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Moteur à gaz chaud.
La présente invention concerne un moteur à gaz chaud. Le cylindre d'un moteur de ce genre est constitué en substance par deux chambres remplies de gaz qui communiquent l'une avec l'autre.
Dans une chambre, appelée la chambre chaude, le gaz est chauffé, tandis que dans la chambre froide le gaz est refroidi. Au moyen d'un piston convenable, appelé le déplaceur, le gaz est refoulé de la chambre froide vers la chambre chaude, où il est chauffé, de sorte que sa pression augmente. Ce gaz dont la pression a été aug- mentée déplace, vers l'extérieur, par suite de la dilatation, un piston moteur, puis il passe à la chambre froide par suite du mou- vement du déplaceur. Dans les moteurs à circuit ouvert la chambre froide est constituée par l'air libre, ou bien la chambre froide communique directement avec l'air libre, de sorte que le gaz, en @
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l'espèce l'air, s'échappe après chaque coup. Pour la course suivante une nouvelle quantité d'air froid est aspirée.
Dans les moteurs à circuit fermé, par contre, le gaz est maintenu enfermé dans la cham- bre froide et dans le cylindre de travail, où il est refroidi arti- ficiellement, de sorte que sa pression baisse et le piston exécute sa course de retour. Le déplaceur refoule le gaz vers la chambre chaude et le cycle recommence.
Entre la chambre chaude et la chambre froide un régéné- rateur est placé éventuellement dans le parcours que suivent les gaz lorsqu'ils passent d'une chambre à l'autre. Les gaz chauffés expulsés de la chambre chaude par le déplaceur cédent leur chaleur à ce régénérateur et cette chaleur est restituée au gaz lors du pas- sage suivant du gaz de la chambre froide, ou de l'air extérieur, vers la chambre chaude. De la sorte on récupère la chaleur qui se perd autrement pour le processus de travail avec les gaz s'échappant.
La chaleur, qui doit être amenée au gaz dans la chambre chaude, provient d'une source de chaleur située à l'extérieur du moteur. Cette chaleur doit donc être transmise au gaz dans la cham- bre chaude à travers la paroi de cette chambre. Cette paroi doit donc répondre à la condition d'avoir une résistance thermique aussi faible que possible. On peut y parvenir en premier lieu en établis- sant la paroi en une matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple plus de 100 kg/cal. par mètre, par heure et par C., et en second lieu en donnant à la paroi une plus faible épaisseur. Tou- tefois, la température du gaz dans la chambre chaude est de 400 C. et davantage,,.tandis que la pression maximum du gaz dans cette cham- bre est également bien supérieure à la pression atmosphérique.
La paroi doit donc satisfaire à la fois à la condition d'avoir une très forte résistance mécanique, par exemple de plus de 200 kg/cra à la température de régime du moteur. Pour satisfaire à cette condition la matière de la paroi doit avoir une grande résistance à la trac- tion même à cette température élevée, ou bien la paroi doit avoir
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une grande épaisseur.
On connaît d'une part des matières bonnes conductrices de la chaleur telles que, par exemple, le cuivre, le bronze, l'alu- minium et des alliages de ces métaux. Toutefois, ces matières n'ont pas une forte résistance à la traction aux températures élevées, à savoir de 400 C. et davantage. D'autre part la matière bien connue comme étant douée d'une forte résistance à la traction à ces tempé- ratures élevées, telle que l'acier au chrome-nickel ou l'acier rapide, a une conductibilité thermique bien inférieure à celle des métaux mentionnés en premier lieu.
La présente invention a pour but de pouvoir réaliser une paroi pour la chambre chaude qui soit douée à la fois d'une résis- tance mécanique suffisante et d'une résistance thermique aussi fai- ble que possible.
Conformément à l'invention la paroi de la chambre chaude est constituée par une matière bonne conductrice de la chaleur, ren- forcée au moyen d'une matière dont la résistance à la traction aux températures élevées est supérieure à celle de la matière mention- née en premier lieu, mais'qui peut avoir une moindre conductibilité thermique.
Par la mesure conforme à l'invention on vise à obtenir une solution convenable en pouvant maintenir assez faible la ré- sistance thermique, avec une résistance mécanique suffisante de la paroi.
Le renforcement de cette paroi peut être prévu de diffé- rentes façons, par exemple à l'extérieur autour de la paroi, sous forme de bandes ou frettes en cette matière renforçatrice. Du fait que la vitesse à laquelle la chaleur est transmise d'un gaz à la paroi, et inversement, dépend entre autres de la conductibilité ther- mique de la matière de cette paroi, la partie de la paroi, où l'é- change de chaleur avec les gaz doit avoir lieu, sera établie, de préférence, en la matière ayant la plus grande conductibilité ther- mique.
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Quand la surface de la paroi intérieure de la chambre chaude où s'effectue l'échange de chaleur est agrandie artificiel- lement, par exemple au moyen de picots ou de nervures sur la paroi intérieure, cette partie de la paroi devra être établie en la ma- tière ayant la plus grande conductibilité thermique.
Dans un mode d'exécution du moteur à gaz chaud conforme à l'invention, où le chauffage extérieur de la chambre chaude se fait au moyen de gaz de combustion, la matière ayant la plus grande résistance mécanique et la plus faible conductibilité thermique est enfermée entre deux couches de matière bonne conductrice de la chaleur. Eventuellement cette couche de matière renforçatrice en- fermée est interrompue localement soit par des canaux, soit par une connexion directe entre la couche intérieure et la couche extérieure.
Pour une meilleure transmission de la chaleur de la paroi au gaz dans la chambre chaude et du gaz à la paroi dans la chambre froide il est recommande d'agrandir artificiellement la surface de la paroi, à travers laquelle a lieu l'échange de la chaleur, ce qui peut s'effectuer en prévoyant des nervures du côté intérieur de la paroi de la chambre chaude. Ces nervures sont coulées d'une pièce avec la paroi en matière bonne conductrice dans le but de favoriser le transport de la chaleur.
On peut augmenter encore la puissance à débiter par la machine en utilisant comme fluide moteur un gaz doué d'une.meilleure conductibilité thermique et/ou d'une moindre viscosité que l'air.
De la sorte le chauffage du gaz est accéléré ou la résistance d'é- coulement dans le moteur est réduite.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant bien entendu partie de l'invention.
La fig. 1 montre le cylindre et le déplaceur d'un moteur à gaz chaud. Le cylindre est constitué en substance par deux cham-
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bres, à savoir la chambre chaude 10 et la chambre froide 11. La chambre chaude est entourée par un carneau 12 où circulent les gaz de combustion. Ces gaz cèdent leur chaleur à la paroi cylindrique 13 de la chambre chaude 10, laquelle paroi cède à son tour la cha- leur au gaz dans la chambre chaude. Pour éviter le rayonnement de la chaleur des gaz de combustion et le refroidissement inutile de la tête 14 du cylindre, tant le carneau 12 que la tête 14 sont re- vêtus d'une couche isolante 15, par exemple une couche de laine minérale.
La paroi 13 de la chambre chaude est établie en un métal bon conducteur de la chaleur, car tout transport de la chaleur du carneau de chauffage 12 vers le gaz dans la chambre 10 doit s'ef- fectuer à travers la paroi 13. Un métal convenable susceptible d'ê- tre coulé et travaillé à la forme voulue est, par exemple, le bronze d'aluminium. Ce métal est bon conducteur de la chaleur, mais aux températures élevées, par exemple au-dessus de 400 C., il a une faible résistance mécanique. Comme la pression dans la chambre chaude 10 devient supérieure à la pression atmosphérique et peut être même bien plus élevée, il est nécessaire de donner , la paroi de cette chambre une grande résistance mécanique.
On pourrait, par exemple, donner à cette paroi une épaisseur beaucoup plus grande, mais cela nuirait à la transmission de la chaleur du carneau 12 vers la chambre 10 et en même temps la pièce coulée deviendrait plus pesante, plus dispendieuse et moins bonne. C'est pourquoi on pré- fère munir la paroi d'un renforcement distinct ayant la forme d'une gaine 16 en un métal doué d'une grande résistance à une température de 400 à 500 C. et davantage. A cet effet il convient d'utiliser notamment un alliage de chrome, de nickel et d'acier à 18% de chrome et 8% de nickel, dit acier V2A.
Toutef'ois, cette matière présente l'inconvénient d'avoir une plus faible conductibilité thermique que le bronze d'aluminium.
Pour favoriser la transmission de la chaleur la gaine 16 est inter- @
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rompue localement, au moyen de perforations 17 traversées par le bronze d'aluminium, là où la paroi 13 se raccorde au carneau de chauffage 12. La gaine peut aussi être établie partiellement en gaze métallique pour autant que cette dernière soit entourée par du bronze d'aluminium coulé. Cette gaine est entourée des deux côtés par la paroi en bronze d'aluminium pour favoriser le plus possible la transmission de la chaleur des gaz de combustion dans le canal 12 vers la paroi 13 et de cette paroi vers le gaz dans la chambre chau- de 10.
La mauvaise conductibilité thermique du métal de la gaine renforçatrice est utilisée pour établir une connexion calorifuge en- tre la paroi du régénérateur et la paroi 19 de la chambre froide 11.
En fait, la gaine 16 est prolongée par la partie cylindrique 20 qui s'étend au-delà de la pièce coulée de la chambre chaude. Cette gaine 20 supporte le régénérateur 18, qui entoure le déplaceur 21, et est formé d'un certain nombre de spires, par exemple de fil de nickéline. En même temps la gaine 20 est reliée de façon amovi- ble à la gaine refroidie de la chambre froide 11 au moyen d'un jeu de boulons 22. Grâce à la faible conductibilité de la gaine 20 une quantité de chaleur aussi faible que possible passe, par conduction, de la paroi de la chambre chaude vers la paroi de la chambre froide de sorte que la quantité de chaleur perdue est aussi faible que pos- sible. Au point de vue mécanique cette gaine 20 est suffisamment forte,pour résister à la surpression dans le cylindre.
La Fig. 2 représente un autre mode d'exécution, dans lequel la, gaine renforçatrice est également perforée pour faciliter le transport de la chaleur. Au moyen de canaux forés 23 qui débouchent aux deux extrémités à l'extérieur de la paroi, traversent deux fois la gaine renforçatrice 20 et n'atteignent pourtant pas la surface intérieure de la chambre chaude; les gaz de combustion dans le carneau 12 peuvent atteindre la paroi intérieure de la gaine renforçatrice 20.
La résistance mécanique de l'ensemble n'est pas réduite considérable-
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ment, parce que le diamètre des canaux est tout-au plus de l'ordre de grandeur de 1 cm.