Maximoff, Anatole (28 bd Rouget de Lisle Montreuil, F-93100, FR)
Sorokine, Victor (45 rue Victor Hugo Sucy-en-Brie, F-94370, FR)
Sorokine, Victor (45 rue Victor Hugo Sucy-en-Brie, F-94370, FR)
| 1. | Soussystème d'un Dispositif Thermodynamique (ou SDT) ayant un circuit auxiliaire fermé (Fig. 2) du caloporteur II ou sans ce circuit (Fig. 1), comportant aussi les éléments suivants : i) une seule chambre 9 ou 9a disposée entre l'entrée 1 dans le SDT et la sortie 4 du SDT, dont la fonction est de chauffer/refroidir le caloporteur principal I qui passe de l'entrée 1 jusqu'à la sortie 4, ii) un thennoéchangeur 5, dans lequel le flux de travail usé ou finissant sa fonction utile remet sa chaleur restante au caloporteur I entrant dans le SDT de l'extérieur par l'entrée 1, iii) une chambre de travail générale ou technologique 6 (toutes les chambres 6a, 6b... dans tout le dispositif alimentées par un élément chauffant 9 sont considérées comme étant une seule chambre générale de travail 6) disposée entre l'entrée 1 dans le SDT et la sortie 4 du SDT à travers de laquelle un flux de travail (de l'énergie thermique) est dirigé qui effectue une fonction technologique quelconque, ceci étant, on n'ajoute aucun autre caloporteur (hormis le combustible) entre l'entrée 1 dans le SDT et jusqu'à la chambre de travail 6 ; et dans le cas du moteur à combustible chimique, ce dernier est brûlé sous une pression constante, caractérisé en ce qu'un thermoéchangeur efficace à contrecourantle TEC 5 (Fig. 6) est utilisé au lieu de tout autre type d'échangeur. |
| 2. | Le SDT selon la revendication 1, caractérisé en ce que le thermoéchangeur 5 est composé de deux tuyaux de section rectangulaire mis côte à côte (du côté large), enroulés en spirale autour de la sortieentrée 23 (Fig. 4). |
| 3. | Le Système de chauffage au combustible chimique (Fig. 3, sans 6 et 9), Climatiseur ou Air conditionné (Fig. 3, sans 6,9 et 18), ou Système de ventilation (Fig. 3, sans 6,9, 9a et 18) pour une habitation chauffée/climatisée 6 selon une des revendications 1 ou 2, caractérisés en ce que pour faire circuler l'air propre et l'air usé dans le thermoéchangeur 5 deux pompes (7 et 7a) de productivité égale sont utilisées en mme temps. |
| 4. | Brûleur à plasma (Fig. 8) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie de la flamme est dirigée dans le thermoéchangeur 5 afin de réchauffer le combustible et le comburant. |
| 5. | Moteur à combustion externe ou chauffe, Moteur à vapeur (Fig. 2) selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le flux d'air de refroidissement I qui a passé à travers le thermoéchangeur 5, est dirigé dans la chambre de combustion 9. |
| 6. | Le SDT avec une chauffe chimique 9 selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que sur le chemin du caloporteur sortant de la chambre 9, un transformateur 10 de l'énergie thermique rotatoire du gaz est placé (ce transformateur est composé d'un matériau ayant les propriétés suivantes : i) son énergie thermique rotatoire (ER) est négligeable, ii) il entre en réaction chimique avec le gaz, iii) l'énergie absorbée lors cette réaction est plus petite que l'ER du gaz entrant dans cette réaction). |
| 7. | Le SDT avec un combustible chimique selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vapeur d'eau est fournie dans la chambre de combustion sans interruption. |
| 8. | Le SDT selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ERtransformateur est composé de l'oxyde de baryum. |
| 9. | Le Moteur avec une turbine à plusieurs degrés 8 (et/ou 7) selon l'une des revendications 1,2,5,6,7 ou 8, caractérisé en ce que les roues de travail (81,82,...) (et/ou 71,72,...) de diamètre différent (et les appareils à tuyère guidant correspondants 191,192,...) de tous les degrés de la turbine génératrice (ou, de façon analogue, compresseur) coïncident dans 1'espace d'une roue de travail au plus grand diamètre 881 (et/ou 771) (Fig. 7). |
| 10. | Le Moteur comportant une turbine radiale centrifuge et une turbine radiale centripète selon l'une des revendication 7,8 ou 9, caractérisé en ce que les roues de travail de ces turbines sont fixées d'un côté et de l'autre d'un mme disque 78. REVENDICATIONS MODIFIEES reçues par le Bureau international le 06 Août 1999 (06.08.99) revendications originales 110 remplacées par nouvelles revendications 18 (1 page) 1. Soussystème d'un Dispositif Thermodynamique (ou SDT), n'étant ni moteur de combustion interne, ni chambre de traitement de matériau à plasma, ayant un circuit auxiliaire fermé (Fig. 2) du caloporteur li ou sans ce circuit (Fig. 5), comportant aussi ! es éléments suivants : i) une seule chambre 9 ou 9a disposée entre t'entrée 1 dans le SDT et la sortie 4 du SDT, dont la fonction est de chauffer/refroidir le caloporteur principal I qui passe de t'entrée 1 jusqu'à la sortie 4, ii) un thermoéchangeur 5, dans lequel le flux de travail usé ou finissant sa fonction utile remet sa chaleur restante au caloporteur I entrant dans le SDT de l'extérieur par t'entrée 1, iii) une chambre de travail générale ou technologique 6 (toutes les chambres 6a, 6b... dans tout le dispositif alimentées par un élément chauffant 9 sont considérées comme étant une seule chambre générale de travail 6) disposée entre t'entrée 1 dans le SDT et la sortie 4 du SDT à travers de laquelle un flux de travail (de l'énergie thermique) est dirigé, qui effectue une fonction technologique quelconque, ceci étant, on n'ajoute aucun autre caloporteur (hormis le combustible) entre t'entrée 1 dans le SDT et jusqu'à la chambre de travail 6 ; et dans le cas du moteur à combustible chimique, ce dernier est brute sous une pression constante, caractérisé en ce qu'un thermoéchangeur efficace à contrecourant (noncéramique)le TEC 5 (Fig. 6) est utilisé au lieu de tout autre type d'échangeur. |
| 11. | 2 Le SDT selon la revendication 1, caractérisé en ce que le thermoéchangeur 5 est composé de deux tuyaux de section rectangulaire mis côte à côte (du côté large), enroulés en spirale autour de la sortieentrée 23 (Fig. 4) (de cette disposition dans l'espace découle la trajectoire en spirale des caloporteurs). |
| 12. | 3 Brûleur à plasma (Fig. 8) avec le réchauffement préalable de l'oxydant dans TEC 5 par le plasma passé à travers de celuici, selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le réchauffement préalable qu'une partie du plasma n'est utilisée à cet effet et que, en plus de l'oxydant, le combustible y est également réchauffé. |
| 13. | 4 Le Moteur à combustion externe ou chauffe, Le SDT à vapeur (Fig. 2) selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le flux d'air de refroidissement I qui a passé à travers le thermoéchangeur 5, est dirigé dans la chambre de combustion 9. |
| 14. | 5 Le SDT avec une chauffe chimique 9, avec ou sans catalyseur de la combustion complète, selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sur le chemin du caloporteur sortant de la chambre 9, à l'endroit où la combustion est considérée complète, un transformateur 10 de l'énergie thermique rotatoire du gaz est placé (ce transformateur est composé d'un matériau ayant les propriétés suivantes : i) son énergie thermique rotatoire (ER) est négligeable, ii) il entre en réaction chimique avec le gaz, iii) l'énergie absorbée lors cette réaction est plus petite que I'ER du gaz entrant dans cette réaction). |
| 15. | 6 Le SDT avec un combustible chimique selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le prosédé de la amenée continue de la vapeur d'eau dans la chambre de combustion est utilisee. |
| 16. | 7 Le Moteur avec une turbine à plusieurs degrés 8 (et/ou 7) selon l'une des revendications 1,2,4,5 ou 6, caractérisé en ce que les roues de travail (8, 8z,...) (et/ou 7i, 72,...) de diamètre différent (et les appareils à tuyère guidant correspondants l9"192,...) de tous les degrés de la turbine génératrice (ou, de façon analogue, compresseur) coïncident dans l'espace d'une roue de travail (en forme de disque) au plus grand diamètre 88, (et/ou 77,) (Fig. 7). |
| 17. | 8 Le Moteur comportant une turbine radiale centrifuge et une turbine radiale centripète selon l'une des revendications 1,2,4,5,6 ou 7, caractérisé en ce que les roues de travail de ces turbines sont fixées d'un côté et de l'autre d'un mme disque 78. DECLARATION SELON L'ARTICLE 19 Le but de cette invention est de réduire les pertes d'énergie dans tout dispositif thermodynamique (DT) jusqu au minimum qui est presque zéro. Notre solution pour processus stationnaires est la satisfaction des deux conditions : a) mise en place d'un thermoéchangeur récupérateur dans le DT, et b) ce thermoéchangeur doit etre à contrecourant et efficace (c.àd. avec l'efficacité de plus de 50%) La caractéristique formelle de notre invention est la satisfaction de la condition a), mais la caractéristique effective de celleci est la satisfaction de la condition b), car dans ce cas le DT se dote d'une qualité essentiellement nouvelle (efficacité proche de 1). Mais. afin de ne pas courir le risque que le simple changement du thermoéchangeur ordinaire (d autant plus du thermoéchangeur a contrecourant à basse efficacité ou irréalisable) par le thermoéchangeur à contrecourant efficace (TEC) ne serait pas considéré comme invention. on se sent obligé de limiter ia portée de 1'invention sur uniquement les DT dans lesquels le thermoéchangeur récupérateur est tout à fait absent, et les DT dans lesquels le thermoéchangeur récupérateur n'est pas à contrecourant de toute évidence. De cette façon, la revendication 1 ne couvre pas les moteurs à combustion interne et la chambre de traitement de matériau au plasma haute température (il est clair que le brûleur à plasma est un DT différent). On estime aussi que la disposition en forme de spirale d'un ensemble de thermoéchangeurs rectilignes n'a rien à voir avec la mise en spirale des tuyaux du thermoechangeur euxmmes. On aimerait souligner aussi que le transformateur de l'énergie rotatoire du gaz n'est pas à confondre avec le catalyseur de la combustion complète car il se trouve à l endroit où le processus de la combustion est déjà fini. Nous pensons que l'utilisation de notre turbine à plusieurs degrés en forme de disque dans les moteurs a combustion interne est un des éléments de notre invention. |
La présente invention concerne tous les DT à agent thermique avec SDT composés de : i) un seul élément chauffant (ou refroidissant) 9 ou 9a (placé entre l'entrée 1 dans le SDT et la sortie 4 du SDT-Fig. 1-5,8) du caloporteur (ou porteur de chaleur) principal I circulant à l'aide de la pompe du DT 7, ii) un (5) ou deux (5 et 5a) thermo-échangeurs, et iii) une chambre de travail ouverte ou fermée 6 avec l'entrée 11 et la sortie 12 (Fig. 1- 3,5,8) pour le caloporteur (I ou II) et avec l'entrée 11 ou lia et la sortie 12 ou 12a (Fig. 5) pour le flux technologique Ul.
Toutes les chambres 6a, 6b... du DT alimentées par un élément chauffant 9 sont considérées comme étant une seule chambre générale de travail 6 du SDT (le caloporteur sortant du SDT ne passe par aucune chambre de travail 6a) où la chaleur exécute une fonction utile : énergétique, chimique, biologique, etc....
Le porteur principal I est amené dans le SDT par l'entrée 1 du TEC 5 et en sort par la sortie 4 du TEC 5 (ou 5a, si le SDT contient un cycle fermé avec un caloporteur auxiliaire II-Fig. 2). Entre l'entrée 1 du SDT et jusqu'à la chambre de travail aucun autre caloporteur (hormis le combustible) n'est ajouté.
Le flux de l'énergie thermique (ci-dessous nommé flux de travail) parcourt le circuit 9-4-...-1-9 : de la chambre chauffante 9 jusqu'à la sortie 4 du SDT, passant petit à petit (soit directement, soit après tre passé par le circuit auxiliaire dans le caloporteur II) dans le caloporteur I entrant dans le SDT par l'entrée 1, et retourne dans la chambre 9.
On appelle flux technologique ni (Fig. 5) tout fluide (en particulier le flux du caloporteur principal, comme par exemple dans le Stérilisateur des liquides) ou matériels divers faisant l'objet d'un traitement thermique.
Sur un schéma, tout thermo-échangeur sans précision de sa nature est désigné d'habitude par deux zigzag parallèles à contre-courant. Dans le cas le plus simple le véritable thermo- échangeur à contre-courant est composé de deux tuyaux parallèles (Fig. 6) séparés par une cloison thermo-conductible. Toutes les autres surfaces de l'échangeur en contact avec le caloporteur doivent tre adiabatiques. Au niveau des sorties 2 et 4 du thermo-échangeur efficace à contre-courant-TEC (Fig. 6), le flux de la source chaude (T) est devenu plus froid que le flux de la source froide (t) : t + A < T-A, la valeur de A étant la plus faible possible. La proportion optimale entre les volumes des tuyaux du TEC est déterminée à partir de l'équation des capacités calorifiques des flux passant par ces tuyaux (le volume des tuyaux n'entrant pas dans l'échange de chaleur significativement n'est pas pris en compte). Afin de diminuer la friction du fluide dans les tuyaux du thermo-échangeur, celui-ci est placé à l'intérieur d'un corps rotatif. Il est possible de mettre les thermo-échangeurs en parallèle. Il est possible de replier les tuyaux du thermo-échangeur de façon qu'on désire. Un tuyau peut passer à l'intérieur d'un autre. Le TEC le plus économique (Fig. 4) est composé de deux tuyaux de section rectangulaire mis côte à côte (du côté large), enroulés en spirale autour de la sortie-entrée 2-3 (ou 4-1).
On va énumérer (avec commentaire) les principaux SDT avec TEC 5 : -Moteur à combustion interne (Fig. 1). Un tuyau de thermo-échangeur 5 lie la sortie d'un compresseur 7 et la chambre de combustion 9. Le flux passe de la chambre 9 à la chambre fonctionnelle 6 afin de transformer son énergie cinétique en une autre forme d'énergie (mécanique, électrique, etc...) à 1'aide d'un convertisseur 8. Les gaz d'échappement de l'organe de travail entrent dans le deuxième tuyau du thermo-échangeur 5, puis sortent vers l'extérieur. Le combustible est brûlé sous pression constante. Lors de la diminution du degré de compression de l'airp* le rendement du moteur tend vers celui du cycle de Carnot.
-Moteur à combustion externe ou chauffe, Moteur à vapeur et Réfrigérateur domestique avec le circuit fermé d'un caloporteur auxiliaire II (Fig. 2). Le TEC principal 5 est placé de telle façon que le flux de la vapeur (ou du gaz) rejeté de la chambre de travail 6 sous l'action de la pompe 17 rencontre l'air atmosphérique I circulant en sens inverse depuis l'entrée 1 vers la chambre thermique 9. Un TEC complémentaire 5a est placé de telle façon que le flux des gaz d'échappement de la chambre de combustion 9 vers l'atmosphère rencontre 1'eau (ou le gaz) sous pression circulant de la pompe 17 vers la chambre de travail 6. L'efficacité du moteur est proche de celle du cycle de Carnot. Il est conseillé d'utiliser un gaz lourd (comme argon, ammoniaque etc.) ou fortement comprimé comme caloporteur auxiliaire.
-Chauffage du combustible et du comburant dans des dispositifs à haute température, utilisant l'énergie du combustible (dans les brûleurs à plasma, par exemple à acétylène-oxygène ; dans les hauts fourneaux etc.). La chambre de travail 6 se confond avec l'un des tuyaux (13) du TEC (Fig. 8). Le rôle de l'élément chauffant 9 est joué soit par la chambre thermique du dispositif utilisant le système ci-décrit (le haut fourneau), soit par le micro-brûleur utilisant une partie du combustible chauffé (comme dans les brûleurs à plasma-Fig. 8). La séparation entre deux tuyaux du TEC (dans le haut fourneau) peut tre absente.
-Stérilisateur du lait, du jus etc. (Fig. 1, sans 8). La chambre 6 prend l'espace entre la sortie 2 du TEC 5 jusqu'à l'entrée 3.
-Distillateur, Alambic, Chambre de séchage (Fig. 5). Le flux technologique in entre par 1. Après traitement dans la chambre 6 le produit fini sort par 12a et le résidu chaud par le tube 14.
-Machine à laver, Douche (Fig. 5, sans lla et 12a). L'eau propre entre par le tuyau 13, I'eau usée chaude sort par le tuyau 14.
-Système de chauffage utilisant un combustible chimique (Fig. 3, sans 6 et 9). Dans ce cas le flux technologique est l'eau chauffée par le tuyau-echangeur de chaleur ou l'air de l'habitation 6.
-Climatiseur ou Air conditionné (Fig. 3, sans 9 et 18), Système de ventilation pour une habitation chauffée/climatisée (Fig. 3, sans 6,9,9a et 18). Pour faire circuler l'air propre et l'air usé dans le thermo-échangeur 5 deux pompes (7 et 7a) de productivité égale sont utilisées en mme temps.
Il est connu que l'énergie thermique du gaz a deux formes : ordinaire, cinétique plus vibratoire (EC+EV, ou ECV), et rotatoire (ER). On va noter les gaz avec une grande ER par ER-gaz, et tout matériau avec une petite ER par ECV-matériau.
Il est connu que la soupape (et la turbine, et le thermomètre, et toute molécule chimiquement neutre) n'est pas sensible à l'effort dirigé perpendiculairement à son mouvement. Par conséquent l'ER n'est pas utilisée aujourd'hui. La théorie et les expérimentations montrent que l'ER du gaz obtenue chimiquement dépasse son ECV de 2 à 3 fois. Par contre, I'ER des corps solides et liquides et aussi des vapeurs obtenues par l'évaporation est proche de zéro.
Pour transformer l'ER dans I'ECV utile 1'ER-gaz est lié chimiquement avec un tel ECV-matériau (ou ER-transformateur) que l'énergie absorbée lors cette réaction est plus petite que l'ER du gaz entrant dans cette réaction. Pour ce faire 1'ER-gaz passe à travers un ECV-matériau (c'est-à-dire sur le chemin du caloporteur de la chambre chauffante 9 on met une grille avec ER-transformateur 10, Fig. 1,2), ou bien l'ECV-matériau est mélangé avec l'ER-gaz par un moyen quelconque (en particulier en ajoutant de 1'eau ou de la calcite dans le combustible ou en injectant de la vapeur dans la chambre de combustion). Comme résultat de la transformation de l'ER dans l'ECV on peut s'attendre à l'apparition d'une énergie excédentaire qui provoque la réaction de séparation, ainsi remettant 1'ER-transformateur dans l'état initial. L'eau, les oxydes de calcium, de baryum et d'autres éléments sont des ER- transformateurs. Un ER-transformateur intégré dans la tablette-grille d'une cuisinière à gaz permet d'économiser jusqu'aux 30-60% du gaz.
L'ER-transformateur peut tre installé en particulier dans : a) turbomoteur à gaz (entre la chambre de combustion et la turbine génératrice) ; b) cuisinière à gaz (entre le bruleur et l'ustensile) ; c) chaudières de chauffage central, cheminées et chauffe-eau (au dessus du feu) ; d) les corps de chauffe avec injecteur ; dans ce cas l'ER-transformateur prend la forme d'un filet enveloppant la flamme.
Afin de réduire considérablement les dimensions de la turbine radiale ou axiale 8 (ou 7) à plusieurs degrés génératrice (ou compresseur) toutes les roues de travail (81,82,...) de diamètre différent (et les appareils à tuyère guidant correspondants 191,192,...) coïncident dans l'espace d'une roue 81 au plus grand diamètre (Fig. 7). L'efficacité d'une turbine génératrice à gaz peut atteindre 99%.
Dans le Moteur comportant une turbine radiale centrifuge 7 et une turbine radiale centripète 8, les roues de travail de ces turbines sont fixées d'un côté et de l'autre d'un mme disque 7-8.
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