<Desc/Clms Page number 1>
MACHINE A PISTON A GAZ CHAUD A UN OU PLUSIEURS CYCLES FERMES.
Dans certaines machines à piston à gaz chaud connues,par exemple des moteurs à piston à gaz chaude des pompes thermiques ou des machines fri-' gorifiques, fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud, à un ou plusieurs cycles fermés, la chambre chaude et la chambre froide appartenant à un cycle déterminé se trouvent dans des cylindres diffé- rents. Ces machines sont réalisées de façon qu'une face de piston détermine, dans un cylindre, le volume de la chambre chaude, tandis qu'unè face d'un autre piston détermine dans un autre cylindre le volume de la chambre froide appartenant au même cycle que la chambre chaude précitée.
On a déjà proposé d'insérer dans le canal reliant deux cylindres les éléments nécessaires au fonctionnement de la machine, à savoir le réchauf- feur, le récupérateur et le réfrigérante Cet agencement.présente cependant des Inconvénients. Les deux canaux de communication entre les cylindres et le réchauffeur ou le récupérateur, constituent un espace mort. Il est vrai que le canal entre les'deux cylindres ne contribue alors pas à l'espace mort, mais, en général, le volume de ce canal est petit par rapport à l'espace mort additionnel, inhérent à la disposition mentionnée. De plus, le raccordement du canal au réfrigérant suscite des difficultés d'ordre technique.
Suivant l'invention, une machine à piston à gaz chaud telle qu'un moteur à piston à gaz chaud, une pompe thermique ou une machine frigorifique fonctionnant suivant le principe'inverse de celui de la machine à gaz chaud, à un ou plusieurs cycles fermés, dans laquelle la chambre chaude et la cham- bre froide appartenant à un cycle déterminé se trouvent dans des cylindres différents,et comportant un réchauffeur, un récupérateur et un réfrigérant, est caractérisée en ce que le réchauffeur et le récupérateur sont disposés concentriquement autour de 1'.axe du cylindre qui contient la chambre chaude, tandis que la communication entre ce cylindre et le cylindre dans lequel se trouve la chambre froide, comporte le réfrigérant.
L'invention offre plusieurs avantages. Dans une disposition con- nue du réchauffeur, du récupérateur et du réfrigérant, tous ces éléments sont
<Desc/Clms Page number 2>
concentriques par rapport au cylindre qui renferme la chambre chaude. Or pour obtenir le rendement thermique optimum, il est désirable que la vites- se de passage du fluide dans le récupérateur soit petite par rapport à sa vitesse de passage dans le réfrigérant pour maintenir à des valeurs admis- sibles les pertes de charge dans le récupérateur. Par contre, la vitesse de passage dans le réfrigérant doit être très grande, pour assurer une bonne transmission de la chaleur entre le fluide et la paroi du réfrigérant sans devoir recourir à une surface de réfrigération si grande que l'espace mort dépasserait la valeur admissible.
De même, lors de la disposition concen- trique du réfrigérant et du cylindre, les dimensions du réfrigérant sont liées à certaines limites. En outre, dans le dernier montage mentionné, il est nécessaire de guider le fluide dans la direction désirée, par l'emploi d'aubes ou d'ailettes de guidage et d'organes auxiliaires de ce genre entre le réfrigérant et le canal de communication, mais on a constaté que, pour les vitesses utilisées, ces moyens sont difficiles à réaliser et offrent une grande résistance au passage du fluide. En insérant, conformément à l'inven- tion,le réfrigérant dans le canal qui relie la chambre chaude à la chambre froide, on réduit l'espace mort.
En outre, on dispose de plus de liberté dans le choix des dimensions du réfrigérant et ce dernier peut être conçu de façon à satisfaire aux conditions imposées en ce qui concerne la transmission de la chaleur et la vitesse de passage. De plus, cet agencement ne nécessi- te pas d'aubes de guidage ou des organes de ce genre, car la conformation du court canal de communication entre le récupérateur et le réfrigérant est main- tenant déterminée par la vitesse de passage beaucoup plus petite dans le ré- cupérateur et est plus facile à réaliser techniquement.
De préférence, suivant une forme de réalisation de l'invention, le réchauffeur est constitué par un faisceau de tubes traversés par le fluide Un tel réchauffeur, connu d'ailleurs, offre de notables avantages au point de vue thermodynamique et sa construction est très simple; il est cependant parfois difficile à utiliser, :car la longueur totale de l'ensemble constitué par le cylindre, le réchauffeur.et la source de chaleur devient assez grande.
Cependant, si l'on utilise un tel réchauffeur à tubes dans une machine à piston à gaz chaud conforme à l'invention, cet inconvénient disparaît, du moins partiellement, car, par suite de la suppression du réfrigérant autour du cylindre chaud, la longueur de ce dernier diminue.
Pour réduire la surface de base de la machine, dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les deux cylindres, dont l'un compor- te la chambre chaude et l'autre la chambre froide, forment entre eux un cer- tain angle, l'axe du cylindre comportant la chambre chaude étant vertical.
L'angle que doivent former les deux cylindres dépend du décalage que l'on dé- sire entre les variations du volume de la chambre chaude et celles du volume de la chambre froide. En général, ainsi que pour obtenir le montage le plus favorable, on choisira un angle de 90 Comme le cylindre froid peut être beaucoup plus court que le cylindre chaud., la surface de base de la machine est petite.
La description qui va suivre en regard 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 une machine dont les cylindres forment entre eux un angle de 90
La fig 2 montre une partie d'une machine multicylindrique dont les cylindres sont disposés en ligne.
Sur la fig 1, un piston 2, muni d'une tête 3, se déplace dans un cylindre 1. Ce cylindre est monté sur un carter 4, dans lequel se dépla- ce un arbre 5 muni d'une manivelle 6 Sur le carter est fixé un second cy- lindre 7 muni d'un piston 8. Les pistons 2 et 8 sont reliés à la manivelle 6 par des bielles 9 et 10. Sur le cylindre 1 est monté un réchauffeur tubu- laire 11, constitué par un certain nombre de tubes, pliés en épingle à che- veux,que traverse le fluide actif de la machine. Ces tubes sont :fixés, :: :
<Desc/Clms Page number 3>
d'une part, à l'extrémité supérieure du cylindre 1 et, d'autre part, à une bride 12 solidaire du dit cylindre. L'ensemble comporte en outre un récupé- rateur 13, qui entoure le cylindre.
Le réchauffeur tubulaire 11 est entou- ré d'une gaine 14 que traverse l'air de combustion qui estamené par l'ouver- ture 15. Le combustible lui-même est amené par le brûleur 16 et les gaz de combustion sont évacués par l'ouverture 17. A la partie inférieure du récu- pérateur 13 se trouve une chambre 18; qui débouche dans un réfrigérant tubu- laire 19.
Le fluide à refroidir traverse les tubes de ce réfrigérant tubu- laire 19 ; lefluide réfrigérant est amené par l'ouverture 20 et est évacué par l'ouverture 21 Le l'autre côté du réfrigérant 19, la chambre 22 dé- bouche dans le cylindre 7. Le cylindre chaud 1 est vertical et le cylindre froid 7 forme un angle de 90 avec le cylindre chaud 1 Toute la machine est supportée par les deux socles 23. La chambre 1$ a des dimensions telles qu'après le passage du récupérateur dans lequel le fluide circule, par exem- ple, à une vitesse de 3 m par seconde, à son entrée dans le réfrigérant, le fluide soit animé d'une vitesse qui se rapproche autant que possible de-la vitesse dans le réfrigérant, c'est-à-dire environ 20 m par seconde.
Les es- paces morts inévitables 18 et 22 ont un volume beaucoup plus petit que celui qu'aurait le canal de communication entre le cylindre chaud et le cylindre froid, si le réfrigérant était monté, de la manière concentrique connue, au- tour du cylindre. En outre, le cylindre 1 peut être raccourci par rapport à ces réalisations connues, ce qui permet d'utiliser un réchauffeur tubulaire sans que la longueur du cylindre chaud ajoutée à celle du réchauffeur devien- ne trop grande. Une circonstance favorable encore est la possibilité de pré- voir une gaine réfrigérante 24 autour de la surface périphérique du cylindre.
Cette gaine 24 peut être traversée par un fluide réfrigérant dont la tempéra- ture est plus basse que celle de l'agent réfrigérant utilisé dans le montage réfrigérant concentrique usuel pour refroidir la paroi du cylindre, de sorte que l'on obtient un bon refroidissement de cette partie du cylindreo Une tel- le gaine réfrigérante est aussi disposée autour du cylindre froid 7 ; cette gaine est indiquée par 250
Un avantage de la forme de réalisation décrite est que l'on peut donner à la chambre 18, sans le moindre inconvénient, des dimensions telles que les organes de guidage pour le fluide qui pénètre dans le récupérateur qu qui en sort, c'est-à-dire les organes de guidage situés entre le récupérateur - et le réfrigérant, soient superflus, ce qui simplifie la construction.
Une conformation appropriée de la chambre 18 permet de faire en sorte que la vi- tesse du fluide dans le canal annulaire soit approximativement égale à la vi- tesse de passage dans le récupérateur et, de ce fait, du côté du récupérateur, la conformation peut être telle que la vitesse du fluide soit aussi appropriée que possible-à la vitesse de passage dans le réfrigérant.
Sur la fig 2, 30a et 30b sont-deux cylindres identiques faisant partie d'une machine multicylindrique dont les cylindres sont disposés en 11 gne. Dans ces cylindres se déplacent les pistons 31 munis des têtes 32. Aux pistons sont fixées les tiges 33. Autour des cylindres se trouvent les ailet- tes des réchauffeurs 34, les récupérateurs 35 et les gaines chauffantes 36 por- tant des ailettes extérieures 37 Les cylindres comportent en outre des ouver- tures d'entrée 38 L'enceinte dans laquelle se trouvent le réchauffeur 34 et le récupérateur 35 est reliée, par un canal 39, au réfrigérant 40 et ce der- nier est raccordé, à son tour, à l'ouverture 38 du cylindre suivant.
Ce ca- nal 39 affecte de nouveau une forme telle qu'après le passage dans le récupéra- "teur à une vitesse assez faible, lors de sa pénétration dans le réfrigérant
40, le fluide soit animé d'une vitesse qui se rapproche autant que possible de la vitesse nécessaire dans le réfrigérant. Ce réfrigérant 40, qui comporte des ouvertures.d'entrée 41 et des ouvertures de sortie 42 pour le fluide ré- frigérant, forme la communication entre la chambre chaude dont le volume est déterminé par la surface supérieure du piston 31 dans le cylindre 30a et par la surface inférieure du piston dans le cylindre 30b, surfaces dont les mouve- ments sont décalés.
Dans cet exemple de réalisation aussi, les espaces morts ont un volume beaucoup plus petit que dans le cas où le réfrigérant serait -, disposé, de la manière connue, concentriquement au cylindre comportant la cambre chaude. L'enceinte de refroidissement 24 du cylindre de la figo 1
<Desc/Clms Page number 4>