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Moteur à gaz chaud.
La présente invention concerne un moteur à gaz chaud.
Le cylindre d'un moteur de ce grenre est constitué en substance par deux chambres remplies de gaz gui 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 augmentée déplace vers l'extérieur, par suite de la dilata- tion, un piston moteur, puis il passe à la chambre froide par suite du mouvement du déplaceur. Dans les moteurs à circuit ou- vert la chambre froide est constituée par l'air libre, ou bien la chambre froide communique directement avec l'air libre, de sorte
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que le gaz, en l'espèce l'air, s'échappe après chaque course.
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 chambre froide et dans le cylindre de travail, où il est refroidi artificiellement, de sorte que sa pression baisse et le piston exécute la 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 cèdent leur cha- leur à ce régénérateur et cette chaleur est restituée au gaz lors du passage 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.
Le déplaceur sépare la chambre froide de la chambre chaude. Une partie du déplaceur se trouve toujours dans la chambre chaude, tandis qu'une autre partie demeure toujours dans la chambre froide. A travers le corps du déplaceur un courant de chaleur continu passera donc de la chambre chaude à la chambre froide, chaleur qui est perdue pour le processus de travail.
La présente invention vise à réduire le plus possible cette quantité de chaleur en réduisant le plus possible la conduction thermique à travers le déplaceur. Pour y parvenir la partie du déplaceur chauffée au cours du fonctionnement est établie,conformément à l'invention, comme une pièce ayant une paroi mince en une matière à faible conductibilité thermi- que. Par quoi il faut entendre une matière ayant une conducti- bilité thermique inférieure à 70 Kg/cal. par mètre, par heure
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et par C, à environ 600 C. De préférence on utilisera à cet effet une matière ayant une conductibilité thermique encore plus faible, par exemple inférieure à 45 kg/cal.par mètre, par heure et par C, à environ 600 C.
Conformément à l'invention, pour pouvoir réaliser une pièce ayant une paroi mince douée d'une résistance suffisante aux déformations à la température de travail qui s'élève à au moins 400 C, on établit le déplaceur en une matière également douée d'une forte résistance à la traction même à ces températures élevées, par quoi on entend une résistance à la traction de 3000 kg/cm2 ou davantage à 500 C et de 1500 kg/cm2 ou davantage à une température de 700 C. De préférence, on utilisera des matières douées d'une plus forte résistance à la traction, par exemple de plus de 3800 kg/cm2 à 500 C et de plus de 2000 kg/cm2 à 700 C.
Aux deux conditions précitées, en ce qui concerne la conductibilité thermique et la résistance à la traction, corres- pondent certains .alliages bien connus de chrome et de fer, de chrome et de nickel, et de ferrochrome et de nickel.
Afin de réduire le plus possible aussi le transport de la chaleur à travers l'espace à l'intérieur du déplaceur on a prévu, de préférence dans la cavité du déplaceur, des moyens de réduire le transport de la chaleur. Dans un mode d'exécution de l'invention ces moyens peuvent consister d'une part à évacuer la cavité du déplaceur et d'autre part à placer dans cette cavité des cloisons pour empêcher le rayonnement de la chaleur. Dans un autre mode d'exécution de l'invention, notamment là où le dépla- ceur est soumis à une forte surpression du côté extérieur, la cavité du déplaceur est remplie de gaz, des cloisons étant prévues alors également pour éviter des courants à l'intérieur du gaz.
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.
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La fig. 1 est une coupe longitudinale du cylindre du moteur à gaz chaud avec son déplaceur et la fig. 2 est une coupe transversale du déplaceur.
Sur la fig. 1 le chiffre de référence 10 désigne la chambre chaude et 11 la chambre froide du cylindre. La chambre chaude est entourée par le carneau 12 à l'intérieur duquel cir- culent les gaz de combustion. La chaleur de ces gaz est transmise, à travers la paroi 13, au gaz dans la chambre 10. La chambre froi- de 11 est entourée par la chemise de refroidissement 14 qui évacue la chaleur entraînée par le gaz refoulé.
Entre la chambre chaude et la chambre froide on a dis- posé, en outre, le régénérateur 15 établi en une matière suscepti- ble d'absorber la chaleur et de l'émettre à nouveau rapidement et facilement. Ce régénérateur 15 entoure la pièce cylindrique 16 du déplaceur, de sorte que lors du mouvement du déplaceur le gaz allant de la chambre chaude à la chambre froide, et inverse- ment,doit traverser toujours le régénérateur. Une partie de la chaleur qui, lors du passage du gaz de la chambre 10 à la chambre 11, est recueillie dans le régénérateur est récupérée lors du refoulement du gaz de la chambre 11 vers la chambre 10.
Une extrémité du déplaceur 16 demeure toujours dans la chambre chaude, tandis que l'autre extrémité se trouve toujours dans la chambre froide. Il y a donc une conduction régulière de la chaleur d'une extrémité vers l'autre, chaleur qui est perdue pour le processus de travail. Pour réduire le plus possible ces pertes on établit la paroi du déplaceur 16 en une matière dont la conductibilité thermique est aussi faible que possible.
Pour parvenir aux températures de 400 C et davantage il est nécessaire d'établir la paroi en une matière qui a une rigidité suffisante même à ces températures élevées. A cet effet convient, par exemple, de la matière céramique qui est douée d'une résistance à la compression suffisante pour pouvoir résister à la surpression extérieure. On peut obtenir une construction plus lé-
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gère en établissant la paroi du déplaceur en un alliage de chrome, de nickel et d'acier contenant 18% à 25% de chrome et 8% à 21% de nickel, par exemple l'acier dit V2A. Ce métal est doué d'une grande rigidité aux températures élevées et en même temps d'une assez faible conductibilité thermique, de sorte qu'il répond aux deux conditions posées. A cet effet on peut aussi utiliser l'acier dit rapide.
On assure une réduction supplémentaire de la conduc- tion thermique si l'on fait le vide dans le creux 17 du dépla- ceur. Le rayonnement thermique qui serait alors encore une cause du transport de la chaleur d'une extrémité vers l'autre, est supprimé en disposant dans le creux un certain nombre de cloisons 18 perpendiculaires à l'axe du déplaceur. Afin qu'on puisse faire le vide après avoir placé les cloisons on munit ces dernières d'un petit trou 19. Afin que les cloisons elles-mêmes absorbent une quantité de chaleur aussi faible que possible elles sont établies en une matière qui réfléchit les rayons thermiques, par exemple en un alliage métallique non sujet à la corrosion.
Si l'on établit le déplaceur en matière céramique il faudra lui donner une paroi plus épaisse que si l'on utilise des parois métalliques. Dans ce cas le creux dans le déplaceur est rempli, de préférence, de gaz sous une pression qui équivaut à la pression moyenne au cours du processus de travail.
Dans le cas où le déplaceur est soumis à des pressions très élevées du côté extérieur, par exemple dans les moteurs à gaz chaud, qui fonctionnent avec une pression moyenne élevée, il peut être recommandé, en cas de déplaceurs métalliques, de remplir le creux 17 de gaz sous une pression convenable, par exemple la pression moyenne du moteur. A cet effet la tête du déplaceur est percée d'un petit trou, dans lequel est disposé éventuellement le tube 20, par lequel le gaz ne peut s'écouler que lentement de 'intérieur à l'extérieur. Après quelque temps l'équilibre s'éta-
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blit automatiquement, la pression intérieure du gaz étant alors'égale à la pression moyenne pendant le cycle.
Pour éviter le transport de la chaleur à travers le déplaceur par convection (entraînement de la chaleur) dans le gaz on prévoit alors également un certain nombre de cloisons 18 qui empêchent des courants à l'intérieur du gaz d'une extrémité du déplaceur vers l'autre.