Brevet FR2447458A1 — publié le 19800822

La présente invention fait partie des chaudières à production instantanée de vapeur alimentant un moteur à vapeur. Dans les appareils déjà connus de genre, l'obtention de la vapeur se fait en chauffant le fluide thermodynamique essentiellement de deux fanons - soit par circulation du fluide dans des tubes soumis à la chaleur (cas des chaudières tubulaires, des chauffe-eau à gaz). - soit par injection du fluide dans des tubes préalablement chauffés à sec, par injection directe, ou avec une tete pulvérisatrice placée au départ des tubes c'est le cas des chaudières dites "flash", des "boilers" des machines à vapeur américaines, dérivées du système fraisais Serpollet. Dans ces systèmes, l'eau est portée a' la température d'ébullition, puis de vaporisation heaucoup plus rapidement que dans les chaudières classiques (type marmite de Papin), mais cela demande quand même quelques minutes. Dans tous les cas, on prévoit un stockage du liquide avant son passage dans la chaudière, puis une réserve de vapeur suffisante avant son utilisation comme force motrice. Le procédé par pulverisation est le plus rapide : les gouttelettes de liquide sont immédiatement vaporisees par caléfaction, donc disponibles tres rapidement pour une utilisation motrice. Le procédé suivant l'invention est un autogénérateur instantané de vapeur et de puissance s'inspirant de cette dernière technique (pulvérisation) mais de la façon particulière décrite ci-apres Le procédé suivant l'invention vaporise d'abord le fluide thermodynamique, au fur et à mesure qu'il se pressente, en lui faisant franchir les trois stades, connus en physique, de la vaporisation des liquidas : état liquide, ébullition, vapeur (éventuellement murchauffée), dans un délai extrêmement court, de l'ordre du dixième de seconde, et cela d'une manière régulière et constante dans le temps. La vapeur produite, mise sous pression, dans une chambre fermée, actionne alors le moteur à vapeur qui constitue l'élément de puissance de l'ensemble. Les moyens mis en oeuvre pour arriver à ce résultat sont les suivants 10/ Principe sxploité o "Un liquide, ou un fluide thermodynamique (par exemple de l'eau), divisé en très fines particules (diamètre de l'ordre du micron), projeté sur une surface suffisamment chaude (cale faction) ou dans une ambiance soumise à la chaleur, se transforme instantanément en vapeur". 20/ Application pratique du principe du principe: Le dispositif, objet de l'invention comporte 6 cycles de fonctionnement, sousensembles du cycle glohal CYCLE N 1 : une zone de chaleur à la température TI, rayonnante, conductrice et convectrice vers l'intérieur, produite par un combustible quelconque (charbon, hydrscarbure, gaz), entourant un compartiment fermé, vaporise à la température t1 (t1 # t2 voir cycle 2) et à basse pression (quelques atmos pheres) (p1 ( p2 voir cycle 2), un fluide thermodynamique (par exemple de l'eau) préalablement pulvérisé mécaifiquement à froid (ou préchauffé suivant les cas) en fines particules (diamètre de l'ordre du micron) à l'intérieur dudit compartiment ; la pulvérisation p eut-être obtenue par un procédé mécanique quelconque faisant office de lanceur. CYCLE N 2 : un compresseur aspire le fluide du cycle n 1, déjà à l'état de vapeur humise et le dirige, en le comprimant, vers le compartiment n 3 (cycle 3) CYCLE N0 3 : cette zone est aussi soumise au rayonnement de la source de chaleur 1 (T1) ; elle reçoit le fluide venant de 1, et le porte à la température optima t2 (t2 t1), sous forme de vapeur sèche, voire surchauffés. Les com partiments 1 et 3 (cycles 1 et 3) peuvent être conformés pour constituer une réserve de vapeur. CYCLE NO 4 : constitué par un moteur à vapeur. Il a pour rôle, une fois la température et le débit de vapeur obtenus, de "court-circuiter" le lanceur éventuel, et d'effectuer alors à lui seul, tout le travail de pompage du fluide, et d'entraînement du compresseur et du condenseur (voir cycle nO 5). CYCLE No 5 : constitué par un condenseur. CYCLE NO 6 : le fluide, condensé, récupéré à la sortie du condenseur, poussé dans les tubulures de retour, est réchauffé à nouveau par l'excès de chaleur et ramene à l'étage nO 1, où il est disponible pour un nouveau cycle global. L'ensemble de l'appareil, sauf le condenseur, est caloriFugé. Les dessins annexés illustrent, à titre d'exemple, des modes de réallsation du dispositif conforme à la présente invention ; ils sont donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention: Tel qu'il est représenté, le dispositif est un motsur-type, à combustion externe et constitue l'application pratique du principe d'évaporation instantanée, correspondant à I'ensemble mécanique précité. La figure 1 represente le générateur vu en coupe longitudinale. La figure 2 représente le même vu en coupe transversale Les figures 3 et 4 representent des variantes au niveau des sous-ensembles. Il comporte : une source de chaleur 1, produite par un combustible quelconque (par exemple du gaz) , et un fluide thermodynamique (eau) 2, à l'état liquide, circulant dans une tubulure 3. Le fluide est aspiré, puis pulvérisé mécanique- ment par un pulvérisateur centrifuge 4 actionné par le lanceur 5 de démarrage. Il est immédiatement vaporise', à basse pression pour favoriser la pulvérisa- tion mécanique, a l'intérieur d'un compartiment 6 métallique fermé et soumis au rayonnement de la source de chaleur 1. Le fluide est alors entraîne' par le compresseur (axial ou cintrifuge) 7, comprirne dans le compartiment 8, et porté à une température de vapeur optima. Ce compartiment 8 peut-être conformé de façon à réaliser une provision de vapeur suffisante avant son utilisation comme force motrice. Le fluide, passant à travers la turbine 9, lui permet d'effectuer alors tout le travail de puissance, de prendre le relais du lanceur 5, déconnecté automatiquement et d'entratner l'ensemble du générateur . Le fluide, une fois son travail effectue, est raminé à l'état liquide dans les volutes du condenseur 10 en forme d'escargot, d'abord centrifuge avec éventuellement au départ un compresseur centrifuge 17, puis centripète et débouchant dans une canalisation de retour 12, en forme de serpentin 13 autour de la source de chaleur 1 ; cette canalisation 12 rejoint la tubulure 3 où le fluide est pret pour un nouveau cycle de vapeur. L'ensemble: lanceur 5, pulvérisateur 4, compresseur 7, turbine 9, condenseur 10 est entraîné solidairement par un axe creux commun 14 dont la rotation conditionne le fonctionnement de l'appareil. A l'intérieur de l'axe, un manchon chauffant 15 complete la source de chaleur 1, avec circulation d'air chaud dirigée vers les parois des compartiments 6 et 8. L'ensemble du dispositif, sauf au niveau du condenseur, est calorifugé. L'axe 14 peut etre équipé d'un pignon denté 16 ou autre, en vue d'une utilisation motrice, en particulier pour l'entraînement d'une génératrice d'électricité (alternateur). Toutefois, les formes, dimensions et dispositions des différents éléments pourront varier dans la limite des équivalents, comme d'ailleurs les matières utilisées pour leur fabrication, sans changer pour cela la conception générale de l'invention. Le dispositif3 obhet de l'invention, constitue à lui seul une centrale thermique dont les applications industriellesseraient nombreuses : centrales de production d' électricité par l'adjonction de génératrices, locomotives, centrales de production de vapeur pour l'industrie chimique ou pétrolière, moteurs auxilières, mini-centrales thermiques pour véhicules électriques (charge permanente des batteries de traction par génératrice et chargeur). REVENDIC TIONS 1/ Le dispositif suivant l'invention est un générateur de vapeur instantané faisant fonctionner un moteur à vapeur, autrement dit un auto-générateur de puissance compact, caractérisé par le fait que l'obtention et l'utilisation de la vapeur comme force motrice sont simultanées, c'est à dire, au furet à mesure que le fluide thermodynamique arrive dans le générateur. 2/ Le dispositif suivant la revendication 1 est caractérisé par le rait que le fluide thermodunamique est préalablement pulvérisé mécaniquement par un pulvérisateur centrifuge actionné par un lanceur. 3/ Le dispositif suivant la revendication 1 est caractérisé par le fait que le fluide pulvérisé est alors soumis à une source de chaleur dans un premier compartiment métallique fermé, et vaporisé sous l'effet de cette dernière. 4/ Le dispositif suivant la revendication 1 est caractérisé par le fait que la vapeur est aspirée par un compresseur axial ou centrifuge et projetée dans un deuxième compartiment métallique fermé, comprimé et porté à une température de vapeur optima (surchauffe). 5/ Le dispositif suivant la revendication 1 est caractérisé par le fait que le fluide vaporisé actionne une turbine à vapeur qui effectue le travail de puissance en entraînant l'ensemble du dispositif, le lanceur se trouvant déconnecté. 6/ Le dispositif suivant la revendication 1 est caractérisé par le fait qu'un condenseur tournant récupère le fluide, le condense et le propulse à travers les tuyauteries de retour. 7/ Le dispositif suivant la revendication 1 est caractérisé par le fait que le fluide est véhiculé vers son point de départ à travers des tuyauteries soumises au rayonnement résiduel de la source de chaleur. 8/ Le dispositif suivant la revendication 1 est caractérisé par le fait que l'ensemble des éléments tournants ont une section cylindrique et sont rendus solidaires par un axe creux commun rotatif.