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Machine à piston à gaz chaud, comportant un échangeur de chaleur qui entoure coaxialement le cylindre.
L'invention concerne une machine à piston à gaz chaud du type dans lequel un ou plusieurs échangeurs de chaleur en- tourant coaxialement le cylindre sont parcourus, essentielle- ment suivant l'axe du cylindre, par le fluide gazeux actif.
Par machine à piston à gaz chaud il y a lieu d'entendre tant un moteur à gaz chaud qu'une machine frigorifique fonctionnant suivant le principe inverse du moteur à gaz chaud.
Dans les machines du type précité, il y a souvent lieu de disposer dans l'espace disponible, particulièrement restreint dans le sens axial,, un échangeur de chaleur qui assure un bon échange de chaleur. Les moteurs à gaz chaud connus de ce type comportent parfois une seule chemise entourant coaxialement le cylindre ; cette chemise peut être pourvue d'un grand nombre d'ailettes. La surface intérieure de la chemise est léchée par le fluide actif du moteur, tandis que la surface extérieure est léchée par le fluide réchauffeur ou par le fluide réfrigérant.
Afin de ne pas trop augmenter la perte de charge du circuit du fluide actif du moteur, il y a lieu de prévoir un assez grand écartement entre la chemise et le cylindre. Ceci est néfaste pour.
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la transmission de la chaleur, car seule une petite partie de la couche de gaz vient en contact avec la cloison par laquelle doit se transmettre la chaleur. On peut, il est vrai, améliorer cette transmission de chaleur en prévoyant à l'intérieur de la chemise un grand nombre de nervures séparées par des canaux, mais dans ce cas, la transmission de la chaleur dépend en grande partie de la conduction thermique de la matière des ailettes.
Une autre solution consiste à utiliser un grand noir- bre de tubes, parcourus par l'un des fluides et baignes par l'autre. Cette solution est cependant assez compliquée et pré- sente des difficultés d'ordre constructif.
La présente invention fournit une solution très simple du point de vue constructif par le fait que le cylindre de la. machine est entouré coaxialement d'au moins deux parois qui servent de cloisons bonnes conductrices de chaleur entre au moins trois enceintes coaxiales dont chacune est parcourue par l'un des fluides précités. Le fluide gazeux actif de la machine peut alors traverser au moins deux enceintes branchées en parallèle, séparées par une enceinte parcourue par le fluide réchauffeur ou réfrigérant. La couche de gaz passante est donc beaucoup moins¯épaisse que dans le cas d'une seule cloison et la résistance de charge ne doit pas augmenter car le circuit du fluide comporte au moins deux enceintes branchées en pa- rallèle.
Aussi dans ce cas, on peut améliorer la transmission de la chaleur en prévoyant des ailettes dont la hauteur est inférieure à celle des ailettes utilisées dans le cas d'une seule chemise: la conduction de chaleur à travers la matière des ailettes est donc meilleure que dans les formes de cons- truction connues.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exem- ple 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 la dite invention.
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La fig. 1 montre en coupe longitudinale une partie d'un cylindre d'un moteur à gaz chaud entouré d'un réfrigérant.
La fig. 2 montre ce réfrigérant en coupe transversale.
Sur la fig. 1, 10 est le cylindre dans lequel se dé- placent le piston ou le piston et le balayeur. Le déplacement de ces organes provoque la circulation du gaz du cylindre, à travers les communications prévues à cet effet, .vers le ré- frigérant, le récupérateur et le réchauffeur.Le dessin ne montre que la communication 11 du cylindre et du réfrigérant 12. Une ouverture analogue est cependant prévue à l'autre extrémité du cylindre 10, de sorte que le cylindre communique avec le réchauffeur. Hors du cylindre 10, le gaz traverse dans une direction essentiellement parallèle à l'axe du cylindre, le réchauffeur, le récupérateur 13 et le réchauffeur 12 et re- tourne au cylindre. Le gaz se déplace périodiquement dans le sens précité et dans le sens inverse.
Le réfrigérant, le ré- cupérateur et le réchauffeur entourent coaxialement le cy- lindre 10 et se trouvent dans l'espace compris entre la paroi 14 du cylindre et la chemise 15 du moteur. Dans l'enceinte an- nulaire comprise entre les parois 14 et 15 on peut loger les éléments échangeurs de chaleur. Il y a lieu de s'efforcer, pour une surface d'échange de chaleur aussi grande que possi- ble, de donner à ces éléments des dimensions minima sans que la perte de charge du circuit constitué par ces éléments ne de- vienne trop grande.
L'échangeur de chaleur représenté, à savoir le réfri- gérant du moteur, consiste en trois parois annulaires 16,17 et 18, qui entourent coaxialement le cylindre. Entre deux de ces parois 16 et 17 est constituée une enceinte annulaire 19, dans laquelle circule de l'eau de réfrigération. Cette eau est amenée et évacuée par deux tuyauteries, qui traversent les parois extérieures; la fig. 2 n'en représente que la tuyau-
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terie 20. Les deux parois 16 et 17 sont reliées entre elles tant à la partie supérieure qu'à la partie inférieure, de sorte que l'espace 15 de la partie subsistante du réfrigérant est fer- mé et constitue, pour ainsi dire, une chemise d'eau.
Le fluide gazeux du moteur traverse les deux enceintes 21 et 22, dont la première est constituée par la paroi 14 du cylindre et par la surface intérieure de la bague annulaire intérieure 16, et la seconde 22 par la surface extérieure de la paroi extérieure 17 et par une paroi indépendante 23. Cette dernière sert uniquement à guider le fluide gazeux, mais ne participe pas à la transmis- sion de la chaleur. Par contre, les parois 16 et 17 constituent des cloisons conductrices de chaleur entre le fluide gazeux du moteur et l'eau de réfrigération qui circule dans l'enceinte 19.
Pour améliorer encore la transmission de chaleur, les parois 16 et 17 comportent, sur leur surface que lèche le gaz, un grand. nombre d'ailettes 24, séparées par des canaux. La subdivision de la. surface de passage disponible en au moins deux enceintes permet de réduire la largeur de chaque enceinte et partant la hauteur des ailettes. Ceci facilite la réalisation des canaux entre ces ailettes, et par suite de la hauteur moindre des ailettes, la conduction de chaleur des sommets des ailettes vers la paroi est meilleure.
Si la place disponible le permet, on peut encore aug- menter la subdivision du circuit du gaz entre le fluide ré- frigérant à l'aide d'une troisième paroi de séparation 18, bonne conductrice de chaleur, dont l'une des surfaces est léchée par le gaz et l'autre par le fluide réfrigérant. L'échan- geur de chaleur comporte en outre une quatrième paroi 25, qui constitue, ensemble avec la paroi 18, une enceinte pour le fluide réfrigérant. Dans l'exemple d'exécution représenté sur le dessin, la paroi 25 constitue en même temps la paroi exté- rieure du système réfrigérant, de sorte que cette paroi est uniquement en contact avec le fluide réfrigérant et non avec le @
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gaz à refroidir.
Ceci présente l'avantage que le fluide gazeux actif du moteur ne vient pas en contact avec la paroi exté- rieure de la machine et ne peut donc provoquer d'augmentation indésirable de la température par une radiation éventuelle de chaleur de l'extérieur. Si l'espace disponible le permet, on peut utiliser plus d'une paroi coaxiale et toutes ces parois constituent une séparation entre le fluide gazeux et le fluide réfrigérant. Pour guider le gaz du récupérateur 13 vers le ré- frigérant, et de ce réfrigérant vers le cylindre, on peut prévoir à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure du réfrigérant quelques corps conducteurs annulaires 26.
La forme de construction de l'échangeur de chaleur est décrite en se référant à un réfrigérant. Il va cependant de soi qu'elle convient aussi pour un réchauffeur dont le fluide ré- chauffeur est soit un liquide, soit un gaz. Cette réalisation offre en effet les mêmes avantages.