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RECUPERATEUR POUR MACHINE A PISTON A GAZ CHAUD.
L'invention concerne un récupérateur pour machine à piston à gaz chaud dont le remplissage est constitué par un ou plusieurs tronçons de fil, de diamètre hydraulique inférieur à 50 .
Par "machine à piston à gaz chaud", il y a lieu d'entendre ici un moteur à piston à gaz chaud, une machine frigorifique fonctionnant sui- vant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud, ou une pompe ther- mique .
Par "diamètre hydraulique" d'un fil il y a lieu d'entendre le quotient du quadruple de la surface d'une sectiôn droite du fil par le péri- mètre de celle-ci, la section qui peut être circulaire ou affecter une autre forme, par exemple rectangulaire. Le diamètre hydraulique du fil influence les propriétés thermodynamiques et aérodynamiques du remplissage du récupé- rateur et il est fréquemment utilisé dans le calcul des récupérateurs.
Pour la fabrication des récupérateurs on utilise bien souvent du fil métal- lique; c'est ainsi que l'on peut enrouler du fil ondulé, les déformations se trouvant dans la direction longitudinale du récupérateur. Le récupéra- teur ainsi obtenu satisfait en général, aux conditions imposées; à savoir:
10. la capacité thermique du récupérateur doit être suffisante;
20. l'espace libre du récupérateur ne doit pas être trop grand;
300 la résistance aérodynamique du récupérateur ne doit pas être trop grande;
40. la conduction thermique du c8té chaud vers le côté froid du récupérateur ne doit pas être trop grande;
50. de préférence,la structure du remplissage sera telle que, dans toute la section de passage du récupérateur, la résis- tance offerte au passage du fluide soit aussi uniforme que possible ce qui entraîne les mêmes phénomènes thermodynami- ques aux divers points
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En outre, il importe que le récupérateur satisfaisant aux conditions précitées ne soit pas trop coûteux. Le récupérateur conforme à l'invention satisfait mieux que ceux connus jusqu'à présent aux dites conditions et présente encore un autre avantage : sa construction est très simple.
A cet effet, le fil présente la particularité qu'il est enrou- lé en boucles irrégulières et ces boucles sont pratiquement perpendiculai- res à la direction de passage principal du gaz dans le récupérateur. De préférence, les boucles sont irrégulières, ce qui permet d'alterner des tronçons de fil déformés et des tronçons non déformés . Les boucles peu- vent être grandes ou petites et varier,par exemple, de 15 mm voire plus, à 3 mm et en deçà. De préférence, les boucles sont perpendiculaires à la direction de passage principal du gaz dans le récupérateur. Toutefois, elles peuvent également être légèrement obliques par rapport à cette direction principale. Lorsque le récupérateur comporte des parois cylin- driques, la direction principale de passage du gaz est parallèle aux gé- nératrices de cette paroi cylindrique.
Dans une forme de réalisation du récupérateur conforme à l'in- vention, le remplissage comporte une structure stratifiée.
Le récupérateur conforme à l'invention peut être réalisé de façon très simple. Le procédé de fabrication du récupérateur conforme à l'invention présente la particularité qu'à l'aide d'un ou de plusieurs éjecteurs, on amène, à l'aide d'un gaz comprimé, le fil dans une enceinte et celui-ci vient rencontrer dans la direction de circulation principale du gaz dans cette enceinte, une paroi perméable; la section transversale de ladite -enceinte étant au moins pratiquement la même que la section trans- versale du récupérateur, alors que l'éjecteur est disposé de façon que, dans l'enceinte, le fil se déplace essentiellement suivant la direction de cir- culation principale du gaz dans l'enceinte, après quoi le remplissage ainsi constitué est comprimé dans la direction de circulation principale.
La Demanderesse a constaté que, suivant une autre forme de réa- lisation de l'invention, il est désirable qu'outre l'air amené par éjecteur, existe encore une seconde circulation d'air qui comprime, dans la direction de circulation principale, le remplissage constitué dans l'enceinte. De plus, en particulier pour la réalisation de récupérateurs annulaires il est désirable que l'on fasse tourner l'enceinte par rapport à l'éjecteur.
La Demanderesse a également constaté qu'il est favorable que les boucles du remplissage du récupérateur soient petites. Pour obtenir ce résultat, il est désirable de soumettre le fil, avant son introduction dans l'enceinte, à une tension de flexion telle qu'il s'ondule.
Toutefois, lors que le remplissage est constitué par des fils tréfilés, on peut aussi-introduire dans l'enceinte le fil tréfilé au dia- mètre désiré à l'état non recuit, de sorte que le fil s'enroule alors de lui-même.
Eventuellement on peut encore soumettre un tel fil à une ten- sion de flexion pour que les dimensions des boucles diffèrent entre elles.
Le dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé confor- me à l'invention présente la particularité de comporter une enceinte dont la section transversale est au moins pratiquement égale à celle de l'enceinte du récupérateur et d'être muni d'au moins un éjecteur pour amener du fil à l'enceinte, qui, d'un côté, comporte une paroi perméable, alors qu'au moins un tambour assure l'alimentation en fil.
Dans une forme de réalisation avantageuse du dispositif, on a prévu des moyens qui permettent de faire tourner l'enceinte par rapport à l'éjecteur.
Il est désirable que'le remplissage comporte un nombre assez grand de boucles. Pour obtenir ce résultat, suivant une forme de réalisa- tion avantageuse de l'invention, la vitesse périphérique moyenne de l'encein-
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te par rapport à l'éjecteur est au maximum égale à la moitié de la vitesse d'alimentation en fil.
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 à piston à gaz chaud.
La fig. 2 est, à plus grande échelle, une coupe longitudinale du récupérateur,
La fig. 3 est une coupe transversale du récupérateur,
La fig, 4 est une coupe d'un récupérateur dont le remplissage est constitué par des boucles plus grandes que celles représentées sur la fig.
3.
La figo 5 représente le dispositif utilisé pour la fabrication du récupérateur.
La machine montrée sur la fig. 1 est réalisée sous forme de ma- chine frigorifique. Surtout dans les machines frigorifiques à gaz froid, il importe que le récupérateur réponde aux conditions les plus sévères, de sorte que c'est principalement dans ces machines que le récupérateur confor- me à l'invention pourra être utilisé avec succès. Dans le cylindre 1 se dé- placent, avec un décalage constant, un balayeur 2 et un piston 3, le balayeur étant décalé en avant par rapport au piston. Tant le balayeur 2 que le pis- ton 3 sont accouplés par un système de bielles propre 4 et 5 respectivement à un maneton individuel, 6 et 7 respectivement d'un vilebrequin commun 8.
L'enceinte 9 formée au-dessus du balayeur 2 constitue la cham- bre de congélation de la machine, chambre qui communiquée par l'intermédiaire du congélateur 10, du récupérateur 11 et du réfrigérant 12, avec l'enceinte formée entre le balayeur 2 et le piston 3, c'est-à-dire la chambre refroidie.
La paroi du congélateur 10 et celle de la chambre de congélation 9 amène de l'énergie calorifique au fluide qui décrit dans la machine un cy- cle thermodynamique fermé. Cette énergie calorifique se prélève de l'encein- te 14 entourant le congélateur et la chambre de congélation, de sorte que cette enceinte acquiert une température très basse. Dans le réfrigérant 12, l'énergie calorifique du fluide de la machine est évacuée. Elle peut être cédée par exemple à de l'eau ou à l'air extérieur'.
La machine frigorifique est entraînée par un moteur électrique 15, mais cet entraînement peut aussi être assuré, par exemple, par des mo- teurs à essence ou des moteurs Diesel. Le récupérateur 11 de cette machine frigorifique est réalisé conformément à l'invention et sera décrit à l'aide des fig. 2, 3 et 4.
La fig. 2 est une coupe suivant le plan II-II de la fig. 3, tan- ' dis que la fig. 3 est une coupe transversale suivant le plan III-III de la fig. 2. Le récupérateur est annulaire; il comporte une paroi extérieure 20 et une paroi intérieure 21, qui, en général, sera le cylindre dans lequel se déplacent le piston et/ou le balayeur. Le remplissage 22 est constitué par un grand nombre de couches 23, dont l'épaisseur, assez petite, ne dépas- sera pas en général un petit nombre de fois l'épaisseur du fil. Les couches sont disposées perpendiculairement à la direction de circulation principale du gaz dans le récupérateur,direction qui est indiquée par la flèche 24.
La matière de remplissage, constituée par un assez petit nom- bre de tronçons de fil, présente, comme le montre la fig. 3, une structure irrégulière en boucles. Los boucles 25 sont perpendiculaires à la direc- tion de passage principale 27. Dans cette forme de réalisation la matière de remplissage est constituée par du fil de cuivre tréfilé d'une épaisseur de 30 . Ce fil est soumis à une tension de flexion avant d'être amené dans l'enceinte dans laquelle s'introduit le remplissage du récupérateur.
Ladite structure en boucles peut aussi être obtenue lorsque le fil, tréfilé
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à la dimension requise,n'est pas recuit. Le facteur de remplissage du ré- cupérateur est,de préférence, inférieur à 30 % et, dans cette forme de réalisation, il est de 20%.
La fig. 4 est une coupe transversale d'un récupérateur dont le fil n'a pas été plié d'avance ou a été soumis à un recuit. Dans ce cas, les boucles sont plus grandes que dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 3 et elles alternent avec des tronçons de fil pratiquement non dé- formés. Ce récupérateur est constitué par du fil de nickel-chrome d'un dia- mètre de 25 le facteur de remplissage est de 16%.
Comme le montrent les figures, le récupérateur n'est pas homo- gène, c'est-à-dire que la structure en boucles n'est pas la même dans toutes les couches et que les points de contact du fil avec la paroi sont irrégu- lièrement répartis sur la surface extérieure et la surface intérieure du récupérateur.
Les exemples de réalisation représentés montrent des récupéra- teurs annulaires. Toutefois, on peut aussi réaliser des récupérateurs cylin- driques dont le remplissage présente la même structure. De plus, les récu- pérateurs peuvent être constitués par des segments obtenus en découpant en morceaux un récupérateur annulaire réalisé suivant les procédés spécifiés ci-dessus.
La fig, 5 représente le dispositif qui permet de réaliser les récupérateurs conformes à l'invention.
Ce dispositif comporte un socle 31 sur lequel est monté un mo- teur électrique 32. Il est équipé d'une canalisation d'air raccordée à un compresseur ou à une canalisation d'air comprimé. La canalisation d'air 33 peut comporter deux dérivations 34 et 35 dont chacune comporte un robinet respectivement 36 et 37. La canalisation 34 est raccordée à un éjecteur 38, qui comporte une canalisation d'alimentation en fil 39 et une canalisa- tion d'évacuation de fil 40. Le socle porte en même temps un support 41, muni d'une poulie 42. Sur cette poulie peut être fixé un tambour d'alimen- tation en fil. La poulie 42 est entraînée par le moteur électrique'32.
On a prévu en outre un second support 44 muni d'un guide-fil 45, ce support porte un mandrin 46, qui déforme le fil pendant qu'il est amené vers l'éjec- teur.
Sur le socle sont aussi fixés deux supports 47 et 48. Sur le support 47 se trouve le couvercle 49 percé de deux ouvertures 50 et 51.
A ces ouvertures peuvent se raccorder des canalisations 40 et 35. La tige filetée 52 permet de fixer le couvercle 49 au support 48. Dans le couver- cle -Il.,9, des cylindres 53 et 54, qui sont fixés à un couvercle perforé com- mun 55, peuvent tourner simultanément autour de la tige filetée 52. Les cylindres sont mis en rotation à l'aide du moteur 56 qui est muni d'une roue de friction 57 appliquée contre le cylindre 53.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante : le moteur 32 provoque la rotation de la poulie 42 de sorte que le tambour 43, dont le fil 58 est amené par le mandrin 46 et le guide-fil 45 dans l'éjecteur 39, peut tourner . A l'aide de l'air comprimé amené par la canalisation 33, le fil est amené à travers la canalisation 40 et est introduit dans l'en-. ceinte annulaire comprise entre les cylindres 53 et 54. Les cylindres sont mis en rotation par le moteur électrique 56. La canalisation 35 amène, dans l'enceinte cylindrique, une quantité d'air additionnelle, ce qui comprime les boucles dans l'enceinte suivant la direction de circulation principale.
Dans ce dispositif, l'alimentation en air additionnel est diamétralement op- posée à l'alimentation en fil mais ceci n'est nullement nécessaire. L'air quitte l'enceinte à travers la paroi perméable que forme le couvercle 55.
Par suite de la rotation des cylindres et de l'alimentation en fil, le fil s'enroule en boucles qui se disposent perpendiculairement à la direction de circulation principale du gaz dans l'enceinte. Comme le montre la f ig .
3, par suite de la déformation par le mandrin 46, les boucles sont assez petites et irrégulières. Pour obtenir un nombre suffisant de boucles, il est désirable que la vitesse périphérique moyenne des cylindres soit au ma-
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ximum égale à la moitié de la vitesse d'alimentation en fil.
Une fois l'enceinte annulaire remplie de fil, la matière est comprimée à l'aide d'un piston dans la direction de la circulation princi- pale, de façon à obtenir le facteur de remplissage désiré.
Cette méthode permet de fabriquer entre autres un récupérateur dont la résistance aérodynamique est, dans la mesure du possible, la même sur toute la surface de passage du fluide.
Le récupérateur réalisé de cette façon présente encore une autre particularité l'extension du remplissage du récupérateur dans la direction de la circulation principale du fluide est très facile, mais il est plus dif- ficile d'étendre le remplissage suivant les directions comprises dans le plan des boucles, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction de circulation principale du fluideo
Le dispositif représenté sur la fige 5, ne comporte qu'un seul éjecteur, mais on peut évidemment en prévoir plusieurs, chacun comportant son propre tambour d'alimentation.
De plus, on peut disposer dans la machine à piston à gaz chaud, l'ensemble constitué par la paroi 5 et le récupérateur; dans ce cas, il n'est pas nécessaire de sortir le récupérateur du cylindre, opération qui pourrait endommager le récupérateur.