du conduit d'admission 20 et en faisant tourner la face périphérique 27 au contact de la surface d'appui fixe qui se trouve au bout du conduit 28.
Un dispositif de ce genre permet non seulement la rota- tion de la plaque terminale 18 mais également le déplacement axial de celle-ci.
Un joint à labyrinthe ou analogue est alors prévu pour ce dispositif. On peut donner à l'orifice de décharge 26 la forme d9une tuyère afin que le fluide, à la sortie de l'échangeur de pression, puisse se détendre et accélérer.
Alors que les deux modes de réalisation, décrits plus haut, sont des dispositifs échangeurs et équilibreurs de pression, celui montré sur la figo 5 constitue un dispositif diviseur de pression. Une roue à cellule tournante 29 fait partie intégrante du conduit par lequel le fluide est amené à la roue à cellules, Le fluide pénètre dans. ce cas dans cette roue à un niveau de pres- sion seulementLa roue fait également partie intégrante d'un conduit cylindri- que 31. La plaque terminale est supportée par un arbre 34 tourillonne* dans des paliers 35.Les passages de sortie 33 aboutissent à un conduit commun 36 dans lequel est maintenu un niveau de pression supérieur ou inférieur au niveau de la pression d'entrée.
La fige 5A montre, en perspective schématique, la plaque termina- le 32 et,plus particulièrement,1-'agencement des conduits de sortie.Les deux conduits 33, à l'extrémité d'amont de la plaque terminale, permettent au flui-
<Desc/Clms Page number 8>
de de traverser un conduit de sortie commun 36. Les deux autres conduits 33', diamétralement opposes:, permettent au fluide de s'échapper à l'extérieur de la plaque terminale 32 en des endroits qui se trouvent au milieu de la long gueur de cette plaque. On voit sur la Fig. 5 que ceci permet la décharge du fluide débit- par ces conduits 33', dans le conduit cylindrique 31.
Les con- duits 31 et 36 sont maintenus à deux niveaux de pression différents dont un est supérieur et l'autre inférieur à celui du niveau de la pression d'admis- sion dans l'échanger de pression.
Le dispositif de la figo 5 constitue donc un diviseur de pres- sion et il est évident que celui des figso 1 à 3 peut être utilisé d'une ma- nière analogue. Une partie du fluide pénétrant dans le diviseur de pression fournit de 1'énergie à une autre partie du même fluide.Le fluide pénètre dans le diviseur de pression à une pression moyenne et est débitée à l'autre extré- mité de la roue à cellules., dans des passages faisant alternativement partie d' un groupe à une pression plus élevée et d'un groupe à une pression moins éle- vée que la pression d'admission.
Quand l'extrémité d'aval d'une cellule est reliée au passage de sortie dont la pression est plus basse le fluide con- tenu dans la cellule subit une accélération et quand elle communiqus avec un passage de sortie dont la section est plus élevées, le fluide subit une décé- lérationo Par conséquent,une partie du fluide admis agit par pompage ou com- pression sur une autre partie du même fluide pour lui donner une pression plus élevée alors que la partie, qui a fait ce travail, quitte la cellule à une pression plus faible
Il est évident que la constitution de l'échangeur de pression peut différer, dans des détails;, de celles décrites plus haut mais dans tous les cas le dispositif doit comporter plusieurs cellules.
Par exemple, les fa- ces terminales des cellules ne doivent pas nécessairement être établies dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et elles peuvent avoir d'autres orientations. Les parois des cellules peuvent avoir des formes telles que le fluide.,qui traverse les cellules, maintienne la roue à cellules en rotatien.
Des aubages réglables peuvent être prévus dans la roue à cellules peur faire varier la vitesse ou des moyens peuvent être utilisés pour obliger le fluide à pénétrer dans la partie tournante de l'échangeur de pression avec une compo- sante de vitesse tangentielle qui peut,elle-méme, être variable.
On peut permettre au fluide de se détendre par un accroissement de sa vitesse avant qu'il ne quitte l'échangeur de pression. Dans ce cas, évi- demment,la pression à laquelle le fluide quitte l'échangeur est inférieure à celle que le fluide aurait sans cela.
Pour les modes de réalisation décrits, on utilise seulement deux groupes de conduits à chaque extrémité de la roue à cellules pour le fluide ' admis et pour le fluide débité. Il est toutefois possible, sans modifier essen- tiellement le procédé ou l'appareil, de ménager dans les plaques terminales plus de deux groupes de conduits séparés par des cloisons. Un tel appareil est alors capable, conformément à l'invention, d'admettre des fluides à des niveaux de pression dont le ncmbre est supérieur à deux et de débiter des flui- des à plus de deux niveaux de pression différents.
Les échangeurs de pression, décrits plus hautpeuvent être en- traînés de différentes manières, avec d'autres appareils similaires ou diffé- rents. Par exemple,les échangeurs de pression peuvent être reliés en série et peuvent être combinés avec des procédés de combustion ou des méthodes d'apport ou de prélèvement de chaleur sous différentes formes. Certaines des méthodes d'usage des modes de réalisation différents de l'invention, décrits plus haut,sont indiquées ci-après en se référant aux figso 6 à 10 qui mon- trent diverses applications de l'objet de l'invention.
Sur la figo 6, on désigne par 38 un diviseur de pression pour lequel l'air pénètre en 41 et quitte en 42 à une pression supérieure et en 43 a une pression inférieure.On désigne par 40 une chambre de combustion ou d'au- tres moyens de chauffage, dans lesquels l'air admis en 42;, est chauffé avant
<Desc/Clms Page number 9>
de s'écouler par le conduit 45 à une température élevée,, Les gaz à la pres- sion supérieure et à la pression inférieure sont réunis, par les conduits 44 et 45clans un égaliseur ou équilibreur de pression 39 qui débite les gaz dans le conduit 46 à une pression supérieure à celle qui règne dans l'entrée 41.
Le gaz chaud et comprimé. admis dans le conduit 46, peut être utilisé pour être détendu par une tuyère et pour exercer une poussée. Il peut également être four- ni à une machine de détente, par exemple une turbine 47, par un conduit 48. Du travail utile est ainsi produit et le gaz détendu s'échappe en 49.La chaleur, qui subsiste dans les gaz en 49 estde préférenceutilisée peur chauffer l'air comprimé en 42 par un échangeur de chaleur appropriéo
Si l'air comprimé est fourni par le compresseur d'une machine avec turbine à gaz, cet air étant le cas échéant chauffé dans un échangeur de chaleur,le gaz est déchargé par un égaliseur de pression à l'aide d'un dispo- sitif analogue à celui de la fig. 6 et peut être admis directement dans la tur- bine de cette machine.
Comme la pression du gaz a été élevée par l'échangeur de chaleur, le rendement de la turbine à gaz est plus élevé ou la température du gaz peut être diminuée sans causer une perte de rendement.
Le gaz, qui sort de l'échangeur de pression 39peut être débité, hors de celui-ci, à deux niveaux de pression différents, celui débité en 49A étant celui de la pression ambiante. Ceci est particulièrement avantageux quand la pression d'admission en 41 est celle de l'ambiance.
Il est également possible, comme autre alternative, de prélever l'air ambiant en 70 pour permettre d'obtenir un accroissement de la température en 45 sans que la température résultant de 1-'échangeur de pression 39 soit augmentée.
La suralimentation et le balayage d'un moteur à combustion in- ternepar exemple un moteur à deux temps,peuvent également être effectués par des échangeurs de pression de la manière indiquée sur la fig. 6. Le dis- positif, qui est alimenté en gaz et qui débite le gaz à une température plus élevéepeut être suralimenté par deux échangeurs de pression établis dans l'ins- tallation à la place de la chambre de combustion 40 montrée sur la fig6. Tout autre traitement,par exemple le chauffage d'une chaudière et certains procédés chimiques, peut être suralimenté de la manière décriteo Le dispositif à surali- menter peut avantageusement- être contourné en by-pass par un conduit compre- nant des moyens de réglage 71 par lesquels ce conduit peut être obturé en par- tie ou fermé complètement.
Pour les dispositifs pour lesquels on utilise des échangeurs de pression en combinaison avec une turbine ou toute autre machine à détente en vue de produire du travail mécanique,la turbine peut occuper un emplace- ment tel qu'elle soit traversée seulement par des gaz non chauffée. Un tel dispositif est montré sur la figo 7 pour lequel la turbine 47 se trouve dans le courant gazeux entre le diviseur de pression 38 et l'égaliseur ou l'équili- breur de pression 39. Le gaz pénètre dans la turbine en 43 et quitte celle-ci en 44 avec une chute de pression correspondante. Comme les produits de combus- tion ne traversent pas, dans ce cas, la turbine, le dispositif permet l'usage de combustibles qui sont généralement inutilisables à cause des détériorations qu'ils risquent de causer à la turbine.
C'est ainsi que du charbon pulvérisé peut être brûlé dans la chambre de combustion 400
Suivant une autre variante,la turbine 47 peut fonctionner en pa- rallèle avec le diviseur de pression comme dans le cas de la fig. 8. L'air pé- nètre alors dans la turbine par un conduit branché en parallèle sur le conduit 41 et quitte la turbine à une pression inférieure. L'air qui sort de la turbine est admis dans l'égaliseur ou l'équilibreur de pression à la même pression que eelle qui règne dans le conduit 44 ou à un niveau de pression similaire.
Le fluide à pression élevée,fourni à l'échangeur de pression, peut être un gaz chaud débité par un groupe compresseur-turbine et ce fluide quitte ledit groupe à une pression supérieure à celle de l'air ambiant comme
<Desc/Clms Page number 10>
dans le cas dun turbo-réacteur. Le gaz admis dans l'échangeur de pression, par exemple en 20 sur la fig. 4, en même temps que le fluide à basse pression tel que l'air ambiant admis en 19 peut comprimer cet air et fournir d'Il gaz dans un collecteur à une pression plus élevée que celle de l'air ambiant. Après que ces gaz ont été détendus en traversant un orifice calibré (par exemple l'orifi- ce 26 de la fig. 4) ou une tuyère, ils peuvent être déchargés à l'air libre pour exercer une poussée par réaction.
Une telle combinaison permet d'augmen- ter le rendement de l'effet propulseur ainsi que la poussée, plus spécialement dans la gamme inférieure des vitesses auxquelles l'appareil est déplacé dans l'air libre.
Un dispositif qui convient à cet effet est montré schématiquement sur la fig. 9. Un compresseur 50 est entraîné par la turbine 51 et un dispo- sitif de combustion 52 est établi entre eux. L'air pénètre en 53 et quitte le compresseur en 54 et après avoir été réchauffé pénètre dans la turbine en 55 qu'il quitte en 56 après avoir été détendu quelque peu pour pénétrer finalement dans l' égaliseur ou l'équilibreur de pression 57. De l'air ambiant est admis en 58 pour être comprimé dans cet égaliseur et les deux courants quittent si- multanément cet appareil en 59 pour exercer une poussée. Suivant une variante, le courant peut être détendu dans une deuxième turbine, came par exemple dans le cas d'un moteur turbo-propulseur. Suivant une autre variante, deux courants peuvent quitter un échangeur de pression établi à la place de l'égaliseur 57.
Une autre variante est montrée schématiquement sur la fig. 10.
Dans ce cas, l'air pénètre dans le compresseur 60 en 61 et quitte celui-ci en 62. Il est ensuite chauffé dans un dispositif de combustion, établi par exem- ple en 63, avant de pénétrer en 65 dans l'égaliseur ou l'équilibreur de pres- sion 64. De l'air ambiant est également admis dans celui-ci en 66. Le gaz quit- te l'égaliseur 64, en 67 et pénètre dans la turbine. 68, qui entratne le compres- seur, et sort de celle-ci en 69. Si l'on désire former un jet propulseur celui- ci est produit par le courant débité en 69. Si un arbre doit fournir du travail on peut procéder, à cet effetde la manière bien connue.
Suivant une variante, la température en 65 peut être très élevée mais elle peut être abaissée jusqu' à une valeur acceptable par dilution avec de l'air admis en 66. De cette ma- nière, ni la turbine 68 ni l'égaliseur on équilibreur de pression sont soumis à des températures excessiveso
Cette méthode pour réduire la température d'un gaz sans réduction excessive du travail mécanique utile et par la dilution d'un gaz chaud avec un gaz plus froid dans un échangeur de pression peut être appliquée d'une ma- nière générale. Par exemple, elle permet d'obtenir un réchauffage puissant entre la turbine 51 de la fig. 9 et l'échangeur de pression ou au-delà de 1' échangeur de pression ce qui augmente la poussée davantage.
Comme l'échangeur de pression reçoit également de l'air ambiant froid, la température de ré- chauffage élevée ne risque pas de d étériorer cet appareil.
La poussée obtenue par les moteurs des fusées peut également être augmentée par l'intervention d'un effet propulseur plus élevé si les gaz, fournis par ces moteurs, passent dans un échangeur de pression comme proposé plus haut au sujet d'un turbo-réacteur et quand de l'air ambiant froid est éga- lement admis. Comme la pression et la température des gaz sortant des moteurs de fusée peuvent être considérablement plus élevées que celles des gaz débités par un turbo-réacteur, l'amélioration de l'effet propulseur peut être considé- rable aux vitesses réduites. Aux vitesses élevées ou si la fusée cesse de fonc- tionner,l'échangeur de pression peut être expulsé pour ne pas créer une résis- tance additionnelle à l'air.
Les fluides,utilisés dans les échangeurs de chaleur établis se- lon l'invention, peuvent être gazeux et/ou liquides. On peut envisager, par exemple ,de pomper à l'aide d'un gaz à pression plus élevée du liquide à pres- sion moins élevée pour le soumettre à une pression plus élevée ou d'accélérer le liquide pour lui donner une vitesse élevée.
De cette manière, on peut pro- duire une poussée convenant à la propulsion de bateaux ou de torpilles dans 1'
<Desc/Clms Page number 11>
eau., L'échangeur de pression estdans ce cas, immergé de préférence dans 1' eau et le gaz à pression élevée oblige l'eau à pénétrer dans le dispositif et à tre expulsée hors de celui-ci à une vitesse élevée en exerçant la pans- séeo Le gaz à pression élevée peut-être produit par des moyens connus quelcon- ques, par exemple par des réactions chimiques comme dans le-cas des fusées.
Pour cette application, les parois des plaques terminales, qui se trouvent entre des passages successifs, doivent être suffisamment larges pour éviter les. fuites entre les passages à haute pression et ceux à basse pression. Il est nécessaire de fermer une cellule pendant une certaine période qui suit l'entrée du gaz à haute pression pour permettre au gaz de se détendre avant d'être mis en communication avec le passage dans lequel règne la basse pression.