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MACHINE A PISTON A GAZ CHAUD., A AU. MOINS DEUX CYCLES FERMES.
L'invention concerne une machine à piston à gaz chaud, à au moins deux cycles fermés et comportant, pour chaque cycle, un réchauffeur réalisé sous forme d'échangeur de chaleur constitué par un ou plusieurs groupes d'é- léments débouchant d'une part dans une enceinte active,, d'autre part dans une enceinte contenant un récupérateur,
ces éléments se trouvant eux-mêmes à l'extérieur des enceintes actives généralement des cylindres de la machi- ne
Les moteurs à piston à gaz chaud connus jusqu'à présent compor- tent en général un brûleur individuel pour chaque réchauffeur d'un cycle déterminé. Lorsque dans le moteur se déroulent au moins deux cyclesles constructions connues jusqu'à présent comportent aussi au moins deux brûleurs et lorsque les réchauffeurs sont du type à tubes chaque réchauffeur limite une enceinte propre pour les gaz de combustion de son brûleur propre de sor- te que chaque groupe de tubes forme une paroi séparée à laquelle on transmet de l'énergie calorifiqueo En générale dans cette forme de construction,
la quantité d'énergie calorifique absorbée par le faisceau de tubes et cédée au fluide actif d'un cycle ne sera pas la même pour chaque faisceau. Par suite de cette différence de quantités d'énergie calorifique transmise la quantité d'énergie développée par le fluide appartenant à un cycle déter- miné dans la machine n'est pas égale à celle développée par une-même quanti- té de fluide appartenant à un autre cycle, ce qui affecte le fonctionnement de la machine
L'invention a pour objet un échangeur de chaleur multiple pour plusieurs circuitsconstitué par des éléments individuels' tel que la quan- tité d'énergie cédée à chaque groupe d'éléments est,, autant que possible, la même .
Il y a lieu de noter que l'échangeur de chaleur conforme à l'in- vention est aussi utilisable dans les machines frigorifiques travaillant sui- vant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud. Dans cette forme
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de réalisation, l'échangeur de chaleur pourra, d'une façon générale, être utilisé comme congélateur.
Suivant l'invention, l'ensemble des éléments de tous les échan- geurs de chaleur forme une paroi captant l'énergie calorifique alors que la partie de la surface de la paroi occupée par les éléments appartenant à un cycle déterminé, est au moins approximativement égale à la partie occupée par les éléments appartenant aux autres cycles.
De préférence, les éléments seront disposés defaçon que des parties correspondantes se trouvent dans des zones de température correspcn- dantes. En général, la paroi sera pratiquement cylindrique, mais rien n'em- pêche cependant de former une paroi plane.
Les éléments, par exemple les tubes, peuvent être disposés très près l'un de l'autre, de façon que les gaz qui se trouvent en contact ther- mique avec ces tubes ne puissent que lécher la paroi. Toutefois, on peut aussi écarter les éléments l'un de l'autre, ce qui permet aux gaz d'entou- rer entièrement ces éléments.
Cet échangeur de chaleur offre encore un autre avantage. Il est peu encombrant et de plus, lorsqu'il est utilisé comme réchauffeur, il forme un large foyer
Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, les cylindres actifs dans lesquels se déroulent au moins trois cycles sont disposés en couronne. Cet agencement permet de réaliser une machine de construction très simple. Elle peut être munie d'un dispositif de trans- mission à disque de nutation; toutefois, on peut aussi munir la machine d' un mécanisme à bielles.
Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, tant les cylindres actifs que les enceintes dans chacune desquelles se trou- vent un récupérateur et un réfrigérant sont disposées l'une à côté de l'autre suivant une couronne.
Lorsque la machine est un moteur, il est avantageux que, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, chaque récupérateur et chaque réfrigérant entourent la chambre froide correspondante, chaque réfrigérant se raccordant directement à cette chambre froide.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les éléments sont disposés d'une façon telle que chaque groupe d'éléments appartenant à un même cycle se trouve, du moins partiellement, devant un groupe d'éléments appartenant à un autre cycle.
On obtient une forme de construction particulièrement simple lorsque, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, chaque grou- pe d'éléments est constitué par un certain nombre de tubes branchés en paral- lèle, et pour une grande partie, dirigés perpendiculairement aux axes des cy- lindres actifs, une série d'extrémités de ces tubes communiquant avec une enceinte active et l'autre série avec une enceinte de récupérateur.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, chaque encein- te active est reliée à l'aide des éléments à une enceinte de récupérateur et de réfrigérant qui, dans la couronne, est voisine à la fois de l'enceinte active qui suit cette première enceinte active et de l'enceinte active sui- vante.
Dans une autre forme de réalisation avantageuse, les éléments de chaque cycle s'étendent sur une périphérie telle de la paroi formée par ces tubes et sont incurvés d'une façon telle que, dans chaque section lon- gitudinale de cette paroi, se trouvent'toujours au moins deux groupes de tubes dont chacun appartient à un cycle déterminé, et de plus, chaque tube est de préférence, au moins partiellement, hélicoïdal.
Dans une forme de construction particulièrement avantageuse, tant du point de vue construction que du point de vue thermodynamique, dans un moteur à gaz chaud dont le réfrigérant entoure la chambre froide corres-
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pondante et est raccordé directement à cette dernière, chaque enceinte active est reliée, à l'aide d'un groupe d'éléments constitué par un cer- tain nombre de tubes branchés en parallèle et en grande partie perpendi- culaires aux axes des cylindres actifs5 à l'enceinte pour le récupérateur et le réfrigérant qui, dans la couronne d'enceintes,entoure la première cham- bre froide .suivante .
Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, il est désira- ble que les tubes de chaque faisceau soient réalisés .de façon qu'ils aient pratiquement la même longueur et que leur résistance à la circulation du fluide soit la même.
En outre,il est désirable que les raccords des éléments soient uniformément répartis sur la surface de passage du récupérateur.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention., le groupe de tubes d'un échangeur de chaleur appartenant à un cycle déterminé se rac- corde aux deux extrémités à un canal commun, l'un de ces canaux communs débouchant dans la chambre chaude et l'autre canal dans une enceinte de récupérateur
Dans les moteursà piston à gaz chaud, les éléments peuvent en- tourer une enceinte de combustion centrale pour le moteur. Toutefois,le brûleur peut aussi entourer la paroi commune constituée par les éléments du réchauffeur. Ce sera le cas par exemple lorsque le brûleur est du type annulaire.
Les sections des .éléments peuvent affecter des formes différen- tes; de préférence, elles seront circulaires, mais elles peuvent aussi être rectangulaires ou ovales.
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 fige 1 est une vue en plan du réchauffeur d'un moteur à pis- ton à gaz chaud conforme à l'invention.
La fige2 est une coupe suivant le plan II-II de la fige1.
La fige 3 est une vue en plan d'un moteur à piston à gaz chaud équipé d'un autre type de réchauffeur conforme à l'inventiono
La fige 4 est une coupe suivant le plan IV-IV du moteur repré- senté sur la fig.3.
La fige 5 est une vue en plan d'un moteur équipé d'un troisième type de réchauffeur conforme à l'invention.
La fige6 est une coupe suivant les plans VI-VI de la fig. 5.
Le moteur à piston à gaz chaud de la figo 1 est un moteur à double effet, à quatre cycles; il comporte donc quatre cylindres actifs 1, 2, 3 et 4. Le récupérateur et le réfrigérant appartenant à un cycle déter- miné se trouvent dans une enceinte commune, à savoir les enceintes 5, 6, 7 et 8. Tant les quatre cylindres actifs que les enceintes des réfrigérants et des récupérateurs sont disposés en couronne. Dans l'enceinte 5 de la fige 2 se trouve un récupérateur 9 et un réfrigérant 10. Dans les autres encein- tes, à savoir 6, 7 et 8, se trouvent également un récupérateur et un réfri- gérant qui ne sont pas représentés sur la figure
Dans le cylindre actif 1, se déplace le piston 11.
L'enceinte 12 formée au-dessus de ce piston constitue la chambre chaude du moteur.
A cette chambre chaude est raccordé un canal 13 tandis qu'à l'enceinte 5 du récupérateur et du réfrigérant est raccordé un autre canal 14. Les deux canaux 13 et 14 communiquent à l'aide d'un certain nombre de tubes de chauffage 15,branchés en parallèle.
Comme le montre la fige 1, l'enceinte active 2 communique avec l'enceinte 6 par l'intermédiaire du canal 16, des tubes de chauffage 17 et
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du canal 18. L'enceinte active 3 communique, par l'intermédiaire du canal 19 des tubes 20 et du canal 21, avec l'enceinte 7 alors que l'enceinte active 4 communique, par l'intermédiaire du canal 22, des tubes 23 et du canal 24, avec l'enceinte 8. L'enceinte 5 communique, par l'intermédiaire du canal 25, avec l'enceinte formée sous le piston dans la chambre active 2. De manière analogue, les enceintes analogues pour le récupérateur et le réfrigérant des autres cycles, à savoir 6, 7 et 8, communiquent avec les enceintes formées sous le pistons dans les enceintes actives 3, 4 et 1 res- pectivement.
Les enceintes formées au-dessus des pistons, qui se déplacent avec un décalage constant, constituent les chambres chaudes du moteur alors que les enceintes formées sous ces pistons sont les chambres froides. Les tubes du réchauffeur sont disposés de façon que chaque groupe de tubes appar- tenant à un cycle se trouve au moins partiellement devant un groupe de tubes appartenant à un autre cycle. L'ensemble des tubes forme une paroi à la- quelle on transmet de l'énergie calorifique à l'aide'de gaz de combustion.
Dans la forme de construction représentée sur cette figure, chaque groupe de tubes communique avec l'enceinte de récupérateur qui en suivant les tubes sur la couronne, se trouve à la fois près de l'enceinte active suivante et près de l'enceinte active qui suit cette dernière. Autrement dit, l'encein- te de récupérateur est située entre les deux enceintes actives qui suivent l'enceinte active correspondant à cette enceinte de récupérateur.
Les gaz de combustion qui sont amenés à l'aide du brûleur commun 26 lèchent les faisceaux de tubes et leur cèdent de l'énergie calorifique.
Les gaz quittent ensuite le moteur en 27. Grâce à la disposition des tubes du réchauffeur, chaque faisceau de tubes reçoit, dans la mesure du possible, une même quantité d'énergie.
La fige 3 est une vue en plan d'un réchauffeur d'un autre moteur à gaz chaud conforme à l'invention. Ce moteur, à double effet, comporte éga- lement quatre cylindres.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
Sur les deux figures, les parties correspondant à celles des figo 1 et 2 portent les mêmes chiffres de référence que sur ces dernières. L'enceinte 12 au-dessus du piston 11 dans le cylindre 1 communique avec l'enceinte 5 par un certain nombre de tubes 31 branchés en parallèle. Dans l'enceinte 5 se trouvent le récupérateur 9 et le réfrigérant 10 qui sont reliés, par le canal 25, à l'enceinte active formée sous le piston dans le cylindre 4.
Dans ce moteur aussi, les enceintes formées au-dessus du piston sont les chambres chaudes, tandis que les enceintes formées sous les pistons consti- tuent les chambres froides; les pistons sont également déplacés avec un dé- calage constant. Les tubes 31, branchés en parallèle, forment le réchauf- feur du fluide actif qui décrit un cycle thermodynamique, dans les enceintes mentionnées, raccordées entre elles.
De manière analogue, le cylindre actif 2 communique, à l'aide du faisceau de tubes 32, avec l'enceinte 6 tandis que l'enceinte active 3 communique, par l'intermédiaire du faisceau de tubes 33, avec l'enceinte 7 alors que l'enceinte active 4 communique avec l'enceinte 8 par l'intermé- diaire du faisceau de tubes 34. Les enceintes 6, 7 et 8 communiquent de nouveau par des canaux (non représentés) avec les chambres froides formées sous les pistons dans les cylindres 1, 2 et 3-respectivement. Chacun des faisceaux de tubes 31, 32, 33 et 34 est constitué par trois tubes branchés en parallèle dont chacun débouche tant dans une chambre active que dans une enceinte de récupérateur. Les tubes de tois les groupes forment une pa- roi commune à laquelle on fournit de l'énergie calorifique.
Les gaz de can- bustion sont amenés par un brûleur annulaire 35; ils quittent le moteur en 36. Comme le montre la figure, les tubes de chauffage de chaque faisceau affectent une forme hélicoïdale. Tout comme dans le moteur représenté sur les fig. 1 et 2, les pistons agissent sur un mécanisme de transmission com- mun non représenté sur le dessin, par exemple un disque de nutationo
Les fig. 5 et 6 montrent une autre forme de réalisation d'un mo- teur à gaz chaud équipé d'un réchauffeur conforme à l'invention.
Dans ces formes de réalisation, les récupérateurs et le réfrigérant entourent les
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chambres froides correspondantes et chaque réfrigérant est raccordé direc- tement à cette chambrée
La Demanderesse a constaté que cette forme de construction permet d'augmenter notablement le rendement et la puissance spécifique comparative- ment aux moteurs dans lesquels un canal de communication d'assez grandes dimensions relie le réfrigérant et la chambre froide Cette forme de réali- sation offre encore un autre avantage : l'afflux de gaz vers le récupérateur et le réfrigérant est favorable de sorte que les pertes de charge sont peti- tes et que l'on évite la complication d'aubes de guidage.
Sur les figo 5 et 6, les parties correspondant à celles des fig.
1 et 2 portent les mêmes chiffres de référence que sur ces dernières. Le moteur à gaz chaud à double effet représenté comporte quatre cylindres 1
2,3 et 4. Dans chaque cylindre se déplace un pistono L'enceinte subsis- tant au-dessus de chaque piston est la chambre chaude et celle-ci communique par un réchauffeur, un récupérateur et un réfrigérant avec une chambre froi- de qui se trouve sous un autre piston. La fig. 6 est une coupe suivant les plans VI-VI du moteur représenté sur la figo 5. L'enceinte 12 formée au-des- sus du piston 1 communique par le faisceau de tubes 41, ainsi que par un ré- cupérateur et un réfrigérant non représentés sur le dessin, avec la chambre froide formée au-dessous du piston dans le cylindre 4.
De manière analo- gue, la chambre chaude'du cylindre 4 communique par le faisceau de tubes
45, le récupérateur 42 et le réfrigérant 43, avec la chambre froide formée au-dessous du piston dans le cylindre 3. De même, la chambre chaude formée au-dessous du piston dans le cylindre 3 communique, par l'intermédiaire du réchauffeur 46, avec la chambre froide formée sous le piston dans le cylin- dre 2 et la chambre chaude formée au-dessus du piston dans le cylindre 2 , communique, par l'intermédiaire du réchauffeur 47, du récupérateur 48 et du réfrigérant 49, avec la chambre froide 50 formée au-dessous du piston dans le cylindre la De préférence,
les tubes du réchauffeur sont disposés de façon que le raccord au récupérateur soit perpendiculaire ou pratiquement perpendiculaire à la surface terminale de ce dernière Des essais ont prou- vé que, comparativement aux moteurs connus à double effet, cette forme de construction permet d'augmenter le rendement spécifique d'environ 10 %.
Les tubes des réchauffeurs 41, 45, 46 et 47 forment une paroi commune à laquelle on fournit de l'énergie calorifique à l'aide des gaz de combustion d'un brûleur.
La fig5 montre la forme des tubes de ré chauffeur. Dans le réchauffeur 46, le tube 52 constitue le tube inférieur du faisceau réchauf- feur. Au-dessus de ce tube sont disposés les tubes 53, 54, 55 et 56, que surplombent les tubes 57, 58, 59, 60, 61, 62 et 63. Les raccords des tu- bes sont uniformément répartis sur la section de passage du récupérateur.
En même temps, les tubes de chaque faisceau ont approximativement la même longueur et la même résistance à la circulation du fluide.
Les machines à piston à gaz chaud décrites ci-dessus sont tou- tes des machines à double effet à quatre cylindres. Il va de soi que la ma- chine conforme à l'invention peut être réalisée sous forme d'une machine à deux ou à trois, voire un plus grand nombre de cylindres, soit comme machi- ne à simple effet, soit comme machine à double effet.