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Moteur à gaz chaud.
Dans les moteurs à gaz chaud connus, catégorie à laquelle appartiennent aussi les moteurs à air chaud, une certaine quantité de gaz est chauffée dans une chambre fermée, dénommée chambre chaude. Ce chauffage provoque un accroissement de la pression du gaz. Ce gaz à pression accrue s'écoule vers une seconde chambre, appelée chambre froide, en communication libre avec la première,, chambre froide dans laquelle ce gaz déplace un piston, se détend et se refroi di t. Un second pi ston, appelé racl eur, pénètre dans la chambre chaude sur une longueur suffisante pour que pratiquanent tout le gaz, sauf celui qui se trouve dans l'espace mort inévitable, soit chassé de la chambre chaude. Le gaz qui, après détente, se trouve dans la chambre froide, peut 'être évacué dans l'atmosphère.
Dans
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ce cas, le gaz utilisé clans le moteur est l'air. Lorsque le ra.cleur sort de la chambre chaude une nouvelle quantité d'air est aspirée dans la chambre chaude et y est chauffée. Les moteurs de cette espèce sont dénommés moteurs à cycle ouvert. on connaît aussi des moteurs à gaz chaud dans lesquels le gaz détendu est retenu dans la chambre froide et y est refroidi.
La pression du gaz diminue,, et le piston peut entamer sa course suivante. Par suite du déplacement du racleur, la m ne quantité de gaz s'écoule de nouveau vers la chambre chaude. Des moteurs de cette espèce sont dénommés moteurs à cycle fermé. On entend aussi par là des moteurs à gaz chaud dans lesquels une partie du gaz du cylindre est évacuée vers un système fermé de tuyauteri es ou de récipi ents et, de là, ramenées dans le circuit.
L'invention concerne des moteurs à gaz chaud des deux sortes mentionnées. on a déjà proposé de munir les moteurs à gaz chaud, à cycle fermé, d'un réchauffeur, d'un régénérateur et d'un réfrigérant que le gaz parcourt dans cet ordre de succession et puis dans l'ordre inverse. Il est connu de munir les moteurs à gaz chaud à cycle ouvert d'un réchauffeur et d'un régénérateur. Dans ce der- nier cas, un réfrigérant est superflu car, au début de chaque cycle, une nouvelle quantité d'air non chauffée est chaque fois s aspirée.
Par "réchauffeur" et "réfrigérant", on entend ici des organes serv.antà l'échange de chaleur avec le fluide gazeux, échange pendant lequel le fluide est limité dans son mouvement par au moins deux paroisqui. exercent un effet chauffant, respectivement refroi- dissant, sur le fluide et par lesquelles la chaleur est ramenée de l'extérieure respectivement évacuée vers l'extérieur. Par "réchauf- feur" et "réfrigérant" on entend aussi les organes servant à l'échangede chaleur avec le fluide gazeux, par lesquelsleflux de gaz est subdivisé en un grand nombre de parties séparées, au moins cinq.
Cette subdivision peut se modifier dans la direction de l'écoulenent
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du gaz. Eventuellement le réchauffeur et le réfrigérant peuvent tous deux présenter les particularités mentionnées.
Dans les moteurs à gaz chaud connus, deux, ou un plus grand nombre, des éléments réchauffeur, régénérateur et réfrigérant cités sont mis en communication de diverses manières. C'est ainsi qu'il est connu d'exécuter ces éléments sous forme d'unités indépen- dantes et de les relier entre eux par des canaux. Lorsque ces canaux de communication sont étroi ts, le fluide gazeux rencontre une forte rési stance. par contre, lorsqu-'on utilise des canaux trèss larges, on augmente l'espace mort du moteur.
L'invention a pour but d'assembler deux ou plusieurs des éléments mentionnés, de manière à réduire au minimum l'expace mort et de réduire autant que po ssible la résistance offerte au passage du gag d'un élément vers l'autre.
Conformément à l'invention, au moins deux des éléments mentionnés sont placés de manière à se toucher par leur plus grande surface de délimi.tation. Le gaz peut ainsi s'écouler d'un élément vers l'autre sur toute la surface de délimitation commune ce qui as- sure au gaz une surface de passage suffisamment grande, et de plus, il n'existe, entre ces éléments, aucun espace mort.
Dans une forme d'exécution de l'invention, le réchauffeur et le régénérateur sont placés de manière telle que le second fait office d'isolateur thermique pour le prunier. De ce fait la paroi extérieure du moteur n'est pas inutilement exposée à une radiation de chal eur. Cette réalisation réduit les pertes de chaleur par rayon- nement, étant donné que la chaleur rayonnée vers le régénérateur est captée par ce régénérateur et retransmise au gaz sous forme de cha- leur util e.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, au moins deux des éléments mentionnés sont disposés concentriquement. Dans ce tout 1 cas, le régénérateur peut/aussi bien entourer le réchauffeur, ce qui limite les pertes de chaleur vers l' extéri eur, qu'être placé à l'in- térieur du réchauffeur. Cette dernière forme d'exécution est par- ticulièrement utilisée lorsque la source de chaleur est disposée
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tout autour du réchauffeur par exemple sous forme d'un certain nombre de brûleurs à gaz disposés sur une circonférence et dirigés vers 1 'intéri eur.
Dans une autre forme d'exécution de la présente invention , deux au moins de ces éléments cités entourent concentriduement le cylindre. Dans ce cas , la réalisation la plus avantageuse est celle dans lanuelle le réchauffeur entoure la chambre chaude, et le régénérateur entoure le réchauff eur. Dans ce cas, lerégénérateur isole de la paroi extérieure de la machine tant la chambre chaude que le réchauffeur. Conformément à l'invention, le réchauffeur peut dépasser dans la direction longitudinale du cylindre et, dans l'espace ainsi constitué dans le réchauffeur, on peut prévoir la chambre de combustion des gaz de combustion du moteur. De préférence, le régénérateur est scindé en deux parties, dont la première entoure le réchauffeur et la seconde le réfrigérant.
Le réchauffeur et le réfrigérant peuvent alors être juxtaposés dans la direction de l'axe du cylindre. Cette réali sation p erm et de rendre le diamètre extéri eur du cylindre au droit de la chambre chaude égal à celui au droit de la chambre froi de, et de réduire ce diamètre au minimum.
Dans une forme d'exécution encore de l'invention, les troiséléments sont concentriques et entourent le cylindre, le refroidi sseur étant placé à l'extérieur. La paroi extérieure est donc toujours léchée par des gaz refroidis, de sorte que la chemise extéri eure du mo teur subi t uniquement des solli citations mécaniaues et non des sollicitations thermiques. Il est avantageux d'amener la chaleur au réchauffeur à l'aide d'un métal fluide ou d'un alliage métallique flui de. Dans ce cas, le réchauffeur, et partant lemoteur, peuvent être très compacts.
L'invention sera décrite en détail avec référence aux exemples d'exécution représentés dans le dessin annexé.
Les figures 1, 2 et 3 représentent Quelques formes d'exécution de moteurs à gaz chaud dans lesquelles au moins le réchauffeur et le régénérateur se touchent par leur plus grande surface
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de délimitation, et de plus sont concentri ques.
Sur la figure 1, 10 est le cylindre du moteur à gaz chaud. Ce cylindre est sépraré en deux parties: la chambre chaude 11 et la chambre froide 12. Ces chambres sont séparées par le ra- cleur 13 guidé dans la partie froide du cylindre 10. La chambre chaude 11 est en communication avec le réchauffeur 14 placé au dessus du cy- lindre. Ce réchauffeur consi ste en une tôle ondulée centrée en for- m e d'harmonica, d'un matériau résistant à la chaleur tout en étant bon conducteur, du bronze d'aluminium par exemple. A l'intérieur du ré-chauffeur se trouve la chambre de combustion 17 dans laquelle on brûle, à l'aide d'un brûleur 18, un mélange gazeux.
Les gaz de combustion chauds lèchent donc les deux parois du réchauffeur dans le sens des flèches et s'échappent du moteur par les ouvertures 16 pratiquées dans l'enveloppe. Ces ouvertures 16 ne correspondent qu'aux rainures du réchauffeur ouvertes dans le sens de la chambre de combustion 17.
Le gaz de remplissage du cylindre pénètre dans la tête du cylindre par un jeu d'ouvertures 15, précisément par les fentes intermédiaires, et absorbe donc, à travers la paroi du réchauffeur 14, la chaleur des gaz de combustion. Le gaz chauffé s'écoule, dans le sens des flèches, des fentes du réchauffeur 14, dirigées vers l'extérieur, vers le régénérateur immédiatement voisin 19. Ce régénérateur consiste en une bobine cylindrique de minces fils comportant de nombreux intervalles. Cette bobine enroulée du régénérateur entoure directement le réchauffeur 14. Les ouvertures de sortie du réchauffeur voisinent donc immédiatement avec la masse du régénérateur, de sorte que la surface de passage du gaz du réchauffeur vers le régénérateur est maximum et que la résistance opposée à à l'écoulement du.gaz est minimum.
De plus, le régénérateur 19 fait office d'isolateur thermique du réchauffeur 14, étant donné que la chaleur rayonnée par ce réchauffeur est captée par le régénérateur et ainsi ramenée dans le cycle de travail. Les gaz provenant du ré-
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générateur, et donc déjà refroidis, s'écoulent par le canal annulaire 21 entre le cylindre 10 et l'enveloppe 20, vers le réfrigérant 22.
La chambre chaude 11 du cylindre 10 est entourée, au droit du canal 21, par une couche de matériau isolant 28 qui prévient le refroidissanent de la chambre chaude. Le réfrigérant 22 est du même type que le réchauffeur 14 décrit précédemment. Les rainures ouvertes vers la partie extérieure communiquent avec l'air extérieur par des ouvertures 24 pratiquées dans la chemise 23. Le gaz s'écoule par des fentes communiquant avec l'intérieur et par des ouvertures 35 dans la chemise cylindrique 10 et des lumières correspondantes 26 dans le racleur 13, il pénètre dans la chambre froide 12 au de- sus du pi ston 27. L'évacuation de chaleur dans le réfrigérant 22 s'effectue ici, soit par cession directe de chaleur à l'air extérieur soi t, lorsque le tirage naturel est insuffisant, à l'aide d'air insufflé dans les fentes extérieures d'un réfrigérant.
Bien que le dessin représente un moteur à circuit fermé, la même construction de réchauffeur et de régénérateur peut aussi s'utiliser dans les moteurs à circuit ouvert. Dans ce cas, le réfrigérant 22 est superflu, car le gaz de la chambre froide 12 peut s'échapper dans l'atmosphère et être remplacé par une nouvelle ouantité d'air fraisaspiré.
La figure 2 représente un moteur à gaz chaud dans lequel tant le réchauffeur que le réfrigérant sont placés concentrique- ment autour du cylindre et sont tous deux entourés par une parti e du régénérateur. Le réchauffeur 24 et le réfrigérant 39 consistent ici en un systèmetubulaire et sont traversés respectivement par un métal ou un alliage métallique fluide et par un liquide réfri g é- rant.
Leréchauffeur 34 est disposé concentriquement à la chambre chaude 31, de façon a empêcher la radiation de chal eur de cette chambre dans la direction radiale. La radiation dans lesens axial est captée par une tête de cylindre 45 entourée d'un couche de matériau isolant et par une enveloppe 41 qui absorbe les efforts
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exercés sur la tête de cylindre. Entre cette enveloppe et la paroi du cylindre règne la pression moyenne du cycle, de sorte que les efforts sur le cylindre marne ne résultent que des variations de la pression pendant le cycle. La pression moyenne requise entre le cylindre et l'enveloppe est maintenue à l'aide de gaz introduit dans la tête de cylindre à travers une ouverture capillaire 46.
La chaleur radiée par le réchauffeur 14 est captée par le régénérateur 35, voisinant directement le réchauffeur et disposé concentriquement autour de celui-ci. La paroi 36 du cylindre n'est donc pas exposés à la température élevée qui règne dans la chambre chaude 31. Lors de l'évacuation du gaz de la chambre chaude 31, ce gaz parcourt d'abord le réchauffeur 34 et ensuite le régénérateur 35. Le réchauffeur 34 est en contact direct par sa plus grande surface de délimination, tant avec la chambre chaude 31 qu'avec le régénérateur 35. La surface de passage du gaz est donc maximum. Le régénérateur se compose de deux parties, à savoir les bobines cylin- driques 35 et 38. La première entoure le réchauffeur, la seconde le réfrigérant 39.
Comme le réchauffeur et le réfrigérant doivent modifier la quantité de chaleur contenue dans une même quantité en poids de gaz, la surface réfrigérante et la surface chauffante sont généralement égales et, de ce fait, les dimensions du réfrigérant et du réchauffeur sont identiques. Lorsque le régénérateur est aussi scindé en deux parties égales, le diamètre du cylindre correspondant à la chambre chaude-est égal à celui correspondant à la chambre froide, ce qui favorise un montage constructif simple du moteur.
Le gaz provenant du régénérateur 35 traverse l'espace comprisentre le régénérateur et la paroi du cylindre 36 et 40 vers le régénérateur 38, et de là, en traversant le réfrigérant 39, vers la chambre froide 32. Le régénérateur 38 et le réfrigérant 39 sont montés, du point de vue constructif, de la marne manière que le régénérateur 35 et le réchauffeur 34, de sorte que l'on rencontre les marnes avantages en ce qui concerne la surface de passage des gaz.
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La paroi 36 du cylindre est en contact avec la partie chaude du mo- teur, par contre, la paroi 40 du cylindre n'est en contact qu'avec la partie froide. Pour prévenir les pertes de chaleur par conduc- tion dans la paroi, ces parties sont séparées par une couche de matériau isolant 37.
Le guidage du racleur 33 s'effectue non seulement dans la partie 34 du cylindre, mais aussi dans une partie annulaire 47 de la paroi 40 du cylindre. Ce guidageannulaire 47 sert en même tempsde fermeture entre la partie chaude et la partie froide du cylindre.
La figure 3 représente une forme d'exécution correspon- dant essentiellement à celle représentée à la figure 2. Dans cette construction, le réchauffeur 53, le régénérateur 54 et le réfrigé- rant 55 sont concentriques et disposés autour du cylindre 50. Le réchauffeur 53 voi sine avec la chambre chaude. Le gaz s'écoule de la chambre chaude sur toute la périphérie du cylindre dans leré- chauffeur 53. De ce réchauffeur, le gaz passe, par toute la surfa- ce de délimitation commune au régénérateur et au réchauffeur vers le régénérateur, et ensuite, de manière analogue, vers le réfrigé- rant. La paroi extérieure 56.du cylindre ne vient donc en contact qu'avec des gaz refroidis, de sorte que toute isolation thermique séparée est superflue.
La chaleur radiée par le réchauffeur et par la chambre chaude est captée par le régénérateur qui fait donc aus- si office, ici, d'isolateur. La tête de cylindre comporte un capot 57 qui absorbe l'effort, tandis que l'isolement thermique s'effectue entre la tête de cylindre et ce capo t.
Du réfrigérant 55, le gaz s'écoule dans la chambre froi- de 51 à travers des canaux 59 du cylindre 58. La chambre chaude et la chambre froide sont séparées par le racleur 52 dont le guidage et la fermeture s'effectuent dans le cylindre 58.