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L'invention est relative à des moteurs thermiques fonctionnant soit suivant le cycle thermique de Stirling, soit suivant le cycle thermique d'Ericsson, qui sont étroitement apparentés l'un à l'autre et qui, dans les buts de cette invention,, diffèrent simplement eu égard au caractère de l'introduction de chaleur. Tandis que dans un moteur travail- lant suivant le cycle de Stirling, toute l'introduction de chaleur à son fluide de travail a lieu à volume constant, dans un tel moteur, modifié de manière à travailler suivant le cycle d'Ericsson, le fluide de travail recevrait toute .sa chaleur dans des conditions de pression constante.
Les deux-classes de moteurs peuvent être en outre classifiées en tant que moteurs à combustion externe du type dans lequel la chaleur est absorbée
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par, et accumulée dans un régénérateur ut est ensuite comprimé, après quoi il est retourné à l'espace ou chambre de travail par l'intermédiaire du régénérateur, d'où il reprend la chaleur antérieurement rejetée. Le moteur initial de ce type employait l'air en tant qu'agent de travail et le rendement ther- mique réalisé en pratique était très faible. C'est un des buts de la présente invention de fournir un moteur perfectionné du type ci-dessus ayant un rendement considérablement amélioré et de construction relativement simple, qui soit d'un fonctionnement sûr.
L'invention est relative principalement aux cycles de travail thermodynamiques ou internes des moteurs décrits ici, et elle ne tient pas compte du cycle de combustion externe des combustibles utilisés en tant que source de chaleur pour faire fonctionner de tels moteurs. L'une quelconque des méthodes bien connues de combustion des combustibles dans une alimentation d'air peut être employée, en même temps que la récupération de la chaleur perdue transportée dans les gaz évacués, ou produits d'échappement de combustion.
L'invention comprend un moteur du type mentionné, dans lequel l'agent de travail est un gaz déshydraté ou un mélange de gaz déshydratés.
L'invention comprend également un moteur du type mentionné, dans lequel l'agent de travail est un gaz ayant des propriétés de transmission de chaleur plus grandes que celles possédées par l'air aux températures élevées atteintes dans le moteur, et dans lequel la température supérieure.limite du cycle de travail approche 780 C.
L'invention comprend également un moteur du type mentionné, dans lequel l'agent de travail est .soit du gaz bi- oxyde de carbone, soit du gaz hélium, soit les deux.
L'invention comprend également un moteur du type mentionné, dans lequel l'agent de travail est du gaz bi-oxyde de carbone avec ou sans mélange de l'un quelconque ou de tous
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les gaz ci-après : hélium, argon, néon ou azote.
L'invention comprend également un moteur du typa mentionné, dans lequel, lorsqu'il travaille suivant le cycle thermique de Stirling, un agent de travail est employé avec une limite de température supérieure élevée du cycle de travail, par exemple jusqu'à 750 C et dans lequel des moyens sont prévus entre les pièces du moteur travaillant à. chaud et celles travaillant à froid pour empêcher le passage de lubrifiant desdites pièces froides vers lesdites pièces chaudes et réduire ainsi ou éliminer l'obstruction du régénérateur primaire par de la suie et autres dépôts.
L'invention comprend également un moteur du type mentionné, dans lequel, lorsqu'il travaille suivant le cyclethermique de Stirling, un agent de travail, tel que l'un ou plusieurs de ceux précédemment indiqués, est employé avec une limite de température supérieure élevée du cycle de travail, par exemple jusqu'à 750 C et dans lequel un régénérateur secondaire est prévu entre l'entrée du cylindre de travail et l'espace froid adjacent, et capable d'accumuler une quantité appréciable de chaleur à partir d'une phase de compression froide, laquelle chaleur est absorbée à nouveau par le gaz se dilatant, de sorte que la puissance au frein du moteur est accrue.
Dans une forme de réalisation préférée suivant l'invention, le régénérateur secondaire comprend de la toile métallique fine ou des fils .fins et est également propre à agir en tant qu'un moyen ou filtre pour. empêcher le lubrifiant des parties ou pièces travaillant à froid, c'est-à-direle -piston et le cylindre, de pénétrer vers les pièces ou parties chaudes et de' provoquer ainsi une diminution dans le rendement du régénérateur primaire -par des dépôts, dans ce générateur, de carbone ou analogue:
L'invention sera comprise d'une manière plus complète par la description détaillée qui suit, qui est donnée en référence
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au dessin annexé, dans lequel :
- la figure 1 est une élévation en coupe d'un moteur thermique à double effet travaillant suivant le cycle de Stirling -les figures 2 et 3 sont des vues latérales en coupe et par bout respectivement d'un moteur thermique travaillant suivant le cycle d'Ericsson ; - la figure 4 est une vue à plus grande échelle, en section transversale, d'un des éléments de tube des dispositifs de chauffage tubulaires ;
- la figure 5 est une vue longitudinale à plus grande échelle d'un élément de tube chauffeur complet représentant les parties coupées circulaires près des extrémités, qui sont prévues pour éviter la déformation causée par la dilatation thermique de ces tubes lorsqu'ils sont chauffés de la tempéra- ture de la chambre à 800 C,
En se référant d'abord à la figure 1 du dessin, on prévoit un cylindre de travail.1 dans lequel est monté de manière coulissante un piston à double effet comprenant deux têtes de piston 2,3 montées à vissage sur une tige de piston 4, et à distance l'une de l'autre par un manchon interposé.
Le cylindre 1 présente des rebords externes 5, 6 près de ses extrémités et ces extrémités sont montées dans des pièces coulées 7, 8 d'extrémité de cylindre ayant des connexions de branchement pour communiquer avec des cylindres déplaceurs 9,10 qui sont disposés à chaque extrémité du cylindre de travail-1 avec leurs axes à angle droit de celui de ce dernier. La tige de piston 4 s'étend à travers un presse-étoupe 11-.dans l'une desdites pièces coulées d'extrémité 8 et est vissée à un côulisseau 12 monté de manière coulissante dans des guides 13, l'ensemble étant .porté par un bâti. Le coulisseau 12 est relié par une tige 14 à un arbre-vilebrequin ou manivelle 15 enfermé dans un carter 16 et un ou deux volants 17 est ou sont vissés sur l'arbre-vilebrequin 15.
Le cylindre ci-dessus mentionné et. les pièces coulées 7, 8 qui peuvent être avantageusement en bronze, sont disposés à
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angle droit de.l'axe du cylindre:de travail et constituent des chambre froides, et elles présentent des water-jackets dans ce but, les jackets étant alimentées avec de l'eau de refroidis- sement de toute manière convenable. Dans l'extrémité supérieure de chacune des chambres froides est monté à vissage un cylindre
9, 10 en un alliage résistant à la chaleur, fermé à son extrémité supérieure, et constituant une chambre chaude.
Le cylindre 10 est montré en coupe et on verra de celle-ci que les espaces de water-jackets 18, 19 s'ouvrent dans les extrémités supérieure
20 à rebord des pièces moulées ci-dessus et sont fermés par une piaque annulaire ou anneau 21 y attaché.. La partie supérieure de ces cylindres de chambre chaude peut être munie d'ailettes extérieures si' désire. La partie supérieure de chacun des cylindres de chambre chaude et également leur partie* inférieur et la partie inférieure de la pièce moulée de chambre froide son munies de manchons intérieurs ou revêtements 22 dans lesquels -coulisse le piston de déplacement 23 qui est de forme cylindrique creuse et est en un alliage convenable résistant à la chaleur, de préférence le même que celui des cylindres de chambre chaude.
L'espace entre les deux manchons ou revêtements mentionnés est occupé par le matériau de régénérateur primaire qui comprend de préférence une série de remplissage de disques minces ou anneaux perforés'24 en toile de métal Monel de 200 mailles. En variante, des enroulements compacts de fil fin de métal convenable peuvent être employés.
On comprendra que chacun des revêtements inférieurs décrits ci-dessus s'ouvre dans l'espace à l'extrémité du cylindre. de travail 1. , Chaque piston déplaceur est attaché à une tige d'actionhemènt 25, 251 qui s'étend vers le bas à travers un presse-étoupe convenable 26 dans lapartie inférieure de la pièce moulée cylindrique @ d'extrémité et est reliée à pivotement, par une tringle ou rotule 27, à une extrémité d'un fléau oscillant 28 monté de manière
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pivotante on son centra :.',' #' leu ,,:;.,t'1,j.;; i n L ':'Ï' .1.'éU"; du ulti 30.
Un bras ¯>1 relié au fléau oscillant ,..,f, rmio c; :,.r uri'; tige 32. à un suiveur à came 33 qui nuL 11 Í.b(.l(::;r; piui, Guro .i<.Gicmttts p a- une came convenablement formée sur la itiitiia J.;.., Ou ,,(,1" [,, que les pistons déplaceurs aecomplifaserifc du a mouvements Oj) f,st"f. :, vers le haut ou vers le bas propres aux phases du c:yr:.tt: un Stirling. En supposant que .i.tw;t3Iif: de travail .,oit.. feu tl j, ¯rú...1 du de carbone, celui-ci est amené à partir des cylindres rltar.CGetI;e,1-- lation habituels à travers un clapet abaisseur et de là à travers des ouvertures j5 dans les pièces moulées 7 et 8 aux
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deux extrémités du cylindre de travail par des r:.-ouPUPt:s de rets- nue, les orifices 36 étant reliés à des soupapes, d'éva ouu oioa convenablement disposées.
Le gaz, qui est de préférence déshydraté, peut être amené au cylindre frais à toute pression désirée, jusque un maximum de 400 livres par inch carré (28,12 kg/cm2).
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On prévoit également entre chacun des espaces du cylil' Jt'6 de travail, c'est-à-dire les extrémités du cylindre de travail,
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et l'espace froid adjacent, c'est-Mir 3 la partie inférieure de chaque cylindre déplaceur, un régénérateur secondaire ou auxiliaire qui peut comprendre une série d'anneaux ou disque:,; en toile métallique à mailles fines 34, comme décrit pour le régénérateur primaire, ou bien peut comprendre des enroulements de fil fin, par exemple de fil de nichrome de 50 l.W.G. enroulé suivant des spires compactes.
Le but de ce régénérateur secon- daire ou auxiliaire est double. -En premier lieu, il permet
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d'accumuler-une quantité appréciable de'chaleur à.partir ruz la phase de compression froide du cycle d'opérations et cette chaleur est absorbée à nouveau par le gaz qui se dilate, de
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façon à augmenter d'une fflenière appréciable le travail nf;i7.: qu'on peut obtenir pendant le course de dilatation ou COUl'te do puissance.
En second I.Iel.1, le régénérateur secondaire ngti
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en tant qu'une vanne ou collecteur de l'huile ou lubrifiant à partir du cylindre de travail 1 et empêche celle-ci d'attein- dre les chambres chaudes ou, sans cela, elle subirait un cracking et se déposerait en tant que suie ou autres produits et entraverait nécessairement d'une manière sérieuse l'action du régénérateur primaire 24. Le régénérateur secondaire 34 agit ainsi en tant qu'un filtre pour le lubrifiant, qui est généralement sous la forme de voile ou brouillard, transporté à partir du cylindre de travail 1 et on peut aisément s'arranger pour que le lubrifiant ainsi collecté soit évacué dans le puisard prévu à cet effet.
On comprendra que la chaleur externe requise pour actionner l'engin peut être appliquée aux extrémités supérieures des cylindres déplaceurs de toute manière convenable, comme par exemple par des brûleurs convenablement disposés dans des chambres de combustion ou bien par des gaz résiduels d'industrie ou de four qu'on fait passer à travers une chambre entourant les extrémités supérieures des cylindres déplaceurs pour constituer un échangeur de chaleur. Comme mentionné précédem- ment, les extrémités supérieures des cylindres de déplaceur peuvent être ailettées extérieurement pour contribuer à l'échange de chaleur désiré.
Le cycle de fonctionnement du moteur sera maintenant considéré en supposant que, dans l'exemple particulier, la température maximum T1 atteinte par le fluide de travail est
750 C (1382 F) et la température minimum T2 est 50 C (122 F).
Le rendement idéal pour ces limites de température est de
68,5% Dans la première phase du cycle, le gaz peut. être considéré comme se dilatant d'une manière isotherme dans l'espace de cylindre dans un rapport de 2, absorbant la quantité de chaleur nécessaire pour le travail mécanique accompli. Pour
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chaque masse d'une libre de gaz participant à la dilatation effective, le travail accompli pendant un tour complet de manivelle est R/J x T1 loge r en unités thermiques B.T.U. où
R est la constante de gaz pour chaque livre de gaz en livres pieds, J est l'équivalent Joule, c'est-à-dire 778 livres pieds par B.T.U., r le rapport de dilatation - dans ce cas 2 - et T, est la température absolue en degrés F ou degrés Rankine- dans ce cas 1,842 degrés F absolus.
L'énergie accumulée dans les volants pendant cette course entraîne le moteur pendant le restant du cycle. Dans la seconde phase, le bi-oxyde de carbone passe à un volume constant à travers le générateur, sa température tombant de T1 à T2,4 La quantité de chaleur accumulée dans le régénérateur est eCv (T1-T2) où Cv est la chaleur spécifique du gaz et e le rendement du régénérateur qui est supposé comme étant 97%. Dans la troisième pha.se, le bi-oxyde de carbone est comprimé d'une manière isotherme par le piston du moteur à son volume initial V.
La quantité de chaleur rejetée par tour de manivelle, principalement au water-jacket, estR/J T2 loge r pour chaque livre de gaz comprimé où T2 est la température absolue en degrés F et est l'équivalent de l'énergie prise à partir de l'énergie cinétique des volants, en omettant de considérer le générateur secondaire. Dans la quatrième phase, le bi-oxyde de carbone est retourné à volume constant à travers le régénérateur vers l'espace chaud, sa température montant de T2 à T1, La quantité'de chaleur prise à partir du régénérateur. est eCv(T1-T2).
Le déficit de chaleur dû aux imperfections dans le régénérateur est Cv(T1-T2) (I-e) ce déficit étant fourni par l'appareil de chauffage-. On peut montrer par le calcul que, en utilisant du bi-oxyde de carbone en tant qu'agent de travail et avec un régénérateur primaire de rendement 97%, le rendement maximum du travail du cycle entre les températures de thermomètre de 750 C et 50 C est 60,2%
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On comprendra que les chiffres précédents représentent seulement un rendement ideal ou théorique et que, dans des conditions convenables, plus- spécialement lorsque les apreils de chauffage tubulaires sont utilisés, comme décrit ci-appre,
s la limite supérieure de température de travail atteinte par le gaz de travail peut être aussi élevée que 780 C et que, dans certains cas, la pression de travail peut être réduite à 150 p.s.i... Dans un moteur réel dont la conception est celle qu'on vient de écrire, toutefois, les cycles de compression et de dilatation du dlcide de travail -s'écartent quelque peu en caractère du processus purement isothermique, en raison des pertes mécaniques inévitables (frottement de fluide) dans le fluide de travail, en complé,ment des pertes de frottement habituelles dans les pièces en mouvement et en coulissement de la machine, et des pertes de chaleur parasites, dues au rayonnement de la machine dans son ensemble, ainsi que dues aux pertes de conductibilité directe à partir des pièces chaudes vers les pièces froides,
le rendement de travail réel ou puissance au frein pourrait être plus faible d'une quantité dépendant du rençlement mécanique effectif du moteur particulier à tout moment en considération. Avec l'uti- lisation du régénérateur de chaleur secondaire précédemment @ décrit, ou régénérateur de chaleur Joule, de telles pertes sont toutefois réduites à un montant de 2,5% environ.
Pour de petits moteurs d'une puissance de quelques chevaux, le rendement mécanique peut être aussi faible que 70% tandique pour des moteurs plus grands, de 50 CV ou plus, E pourrait être de 80 % à 85%., Ainsi, pour un moteur de 50 CV, un rendement au frein de 60 x 0,8 + 2,5% 50,5% pourrait être attendu. '
Dans l'exemple décrit ci-dessus, la vitesse de rotation 'du moteur est d'environ 500 tours/minute et le piston à double effet a une course de 4,5inches (11,43 cm). La. manivelle
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et les paliers sont lubrifiés par injection à partir d'un carter et le piston de travail est alimenté avec de l'huile à pression élevée à partir d'une pompe convenable entraînée par le moteur.
Afin de retenir le gaz dans le système de travail, des presse-étoupe convenables sont disposés sur la tige de piston et sur les tiges de déplaceurs. Ces presse-étoupe peuvent être en fibre "Trist" par exemple. Les chambres chaudes peuvent être faites en un alliage convenable résistant à la chaleur qui a un degré élevé de liberté à l'égard de l'écaillage ou de la corrosion par oxydation aux températures élevées employées, avec les lecteurs désirables de résistance et de fluage. L'angle ' entre la manivelle de piston de travail et la manivelle de piston de déplacement est d'environ 90 .
La différence de phase entre -les points de rotation correspondant au volume chaud maximum et au volume froid maximum respectivement correspond à 135 d'un tour complet de manivelle.
Un alliage convenable pour les chambres chaudes peut avoir la composition suivante ; carbone 0,4% manganèse 0,8% silicium 1,0 %, nickel 13,0% chrome 13,0%, cobalt 10,0%, molybdène 2,0% niobium 3,0%, tungstène 2,5% fer (Fe) le reste.
Lorsque la chambre est faite en ce matériau, toutefois, il est préférable de modifier sa construction de sorte que ses parois soient soumises seulement à des efforts correspondant à un frettage seulement au lieu de la combinaison de tels efforts et d'efforts thermiques (beaucoup) plus grands. Ceci peut être accompli d'une manière satisfaisante en séparant la partie extérieure de la chambre chaude de. l'entrée chaude du régénéra- teur par une série de tubes métalliques faits en le même alliage. Ces tubes, dans l'exemple donné, seraient d'un diamètre externe d'environ comme 0,32 inch (0,81mm) et de 0,1 inch (0,25 cm) de diamètre interne.
Ils seraient ailettés le long des parties de leur longueur exposées aux gaz chauds de
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la chambre de combustion, de manière à fournir la surface supplé- mentaire nécessaire pour absorber efficacement la chaleur à partir des gaz de brûleur.
Dans l'exemple ci-dessus, un appareil de chauffage tubulaire complet pour chaque chambre chaude consisterait en 35 tubes (70 en tout pour le moteur complet) avec leurs parties supérieures soudées dans la partie supérieure extérieure de chaque pot et leurs extrémités inférieures soudées dans l'en- trée chaude du régénérateur. La longueur ailettée de chaque tube serait d'environ 13 inches (33 cm). Afin d'empêcher la formation destructrice dans les divers tubes d'un appareil de chauffage complètement assemblé, laquelle déformation serait provoquée par la dilatation linéaire de chaque tube lorsqu'il passe du froid à ÔOO C, on donne aux tubes près de leurs extrémités une courbure circulaire, comme représenté sur la figure 5.
Il doit être compris que l'invention ne doit pas être regardée comme limitée à l'exemple décrit étant donné qu'il est évident que les détails des parties de travail du moteur pourraient être modifiésdans de larges mesures.
'Il doit également être compris qu'une multiplicité (quatre ou un plus grand nombre) de cylindres de travail peuvent être disposés de toute manière convenable, de sorte que leurs pistons de travail soient associés d'une manière opératoire avec un vilebrequin commun, ou bien, en variante, soient convenablement reliés à un dispositif d'entraînement à plaque à excentrique. Si on le désire, chaque cylindre
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peut être à double effet en ce sens .til consiste"en une chambre chaude boulonnée sur lui à sa partie supérieure et 'un piston de déplacement boulonné en correspondance sur son piston de travail.
La partie supérieure de chaque chambre chaude, dans des buts de conductibilité gazeuse, est reliée par un tube convenable à la partie inférieure de l'ensemble
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de cylindre suivant dont le piston travaille à une différence de 90 d'angle de manivelle du sien propre. Lorsqu'on choisit une méthode d'entraînement à manivelle, toutefois, les unités de cylindre devraient être montées par paires, chaque paire constituant une formation à 90 en V. Un nombre quelconque de séries de telles formation en V peuvent être assemblées l'une derrière l'autre sur un carter commun et avec leurs diverses paires de tiges de liaison reliées à un vilebrequin commun.
En outre, quoiqu'on préfère utiliser un bi-oxyde de carbone en tarit que fluide de travail, il doit être compris .que ce gaz peut être remplacé par, ou utilisé en conjonction avec, un ou plusieurs gaz inertes tels que l'azote, l'hélium, l'argon ou le néon, en prenant soin que tous les gaz soient complètement secs.
En se référant maintenant aux figures 2, 3 et 4, une variante de moteur est représentée, qui est propre à travailler suivant le cycle thermique d'Ericsson. Dans cette variante, le moteur a deux cylindres 41 et 42 balayés par piston, placés en formation en V à angle droit sur le carter 43 qui est mis sous une pression d'environ 240 livres par inch carré (16,87 kg/cm2) Ce carter est de construction rapportée et est fait en acier à 0,40% de carbone et 0,45, de manganèse, l'acier ayant été fait en un four à sole basique. Un cylindre 41 de la formation est une unité de travail tandis que l'autre unité de cylindre 42 fonctionne en tant que compresseur à deux étages. L'ensemble de cylindre de travail consiste, à sa partie supérieure, en une chambre chaude 44 munie d'un piston déplaceur 45, léger, à montage lâche.
A son extrémité inférieure, la chambre chaude 44 est boulonnée sur le cylindre de fer coulé 41 à water-jacket, qui a le même alésage interne que la chambre chaude 44. Le fer coulé utilisé dans la construction de 41 est de préférence un alliage de fer à haute
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résistance à la traction.
Un piston de travail 46, Monté à ajustement étroit, en fer coulé, avec des segments 47, coulisse dans le cylindre 41 en fer coulé exécuté avec précision. Le piston déplaceur léger 45 ainsi que la chambre chaude 44 sont chacun faits en l'alliage décrit en relation avec la, figure 1, Le piston déplaceur 45 est creux et est empli d'une poudre légère inerte telle que de l'oxyde de magnésium ou de la silice micro- poreuse (aérogel de silice), tous. deux étant de bons isolateurs à température élevée. Le piston déplaceur 45 est fixé fermement à la partie supérieure du piston de travail 40 de manière à former à.leur jonction une unité monobloc de même diamètre.
Le piston de déplaceur 45 a un diamètre qui va légèrement en se rétrécis- sant à partir de son raccord inférieur avec le piston de travail vers la partie supérieure du cylindre chaud 44.
L'ensemble de cylindre de compresseur consiste-en sa partie supérieure en un cylindre 48 à haute pression, entouré d'une water-jacket 49. L'inter-réfrigérateur 40 relie 48, par l'intermédiaire d'une tubulure, indiquée sur la figure 2, à la bouteille d'accumulation de gaz 51. La water-jacket 49 a des entrées et des sorties séparées pour l'eau de refroidisse- ment en- circulation, 'extrémité inférieure de ce cylindre 48 à haute pression est fixée, par une partie d'extrémité à rebord, à l'extrémité supérieure de la partie principale 42 du cylindre intermédiaire, ce dernier étant entouré par une water-jacket 53 également munie d'entrées et de sorties séparées pour la circula- tion d'eau de refroidissement.
Un réservoir d'égalisation de pression 70, muni d'une soupape de . sûreté 71 et d'un robinet d'échappement 72, est monté entre les premier et second étages de, compression, la liaison étant complétée par le réfrigérateur 52 Le piston de compresseur 54, monté en 42, est relié, à son' extrémité supérieure, au piston de compression à pression élevée, ce dernier coulissant dans son cylindre 48. Les deux cylindres
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de compression sont faits en fer moulé à haute résistance à la tension et le piston intégré est fait en fer moulé.
Les tiges de liaison ou à la fois le piston de travail 46 et le piston de compresseur 54 ont leurs grandes extrémités montées sur un coussinet commun 55 porté sur un vilebrequin commun sur lequel est monté un contrepoids 56 dont le poids à son centre de gravité est approximativement égal à la somme des poids des deux grandes extrémités de piston, plus le coussinet, plus les côtés de vilebrequin, plus le poids d'un piston, de l'axe de piston et de la tige de liaison, moins le poids de sa grande extrémité, étant compris que chaque ensemble de piston avec sa tige de liaison est sensiblement égal en poids, et sensiblement de la même longueur radiale.
Le vilebrequin 57 est monté dans des paliers 50' et porte un volant 59 et deux cames 60 et 61 pour actionner deux soupapes 62 et 63 disposées à la partie inférieure du régénérateur 64 à partir duquel un jeu .de tube chauffeurs 65 conduit, par l'intermédiaire d'une chambre de combustion, à l'extrémité supérieure de la chambre chaude 44 du cylindre de travail.
Le régénérateur 64 a également un tube d'entrée 66 conduisant à la chambre d'accumulation de gaz 51 et un tube de sortie 73 conduisant au régrigérateur 67. Commodé- ment, le régénérateur est chargé par une toile métallique fine et les tubes chauffeurs dont il y en a 70 chacun avec une longueur ailettée (voyez la figure 5) de 24 inches (60,96 cm) ont une forme en section transversale comme montré sur la figure
4 et sont, de préférence, disposés comme montré sur la figure 5, les parties incurvées circulaires. 75 étant prévues pour éviter @ la déformation provoquée par la dilatation thermique. Une lubrification est prévue pour les cames 60 et 61 et pour les deux cylindres de compresseur, leurs pistons et leurs soupapes d'entrée et de sortie.
La chambre de combustion peut être de toute forme convenable et est thermiquement isolée sur son extérieur par
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une couche de silice micro-poreuse d'environ 2 inches (5,08cm) de profondeur, la chambre chaude et les parties supérieures du régénérateur sont de même isolées sur leurs surfaces externes par une couche analogue de silice micro-poreuse, cette dernière substance en tous les cas étant contenue dans une enveloppe d'aluminium polie.
Les parois de la chambre de combustion qui doivent avoir à résister à une température de 8500C sont faites en un alliage spécial résistant à la chaleur, de la résistance désirée à 850 C et de bonnes propriétés de non- écaillage, jusqu'à une température de 1100 C dans les gaz de four,
La composition de cet alliage est :nickel 20%, chrome 25%, silicium 1,5%, carbone 0,15%, fer le reste. La paroi interne de la chambre chaude, sur toute sa longueur, est isolée thermi- quement au moyen d'une couche de silice micro-poreuse. d'une épaisseur de 1/4 inch (0,63 cm) contenue dans une boîte métal- lique convenablement fermée en un alliage tel que de l'acier inoxydable du type communément connu sous le nom de 18/8.
Cette boîte métallique est faite pour s'adapter fermement le long de l'intérieur des parois verticales de la chambre chaude sur toute leur longueur, mais de manière à permettre à tout moment des mouvements-non gênés du piston déplaceur.
Il doit être compris que l'alliage utilisé dans la con- struction de la chambre chaude du moteur est le même que celui utilisé dans les chambres chaudes du moteur décrit en relation avec la figure. 1, les dispositifs chauffeurs tubulaires étant également formés du même alliage. Le régénérateur consiste avantageusement en une toile métallique de Monel à 200 mailles et est construit à partir d'une multiplicité de disques estampés de la même toile et empilés étroitement dans le cylindre cylin- . drique de l'ensemble du régénérateur.
En fonctionnement, le bi-oxyde de carbone a une pression variant de 240 livres à 800 livres par inch carré (l6;Ô7 kg/cm2 à 56,24,Kg/cm2) (en valeur absolue dans les deux cas) et à une
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température moyenne de )0 (; e:.t, utilisé an tant quu yn-z rit; tra- vail. Lorsqu'il est comprime en deux étapes jusqu'à 800 p.s.i., le gaz est transféré à la bouteille d'accumulation 51 d'où le moteur aspire la quantité correcte de gaz pour chaque course chaude de dilatation.
L'entrée de gaz et l'éjection de chaque cycle dans la chambre chaude sont commandées par deux soupapes
62 et 63 actionnées par cames, le profil de chaque came étant dessiné de manière à procurer la succession correcte dans le temps de l'ouverture et de la fermeture de chaque soupape, ces cames étant actionnées par le vilebrequin de manière à s'ouvrir et à se fermer une' fois pendant chaque tour du moteur ou du vilebrequin.
A l'ouverture de la soupape d'entrée à haute pression, .le gaz froid passe à une pression de 800 p. s.i. à travers le régénérateur d'un rendement thermique de 98% et, par le chauffeur tubulaire 65, dont les parois métalliques sont typiquement à une température de 800 C, vers la partie supérieure de la chambre chaude 44. La soupape d'entrée se ferme rapidement lorsque-l'équivalent d'un volume de gaz a pénétré dans la chambre chaude. Ce volume de gaz, maintenu à une température de 780 C, est laissé se dilater jusqu'à 4,34 volumes rapportés au volume de la chambre chaude seulement.
Le volume vrai de gaz prenant place dans cette dilatation est la somme du volume de gaz contenu dans les canaux du chauffeur tubulaire et les interstices du régénérateur étroitement empilé, plus le volume de gaz admis dans le cylindre de dilatation lui-même au début du processus de dilatation. Le volume' corrigé ressort dans ce cas à 1,44 et le rapport vrai de dilatation de vient'3,32. Dans le processus de dilatation, le gaz repousse vers le bas le piston dd travail accomplissant le travail utile.
Dans le présent cas, les dilatations chaudes sont proches d'être un processus isothermique. En considérant que le rendement du régénérateur est de 1, le travail accompli par tour de moteur dans le cylindre de dilatation par livre
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de gaz prenant part effectivement a la dilata (..ion est fourni par l'expression RT1 loger, où R est à nouveau la constante de gaz pour une livre de bi-oxyde de carbone et T1 est la températureabsolue à laquelle la dilatation prend place -dans ce cas 1,052 Kelvin ou 1.895 F absolus, le rapport de dilatation r est 3,32.
Le processus de compression est accompli en deux temps, chaque temps ayant le même rapport de dilatation, c'est-à-dire la racine carrée de r qui est 1,82. En supposant à nouveau que le processus de compression vient dans son ensemble suffisamment près de lisothermie en caractère, on peut montrer que le travail total nécessaire pour accomplir le processus complet est donné par l'expression RT2loger.
Dans ce cas, T? est 310 Kelvin ou 560 F absolus,
Le gaz, le bi-oxyde de carbone, tout en s'accordant étroitement dans son comportement à celui d'un gaz parfait à des températures de 780 C ou plus élevées, s'écarte considé- rablement d'un tel comportement à des températures d'environ 38 C ou plus basses. A de telles températures plus basses, le bi-oxyde de carbone est considérablement plus compressible qu'un gaz parfait, et le travail nécessaire pour le comprimer à un volume plus petit est considérablement moindre que celui représenté par l'expression RT2loger. Cet écart dans le comportement de gaz parfait dans le cas de bi-oxyde de carbone aux températures de moteur plus basses augmente notablement le rendement total du moteur.
La réalisation de moteur thermique travaillant suivant le cycle d'Ericsson qu'on vient de décrire présente.les particularités suivantes :
Chauffeurs tubulaires. a) la perte de pression entre les extrémités du chauffeur est de 6,4 livres pa.r inch carré (0,449 kg/cm2) à la vitesse
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du moteur de 960 tours/minute et 800 livres p.s.i. b) Le nombre de Nusselt pour la transmission de chaleur au fluide de travail à 800 livres p. s.i. à partir des parois du chauffeur à une température de parois de 800 C est de 430
B.T.U. par heure par pied carré (0,093 m2) par degré F. c) L'effort thermique dans les parois de chauffeur à plein dans des conditions de pleine charge sur le moteur est moindre que 700 livres p.s.i.
Réfrigérateurs. d) La perte de pression dans l'inter-réfrigérateur
No 40 est de 6,7 livres p.s.i. e) La perte de pression dans l'inter-réfrigérateur
No 52 est de 4 livres p.s.i. f) La perte de pression dans l'inter-réfrigérateur
N 67 est de 4,6 livres p.s.i.
La perte de pression totale dans les réfrigérateurs est de 15,3 livres p.s.i.
La perte.de pression totale dans les chauffeurs tubulaires plus les inter-réfrigérateurs est de 21,7 p.s.i. ou d'environ 4% de la pression moyenne 520 livres p.s.i.
Les efforts circulaires sont négligeables.
Dans le cas de moteurs de grandes dimensions construits suivant l'invention, le dessin peut être simplifié pour ceux travaillant suivant le cycle thermique d'Ericsson. Ainsi, deux unités de dilatation identiques peuvent être assemblées en formation en angle droit en V avec leurs pistons identiques et leurs tiges de liaison travaillant sur un axe.commun, avec un poids équilibreur approprié.
Le diamètreintérieur d'un cylindre de dilatation peut être aussi large que 20 inches (50,8 cm) et la course de piston peut aller jusqu'à environ 20 inches (50,8 cm) égalant. Deux régéhérateurs, chacun
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avec sa propre combinaison de carnés actionnons à lu manidre habituelle à partir du vilebrequin, seraient employés, Le
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compresseur pourrait être d'une conceptjon iu,<':Giailii<îef entraîné à partir du vilebrequin à tout rapport de vitesse trouvé la plus satisfaisant.
Pour des moteurs les plus grands, quatre ou un plus grand nombre d'unités de dilatation identiques pourraient être assem- blées à formation en V à angle droit sur un vilebrequincommun, comme représenté. Ici, toutefois, seulement deux jeur de régé- nérateurs seraient nécessaires étant donné que chaque régénéra-. leur complet, avec ses combinaisons de came, pourrait être fait pour desservir deux ou un plus grand nombre d'unités de dilatation. Les appareils de chauffage tubulé-ires d'un nomore quelconque d'unités de dilatation pourraient avoir leurs tubes chauffeurs tous soudés dans la partie supérieure commune d'un régénérateur. Pour un tel moteur, une unité de compresseur pourrait être employée et entraînée à partir du vilebrequin commun à tout rapport de vitesses convenable.
Pour ces dernières grandes machines, un compresseur centrifuge "isothermal", main- tenant disponible commercialement, pourrait être entraîné à une vitesse requise de, par exemple, 2.800 tours/minute, par l'intermédiaire d'un multiplicateur convenable à partir du vilebrequin commun.