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Appareil pour régler la vitesse d'un moteur à fluide.
La présente invention est relative à un moteur thermodynamique dans lequel un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique pour produire de l'énergie et elle concerne, en particulier, un nouveau moyen de régler la vitesse du moteur.
Dans un moteur du type décrit, un fluide de travail, compri- mé et chauffé, est détendu contre une surface de travail dans une chambre de détente d'un équipage piston-cylindre pour produire une force mécanique. Le fluide de travail, se trouvant dans un état initial dans une chambre de compression, est comprimé puis chauffé et ensuite dirigé vers une chambre de détente où il se détend contre la surface de travail.
Après détente et à une température
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et une pression moindres, le fluide de travail est introduit dans un échangeur de chaleur refroidisseur où il est refroidi à son état initial (avant compression) Dans un moteur à fluide, le cycle thermo dynamique spécifié est parcouru par un fluide de travail appropria ayant des caractéristiques de détente volumétrique souhaitables et des propriétés thermiques avantageuses. Il est également souhaitable de disposer d'un moyen approprié pour régler la vitesse à laquelle le moteur à fluide fonctionne et d'assurer efficacement ce réglage à l'aide d'un appareil qui puisse être facilement actionné pour obtenir les résultats désirés.
Cela étant, la présente invention a pour but principal de procurer un appareil destiné à coopérer avec une installation de moteur à fluide dans laquelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, cet appareil pouvant être actionné pour ré- gler la vitesse du moteur.
L'invention a également pour but de procurer un appareil desti- né à coopérer avec une installation de moteur à fluide dans laquelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, l'appareil pouvant être actionné pour régler la vitesse du moteur et étant placé entre la chambre de détente et l'échangeur de chaleur refroi- disseur de l'installation.
L'invention a encore pour but de procurer un appareil destiné à coopérer avec une installation de moteur à fluide dans laquelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, l'appareil comprenant une valve et des conduites susceptibles de faire passer le fluide de travail de la chambre de détente directement dans la chambre de compression du moteur en contournant l'échangeur de chaleur refroidisseur, et ce en vue de régler la vitesse du moteur.
L'invention a encore pour but de procurer un appareil suscep- tible de coopérer avec une installation de moteur à fluide dans laquelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, l'appareil réglant la vitesse du moteur et étant de conception et de construction simples et peu coûteuses.
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Ces buta et d'autres, ainsi que des particularités de l'in- vention ressortiront clairement de la description de plusieurs formes d'exécution préférées donnée ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels ; la Fig'l est une vue schématique, partie en coupe, d'un système comportant un moteur à fluide utilisant un cycle ther- modynamique, dans lequel est incorporé un appareil servant à régler la vitesse du moteur ;
la Fig.2 est une coupe à plus grande échelle de l'appareil de réglage de vitesse montrant la valve et ses conduites ainsi que ses parties constitutives par lesquelles le fluide de travail,après détente, passe de la chambre de détente à l'échangeur de chaleur refroidisseur et, la Fig.3 est une coupe, à plus grande échelle, de la valve et des conduites de la Fig.2, montrant la valve de dérivation en par- tie ouverte et susceptible dans cette position de transférer une partie du fluide de travail de la chambre de détente directement dans la chambre de compression en contournant l'échangeur de chaleur de refroidissement.
Sur la Fig.l des dessins, un système 10 est représenté sous une forme partiellement schématique, dans laquelle il comprend en fait un circuit fermé comprenant, entre autres, un moteur à fluide 12 comportant un bloc 14 dans lequel un cycindre 16 est alésé et un piston 18 est monté de manière à se déplacer en mouvement alter- natif. Le piston 18 est fixé à une bielle 20 et un vilebrequin 22 est placé dans une chambre 24 formée par un carter 26. Le pis- ton 18 comporte une partie inférieure de grand diamètre 28 et un prolongenent de moindre diamètre 30 formant un épaulement 32 qui comporte une surface de travail 34 formant une paroi d'une chambre de compression 36 ; le prolonganent 30 comporte une surface de tra- vail 38 formant une paroi d'une chambre de détente 40.
La chambre de compression 36 comporte une lumière d'admission 42 et une lumière d'échappement 44 cironférentiellement espa-
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cées l'une de l'autre et convenablement placées autour du bloc moteur 14, les lumières 42 et 44 pouvant chacune être mises en communication avec la chambre de compression 36. La lumière d'échap- pement 44 comporte une valve de retenue 46 communiquant avec cette lumière, le fluide de travail F venant de la chambre de compression passant par la lumière de sortie 44 et la valve de retenue 46 dans une conduite 48 et ainsi dans l'échangeur de chaleur réchaut. feur 50.
Une valve 52 et un accumulateur 54 sont placés entre la valve de sortie 46 et l'échangeur de chaleur réchauffeur 50, ce montage servant à assurer un démarrage rapide du moteur à fluide 12 après l'arrêt. Une conduite 56 raccorde l'échangeur de chaleur réchauffeur50 à une valve d'admission 58 placée près d'une partit d'extrémité du bloc-moteur 14 en communication avec la chambre de détente 40. Une valve d'échappement 60 est également placée à une partie d'extrémité eu bloc-moteur, près de la valve d'admission 58, pour établir une communication entre le fluide de travail F dans la chambre de détente 40 et une conduite 62.
La conduite 62 fait passer le fluide de travail F de la chambre de détente 40 dans un échangeur de chaleur de refroidissement 64 et, de cet échangeur de chaleur, par une conduite 66, dans une valve d'admission 68 raccor- dée à la lumière d'admission 42 communiquant avec la chambre de compression 36. La valve de dérivation 70 communique avec une conduite 74 raccordée à la conduite 66 dans le système et ses par.. ticularités seront décrites en détail ci-après.
Un séparateur d'huile 72 est raccordé à la conduite 62 entre la valve de dérivation 70 et l'échangeur de chaleur refroidisseur 64. Le séparateur d'huile 72 sert à séparer l'huile lubrifiante du fluide de travail avec lequel elle circule dans le système 10 pen- dant son cycle de travail. Le séparateur d'huile 72 est raccordé à un filtre 73 qui est raccordé au carter de vilebrequin 26 du mo- teur par des conduites appropriées. L'huile lubrifiante pénètre dans le système par une pompe classique qui refoule l'huile du carter dans
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le piston et dans des passages .appropriée (non représentés).
Cette huile lubrifiante est ainsi étalée sur les parois du cylindre et dans la chambre de compression et se mélange au fluide de travail-
Afin de compenser certaines conditions ou certains facteurs* tels que des variations de température du fluide de travail F ré- sultant de l'effet créé sur ce fluide par l'échangeur de chaleur réchauffeur 50 et le refroidissement efficace du fluide de travail F dans l'échangeur de chaleur refroidisseur 64, et de permettre @ la substitution de différents types de fluide de travail qui peuvent être utilisés dans le système 10 pour faire fonctionner le moteur à fluide 12,
il est prévu un pareil qui peut avoir la forme d'un compensateur ou d'un "multiplicateur" 75.
Afin de régler la vitesse du moteur à fluide 12, un montage comprenant la valve de dérivation 70 et des conduites correspondantes est prévu dans le système comme décrit plus haut, la valve de dé- rivation 70 (fig.2) comprenant un corps 76 dans lequel est monté un obturateur annulaire 78 pivotant sur un axe 80 qui traverse le corps 76. Un segment 82 fait corps avec l'obturateur 78 et a un rayon de courbure égal au rayon de courbure de l'obturateur 78.
Plusieurs lumières sont ménagées dans le corps 76, dont une lu- mière d'admission 84 communiquant avec la conduite 62 venant de la chambre de détente 40 du moteur à fluide 12 et une lumière d'échap- pement 86 communiquant avec la conduite 62 partant de la valve de dérivation 70 et raccordée au séparateur d'huile 72. Une lumière d'échappement 88 est prévue dans le corps de valve 76 et est mise en communication avec la lumière d'admission 84 et la conduite 74 par pivotementdu segment 82. Cornue le montre la Fig.2, le fluide qui pénètre dans la lumière d'admission passe à la lumière d'échappe- ment 86 et pénètre dans la conduite 62 pour communiquer avec le séparateur d'huile 72 et l'échangeur de chaleur refroidisseur 64.
Lorsqu'il est souhaitable de régler la vitesse du moteur, un pi- votement de l'obturateur 78 et par conséquent du segment 82 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre démasque la lumière
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88 communiquant avec la conduite 74 et simultanément étrangle la communication entre la lumière d'échappement 86 et la conduite 62 dans une mesure correspondante.
Le dispositif de commande (non représenté) servant à faire pivoter l'obturateur peut être action né à la main ou automatiquement et suivant la vitesse désirée du moteur à fluide, la rotation de l'obturateur 78 et son segment 82 ouvrant ou fermant dans des mesures variables les lumières qui communiquent avec les conduites 62 et 74'
Afin de mieux faire comprendre le principe de l'invention décrit et représenté qui utilise la valve de dérivation 70 et la conduite 74 pour régler la vitesse du moteur à fluide, un cycle de travail typique du moteur est décrit ci-après.
Cela étant, le cycle n'est décrit que dans la mesure nécessaire pour faire com- prendre la présente invention, les valeurs des températures et de pressions du fluide de travail F n'étant données qu'à titre d'exem- ple pour faciliter la compréhension de l'invention.
En fonctionnement, une masse unitaire des fluide de travail F telle que de l'anhydride carbonique à une température d'environ 70 F (21 C) est comprimée dans la chambre de compression 36 à une pression d'environ 422 kg/cm2 et à une température d'environ 149 C. A cette température et à cette pression, l'anhydride car- bonique est dirigé par la lumière d'échappement 44 et la valve de sortie 46 dansla conduite 48. La valve 46 peut être sensible à la pression ou actionnée par un dispositif approprié (non représen- té)
et est synchronisée par rapport aux éléments coopérants du cycle pondant le fonctionnement du moteur* Le fluide de travail comprimé dans la conduite 48 passe par la valve 52 de l'accumula* teur 54 dans l'échangeur de chaleur réchauffeur 50 dans lequel de la chaleur provenant d'une source appropriée quelconque est appli- quée au fluide de travail F pour élever notablement sa température jusqu'à environ 500 F (260*C) tandis que sa pression reste en substan ce constante.
A cette température et à cette pression, l'anhydride carbonique pénètre dans la valve l'admission 58 par la conduite 56
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et, lorsque la valve d'admission 58 est ouverte d'une manière synchronisée par un dispositif approprié (non représenté), le fluide de travail F passe à la chambre de détente 40. Lorsque le fluide de travail pénètre dans la chambre de détente 40, l'accroissement de volume dans cette chambre amène l'anhydride carbonique à se détendre, de sorte que la masse donnée de fluide de travail F a un plus grand volume lorsqu'elle pénètre dans la chambre de détente 40 que lorsqu'elle est pompée hors de la chambre de compression 36.
Cette détente diminue la pression et à son tour la température est abaissée d'une manière adiabatique.
Le piston 18, à ce stade de fonctionnement, est à son point mort haut et l'anhydride carbonique en se détendant le repousse vers le bas contre la résistance de la bielle 20 et du vilebrequin 22 en faisant tourner le viebreouin. Cornue le vilebrequin 22 continue à tourner avec un volant (non représenté) qui y est attaché, le piston 18 est Entraîné vers le haut et la valve d'échappement 60 s'ouvre En permettant à l'anhydride carbonique détendu de s'échapper à une tempéature et une pression moindres, environ 93 C et 56 kg/cm2 respectivement,de la chambre de détente 40 dans la con- duite 62 par la valve de dérivation 70 et dans l'échangeur de chaleur de refroidissement 64.
La valve de dérivation, en posi- tion ouverte, permet au fluide de travail détendu F de continuer à passer par la conduite 62 dans l'échangeur de chaleur de refroidis- sement 64. A la sortie de l'échangeur de chaleur de refroidissement 64, le fluide de travail F est ramené à une température d'environ 21 C et une pression de 56 kg/cra2 et passe dans la valve d'admission 68 par la conduite 66, Pendant la course de détente, la valve d'ad- mission 68 s'ouvre et permet à l'anhydride carbonique à température et pression réduit.. de pénétrer dans la chambre de compression 36, à la suite de quoi le cycle est répété.
Si on désire diminuer la vitesse et, par conséquent, l'action d'un moteur à fluide, on manoeuvre l'obturateur 78 de la valve 70 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour amener le
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segment 82 à établir une communication de fluide entre la lumière d'admission 84 et la conduite 74 par la lumière d'échappement 88.
Ce déplacement de l'obturateur 78 étrangle simultanément la lumière d'échappement 86 et diminue la quantité de fluide de travail passant de la chambre de détente 40 dans l'échangeur de chaleur refroidsissur 64. Le fluide de travail à environ 93*C et 56 kg/cm2 pénètre dans la conduite 74 par la lumière 88 de la valve de dérivation 70 et passe dans la conduite 66, la valve d'admission 68, la lu- mière d'admission 42 et la chambre de compression 36 du moteur à fluide 12. Une masse unitaire d'anhydride carbonique aux tempéra- ture et pression respectives, après détente dans la chambre d'expan- sion, occupe un plus grard volume et est par conséquent moins dense dans le volume disponible de la chambre de compression 36.
Cela étant, à la fin de la course de compression du piston 18, la près sion unitaire de l'anhydride carbonique est moins élevée. Lorsque la valve d'échappement 46 s'ouvre, le fluide de travail ? passe par cette valve dans la conduite 48 et dans l'échangeur de chaleur réchauffeur 50 à une température relativement élevée et une pression relativement basse et est par conséquent incapable de recevoir une quantité de chaleur comparable à celle que reçoit le fluide de tra- vail passant par l'échangeur de chaleur refroidisseur 64. La différence au point de vue température et pression entre le fluide de la chambre de détente et celui de la chambre de compression est notablement moindre dans la comparaison précitée.
En entrant dans la chambre de détente, le fluide étant à une pression notablement inférieure à la pression obtenable en faisant passer la totalité du fluide dans l'échangeur de chaleur refroidisseur 64, le fluide de travail est incapable de produire la détente volumétri- que égale à la détente du fluide subissant le stade de refroidisse- ment du cycle . Cela étant, cette diminution de la détente volume- trique a pour effet de diminuer d'une façon correspondante la force imprimée à la tête de pinton 38 et diminue ainsi notablement la vitesse du moteur à fluide 12.
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On peut voir que des mélanges de fluide désirés transfé- rés de la chambre de détente 40 dans l'échangeur de chaleur refroi- disseur 64 et dans la chmabre de compression 36 peuvent être obte- nus dans la gamme allant de la vitesse maximum, pour laquelle la valve de dérivation est fermée et le segment 82 ferme complètement le passage de fluide entre laclumière d'échappement 88 et la conduite 74, jusqu'à une vitesse minimum pour laquelle la valve de dérivation ouvre complètement la communication au fluide entre la conduite 62 venant de la chambre de détente 40 et la conduite 74.
Le moteur à fluide 12, comme le montre le dessin ,dé- crit un seul équipage piston 18 et cylindre 16 mais il rentre dans le cadre de la présente invention de prévoir plusieurs équi- pages piston-cylindre dans le bloc-moteur 14 ainsi qu'une valve de dérivation avec ces conduites en communication avec un système comprenant plusieurs équipages piston-cylindre.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites avec référence aux dessins annexés, auxquelles des changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil pour régler la vitesse d'un moteur à fluide dans lequel un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique de compression, chauffage, détente et refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen assurant la communication du fluide de travail qui parcourt le cycle thermodynamique et faisant passer ce fluide de l'étage de détente directement à l'étage de compression, et un dispositif de commande opérativement associé à ce moyen pour régler cette communication.