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Procédé de conduite d'un moteur à gaz chaud., et moteur 'convenant à son exécution.
Par moteur à gaz chaud on entend une machine thermodynamique, dans laquelle un cycle thermodynamique est parcouru par une quantité de gaz logé dans une enceinte de volume variable, qui renferme ou communique directement avec une partie chauffante, éventuellement un récupérateur, ainsi qu' avec une partie réfrigérante qui se trouve dans ou en communication directe avec une seconde enceinte de volume variable. L'enceinte ajacente à la partie chauffante est dénommée "chambre chaude", tandis que l'enceinte ajacente à la partie réfrigérante est dénommée "chambre froide".
Eventuellement, une certaine quantité de gaz renfermée dans les chambres spécifiées peut être admise dans un ou plusieurs cylindres ou cuves à fermeture séparée et être ramenée, par la suite, de ces cylindres ou de ces cuves dans les chambres. Dans ce cas, le couple thermodynamique est dit fermé.
On peut éventuellement supprimer.la partie réfrigérante du moteur et la remplacer par une communication périodique avec l'air extérieur; dans ce cas, une certaine quantité d'air est aspirée à chaque cycle. De tels moteurs sont dénommés "moteurs à cycle ouvert". Tant dans les moteurs à cycle ouvert que dans ceux à cycle fermé, les variations du volume de la chambre chaude sont décalées par rapport à celle du volume de la chambre froide de manière que le gaz soit successivement chauffé, détendu, refroidi et comprimé.
L'invention concerne exclusivement un moteur à gaz chaud qu'il y a lieu de refroidir pendant son fonctionnement à l'aide d'un agent réfrigérant amené de 1-'extérieur, par exemple de l'eau ou de l'air, ce qui, dans un moteur à cycle fermé, est toujours nécessaire.
Pendant le fonctionnement d'un moteur à gaz chaud, une source de chaleur cède de la chaleur au réchauffeur du @
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moteur. Une grande partie de la chaleur cédée est transformée en travail mécanique à l'aide du gaz circulant dans le moteur.
Cependant une certaine partie de la'chaleur fournie au réchauffeur atteint, par conduction, les autres parties du moteur, en particulier le réfrigérant. Cette chaleur est normalement évacuée par le fluide réfrigérant.
Lorsque, pendant le fonctionnement du moteur,c'est-àdire pendant le temps que la source de chaleur fournit dé la chaleur, on interrompt la circulation du fluide réfrigérant, la température du réfrigérant augmente. En général, les réfrigérants ne sont pas prévus pour des températures élevées, par exemple, supérieures à 500 C. En général, une interruption de la circulation du fluide réfrigérant sera donc nuisible pour les matières utilisées dans le réfrigérant. Au moment où l'on arrête le moteur et que l'on met la source thermique hors service il subsiste dans le réchauffeur du moteur une certaine quantité de chaleur qui, pendant cette période de repos, se propage dans les autres parties du moteur.
Si la circulation du fluide réfrigérant est interrompue au moment où le moteur s'arrête, pendant la période de repos, la chaleur évacuée vers le réfrigérant, peut provoquer un échauffement inadmissible de celui-ci.
La présente invention permet d'obvier à cet inconvénient, en ne supprimant l'évacuation de la chaleur du moteur que lorsque la fourniture de chaleur a pris fin. La chaleur qui parvient alors encore du réchauffeur au réfrigérant est évacuée de ce dernier par le fluide réfrigérant, de sorte que la température du réfrigérant ne dépasse pas les limites admissibles.
Le moteur à gaz chaud auquel s'applique le procédé conforme à l'invention, est caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif pour conduire le fluide réfrigérant le long du réfrigérant du moteur, dispositif qui comprend des moyens d'entraînement qu'il n'est possible d'arrêter que lorsque l'amenée de chaleur au moteur a pris fin. Ce dispositif utilisé pour refouler ou aspirer le fluide réfrigérant, peut consister en une pompe à eau ou à air, entraînée par un moteur indépendant. L'interrupteur de ce moteur peut être verrouillé par la vanne d'amenée de chaleur de manière que l'interruption ne puisse s'effectuer que dans l'ordre de succession précité.
Lorsque la pompe de circulation du fluide réfrigérant est entraînée par le moteur à gaz chaud lui-même, on peut à l'aide d'un accouplement à rochet entre la pompe et le moteur, faire en sorte que la pompe reste en mouvement pendant un certain temps après l'arrêt du moteur. Il suffit de munir la pompe d'une grosse masse rotative, par exemple un volant séparé, ou augmenter la masse en mouvement de la pompe, pour que le travail mécanique accumulé dans cette masse, assure le mouvement de la pompe après l'arrêt du moteur.
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 texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 1 montre schématiquement une partie d'un cylindre d'un moteur à gaz chaud, avec pompe à commande individuelle.
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La fig. 2 montre un moteur à gaz chaud avec pompe incorporée.
La fig. 1 montre partiellement en coupe le cylindre 10 d'un moteur à gaz chaud. Le dessin montre le réchauffeur extérieur 11 de ce cylindre, ainsi que le réfrigérant'extérieur 12. Le réfrigérant intérieur qui refroidit le gaz circulant dans le moteur est indiqué par 16. La chaleur est fournie au moteur par un brûleur 15 dont les flammes lèchent les ailettes du réchauffeur extérieur 11. Le,combustible de ce brûleur est amené par une canalisation 14, qui comporte une vanne 15.
Pendant le fonctionnement du moteur, un réchauffeur extérieur 11 amène au cylindre et au gaz qui y circule une certaine quantité de chaleur. Une grande partie de la chaleur fournie est transformée dans le moteur en travail mécanique par un cycle thermodynamique ou amenée au réfrigérant. Par contre, une autre partie de cette chaleur parvient, par conduction du réchauffeur, aux autres parties du moteur. Parmi celles-ci il y a lieu de citer en tout premier lieu le récupérateur placé entre le réchauffeur et le réfrigérant. Pendant le fonctionnement du moteur le récupérateur est amené périodiquement à une température élevée, de sorte que l'échauffement de ce récupérateur ne peut entraîner de suites défavorables.
Le flux de chaleur atteint, après le récupérateur, le réfrigérant 16, et provoque une augmentation de la température de celui-ci. Le fluide réfrigérant qui traverse le féfrigérant extérieur cédera immédiatement cette chaleur sans que la température du réfrigérant croisse d'une manière appréciable.
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Lorsque le moteur à gaz chaud est mis hors service, par exemple parce que l'outil entrainî requiert une interruption du fonctionnement, on arrêtera, en général, au même moment l'apport de chaleur en fermant la vanne 15 prévue dans la canalisation 14 du combustible. Le réchauffeur du moteur se trouve cependant encore à la température de régime, de sorte qu'une quantité de chaleur appréciable se trouve accumulée tant dans le réchauffeur intérieur que dans le réchauffeur extérieur. Après l'arrêt du moteur cette chaleur s'écoule vers d'autres parties du moteur. Lorsqu'on interrompt le refroidissement en même temps qu'on arrête le moteur, cet apport de chaleur augmente la température du réfrigérant.
En régime, le réfrigérant n'est pas soumis à des températures élevées, de sorte qu'en général, ce réfrigérant n'est pas prévu pour des températures élevées. Bien souvent, les éléments du réfrigérant sont assemblés par une soud- re à l'étain, de sorte qu'une température de j300 C, voire plus, peut exercer un effet très nuisible. La chaleur propagée dans le moteur pourrait même atteindre d'autres parties du cylindre, par exemple la trajectoire du piston, de sorte que le lubrifiant qui, pendant le fonctionnement du moteur, n'atteint pas une température très élevée, pourrait, de ce fait, subir une transformation nuisible.
On peut éviter les inconvénients précités en prolongeant le refroidissement du moteur un certain temps après l'arrêt du moteur et après la mise hors circuit de la source de chaleur. La pompe 18, qui refoule.le fluide réfrigérant dans le réfrigérant 12 par une canalisation 17, comporte à cet effet un moteur électrique 19, dont l'arrét ne s'effectue pas en même temps que celui du moteur à gaz chaud. Le câblage 21 du
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moteur électrique 19 comporte un interrupteur 20, verrouillé mécaniquement de façon connue par la vanne 15 de la canalisation de combustible 14. La vanne 15 comporte en effet une collerette circulaire 22, qui s'engage dans un creux d'une collerette 23, circulaire elle aussi, de l'interrupteur 20.
La collerette 22 comporte aussi un creux dans lequel la collerette 23 de l'interrupteur 20 ne peut tourner que lorsque la vanne est fermée. Donc, aussi longtemps que la vanne 15 est ouverte, il est impossible de couper l'interrupteur 20. Le verrouillage précité offre en outre l'avantage que l'amenée de chaleur avant le début de la période de fonctionnement ne peut s'effectuer que lorsque le moteur électrique 19 est mis en circuit et que le fluide réfrigérant circule.
Le verrouillage mécanique précité pour la mise hors cicuit du moteurelectrique 19 peut aussi s'effectuer à l'aide d'un interrupteur bimétallique, inséré dans le réchauffeur 11.
Dans ce cas, le moment de la mise hors circuit de la circulation du fluide réfrigérant ne dépend pas du personnel chargé de la manoeuvre du moteur. Sur la fig. 2, les parties correspondantes du moteur à gaz chaud portent les mêmes chiffres de référence que sur la fig. 1. La pompe 27 utilisée pour le refoulement du fluide réfrigérant est cependant entraînée par le vilebrequin 25, par l'intermédiaire d'un accouplement à rochet 26. Cet accouplement ne transmet le mouvement de ce vilebrequin à l'arbre de la pompe 27 que dans le sens de rotation du vilebrequin 25. Donc, lorsque le vilebrequin 25 est à. l'arrêt, la pompe continue sa rotation dans le même sens et provoque la circulation du fluide réfrigérant.
La force nécessaire à.la rotation de la pompe, est prélevée de la grande masse en rotation qui se trouve soit dans les parties tournantes de la pompe elle-même, ou qui affecte la forme d'un volant individuel 28, monté sur la pompe.
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A method of operating a hot gas engine., And an engine suitable therefor.
By hot gas engine is meant a thermodynamic machine, in which a thermodynamic cycle is traversed by a quantity of gas housed in an enclosure of variable volume, which encloses or communicates directly with a heating part, possibly a recuperator, as well as with a refrigerating part which is located in or in direct communication with a second chamber of variable volume. The enclosure adjacent to the heating part is called "hot room", while the enclosure adjacent to the cooling part is called "cold room".
Optionally, a certain quantity of gas contained in the specified chambers can be admitted into one or more cylinders or tanks with separate closure and be returned, thereafter, from these cylinders or these tanks to the chambers. In this case, the thermodynamic couple is said to be closed.
The refrigerant part of the engine can optionally be removed and replaced by periodic communication with the outside air; in this case, a certain amount of air is sucked in each cycle. Such motors are called "open cycle motors". Both in open cycle and closed cycle engines, the variations in the volume of the hot chamber are offset from that of the volume of the cold chamber so that the gas is successively heated, expanded, cooled and compressed.
The invention relates exclusively to a hot gas engine which has to be cooled during operation with the aid of a coolant supplied from the outside, for example water or air, this which, in a closed cycle engine, is always necessary.
During the operation of a hot gas engine, a heat source transfers heat to the heater of the @
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engine. Much of the heat given up is transformed into mechanical work using the gas circulating in the engine.
However, some of the heat supplied to the heater reaches, by conduction, other parts of the engine, in particular the coolant. This heat is normally removed by the refrigerant.
When, during the operation of the engine, that is to say during the time that the heat source is providing heat, the circulation of the coolant is interrupted, the temperature of the coolant increases. In general, refrigerants are not intended for high temperatures, for example, above 500 C. In general, therefore, an interruption in the circulation of the refrigerant fluid will be detrimental to the materials used in the refrigerant. When the engine is stopped and the heat source is switched off, a certain quantity of heat remains in the engine heater which, during this rest period, is propagated to the other parts of the engine.
If the circulation of the coolant is interrupted when the engine stops, during the rest period, the heat discharged to the coolant, may cause the latter to overheat.
The present invention obviates this drawback, by removing the heat removal from the engine only when the heat supply has ceased. The heat which then still passes from the heater to the refrigerant is discharged from the latter by the refrigerant, so that the temperature of the refrigerant does not exceed the permissible limits.
The hot gas engine to which the method according to the invention is applied, is characterized in that it comprises a device for conducting the coolant along the coolant of the engine, which device comprises drive means that it is only possible to stop when the heat supply to the engine has ended. This device used to discharge or suck the refrigerant fluid, may consist of a water or air pump, driven by an independent motor. The switch of this motor can be locked by the heat supply valve so that the interruption can only be carried out in the aforementioned order of succession.
When the coolant circulation pump is driven by the hot gas engine itself, it is possible by means of a ratchet coupling between the pump and the engine, to make the pump remain in motion for a period of time. some time after stopping the engine. It suffices to provide the pump with a large rotating mass, for example a separate flywheel, or to increase the moving mass of the pump, so that the mechanical work accumulated in this mass, ensures the movement of the pump after stopping the pump. engine.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be carried out, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of said invention.
Fig. 1 schematically shows part of a cylinder of a hot gas engine, with an individually controlled pump.
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Fig. 2 shows a hot gas engine with a built-in pump.
Fig. 1 shows partially in section the cylinder 10 of a hot gas engine. The drawing shows the external heater 11 of this cylinder, as well as the external refrigerant 12. The internal refrigerant which cools the gas circulating in the engine is indicated by 16. The heat is supplied to the engine by a burner 15, the flames of which lick the flames. fins of the external heater 11. The fuel from this burner is supplied by a pipe 14, which comprises a valve 15.
During the operation of the engine, an external heater 11 supplies the cylinder and the gas circulating therein a certain quantity of heat. Much of the heat supplied is transformed in the engine into mechanical work by a thermodynamic cycle or brought to the refrigerant. On the other hand, another part of this heat reaches, by conduction of the heater, the other parts of the engine. Among these, first of all the recuperator placed between the heater and the refrigerant. During the operation of the engine, the recuperator is periodically brought to a high temperature, so that the heating of this recuperator cannot lead to unfavorable consequences.
The heat flow reaches, after the recuperator, the refrigerant 16, and causes an increase in the temperature of the latter. The refrigerant which passes through the external refrigerant will immediately give up this heat without the temperature of the refrigerant increasing appreciably.
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When the hot gas engine is taken out of service, for example because the driven tool requires an interruption in operation, the supply of heat will generally be stopped at the same time by closing the valve 15 provided in the pipe 14 of the pump. combustible. The engine heater, however, is still at operating temperature, so that an appreciable amount of heat is accumulated in both the interior heater and the exterior heater. After the engine stops, this heat flows to other parts of the engine. When the cooling is interrupted at the same time as the engine is stopped, this heat input increases the temperature of the coolant.
In operation, the refrigerant is not subjected to high temperatures, so that in general, this refrigerant is not intended for high temperatures. Often the refrigerant elements are joined by tin soldering, so that a temperature of 300 ° C or more can have a very detrimental effect. The heat propagated in the engine could even reach other parts of the cylinder, for example the path of the piston, so that the lubricant which, during the operation of the engine, does not reach a very high temperature, could thereby , undergo a harmful transformation.
The aforementioned drawbacks can be avoided by prolonging the cooling of the engine for a certain time after stopping the engine and after switching off the heat source. The pump 18, which delivers the refrigerant fluid into the refrigerant 12 via a pipe 17, comprises for this purpose an electric motor 19, the stopping of which does not take place at the same time as that of the hot gas engine. Wiring 21 of the
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electric motor 19 comprises a switch 20, mechanically locked in a known manner by the valve 15 of the fuel line 14. The valve 15 in fact comprises a circular collar 22, which engages in a hollow of a collar 23, which is circular. also, switch 20.
The collar 22 also has a recess in which the collar 23 of the switch 20 can only rotate when the valve is closed. Therefore, as long as the valve 15 is open, it is impossible to turn off the switch 20. The above-mentioned locking further offers the advantage that the supply of heat before the start of the operating period can only take place. when the electric motor 19 is switched on and the refrigerant fluid is circulating.
The aforementioned mechanical locking for switching off the electric motor 19 can also be carried out using a bimetallic switch, inserted in the heater 11.
In this case, the moment of switching off the circulation of the refrigerant does not depend on the personnel responsible for operating the engine. In fig. 2, the corresponding parts of the hot gas engine have the same reference numbers as in fig. 1. The pump 27 used for the delivery of the coolant is however driven by the crankshaft 25, via a ratchet coupling 26. This coupling only transmits the movement of this crankshaft to the pump shaft 27. in the direction of rotation of the crankshaft 25. So when the crankshaft 25 is at. when stopped, the pump continues to rotate in the same direction and causes the refrigerant to circulate.
The force required to rotate the pump is taken from the large rotating mass which is either found in the rotating parts of the pump itself, or which takes the form of an individual flywheel 28, mounted on the pump. .