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Machine dans laquelle un fluide gazeux de composition chimique invariable décrit un cycle thermodynamique fermé.
L'invention concerne une machine dans laquelle un fluide gazeux de composition chimique invariable, appelé fluide moteur, décrit un cycle thermodynamique fermée ce fluide étant comprimé puis détendu à des températures différentes. Cette machine comporte un dispositif qui fournit de l'énergie thermi- que au fluide moteur ou qui prélève de l'énergie thermique de ce fluide. Ce sont, par exemple, des moteurs à gaz chaud, des machines frigorifiques travaillant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud et des turbines à air chaud dans lesquelles la compression et la détente s'effectuent dans des dispositifs rotatifs. Dans toutes ces machines, il faut, en des endroits déterminés, fournir au fluide moteur de l'énergie thermi-
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ou en prélever.
En pratique, cette fourniture et ce prélèvement de chaleur suscitent bien souvent des difficultés, en particulier lorsque la machine en question est d'assez grande puissance. Dans les machines de faible puissance, il suffit en général, d'échan- geurs de chaleur (réchauffeurs et réfrigérants); le transfert de chaleur de ou vers la machine s'effectue alors sans plus à travers la paroi de la machine. A cet effet, cette paroi est réalisée aux endroits nécessaires, d'une manière spéciale ; elle comporte par exe;nple des saillies.
Dans les machines de plus grande puissance, par exemple les machines fournissant ou absor- bant 50 à 100 C.V., la construction précitée suscite déjà de sérieux inconvénients qui résultent entre autres du fait que l'épaisseur de la paroi de la machine augmente et que la chute de température dans cette paroi est donc plus grande. Si les ma- chines sont plus puissantes encore, par exemple de l'ordre de
500 C.V., il n'est pratiquement plus possible de réaliser les changeurs de chaleur de la manière dècrite et il faut recourir à des échangeurs de construction spéciale.
Dans la turbine dite à air chaud, il est déjà connu de fournir la chaleur à l'aide d'un fluide intermédiaire. Ce fluide intermédiaire est chauffé à l'aide d'une source thermique, et en un autreendroit, il cède la chaleur absorbéeau fluide moteur. Dans cette forme d'exécution, le fluide moteur circule (. dans un système tubulaire, monté dans une cuve. A l'endroitoù se trouvent les tubes remplis de fluide moteur, cette cuve contient le fluide intermédiaire. En outre, on déjà proposé d'utiliser dans un moteur à air chauo. un fluide intermédiaire qui transfère la chaleur d'une source placée hors du moteur, au fluide moteur .
Un système de tubulures conduit alors le fluide intermédiaire de la source chr.ude vers le fluide moteur et inversement.
La présente invention fournit des moyens qui améliorent notablement le mode de transfert, décrit ci-dessus, de l'énergie thermique. Le machine conforme à l'invention présente la particu-
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larité que le dispositif qui fournit ou prélevé l'énergie ther- mique au fluide moteur, comporte un certain nombre de systèmes creux, traversant hermétiquement et indépendamment la paroi de la machine, chacun de ces systèmes contenant une quantité déter- minée du fluide intermédiaire servant au transfert de la chaleur .
Comparativement à la construction décrite ci-dessus, la machine conforme à l'invention offre un sérieux avantage: dans l'étude des échangeurs de chaleur, on dispose d'une plus grande liberté pour le montage des divers organes. En effet, dans les formes de construction connues, les diverses parties du système tubulaire doivent toujours former un ensemble, de sorte que certaines parties de l'échangeur se trouvent précisément en des endroits où, pour une raison ou une autre, il serait préférable qu'elles ne se trouvent pas. En pratique, cette construction connue entraîne parfois une augmentation inévitable de l'espace nuisible, et donc des conséquences dcsagréables, par exemple en ce qui concerne la puissance spécifique de la machine.
La forme de construction connue présente un autre inconvénient: lorsque, pour une cause quelconque, la cuve ou le système tubulaire renfer- mant le fluide intermédiaire présente une fuite, la quantité; to- tale du fluide s'échappe et pour que la machine redevienne uti- lisable, il faut d'abord rendre la cuve hermétique et la rem- plir de fluide intermédiaire. Pendant ce temps, la machine est irrémédiablement en panne. S'il se produit une fuite dans l'un des systèmes de la machine conforme à l'invention, la quantité de fluide intermédiaire qui s'échappe est très petite et de plus, en général, malgré cette fuite, la machine peut continuer à fonctionner jusqu'au moment où l'on disposera du temps néces- saire pour procéder à la réparation.
La construction conforme à l'invention permet d'adap- ter les systèmes aux besoins de la machine. Dans une forme d'exécution très simple de l'invention chacun des systèmes est
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constitué par un tube droit, incurvé ou plie, fermé à. ses deux extrémités. Cette forme d'exécution offre un sérieux avantage: les éléments d'un tel échangeur de chaleur se prêtent à la fabri- cation en série.
L'intérieur des systèmes est réalisé suivant le fluide intermédiaire à utiliser. Si le fluide intermédiaire est une substance qui se vaporise à l'endroit où on lui fournit de l'énergie thermique et qui se condense à l'endroit où on en prélève cette énergie thermique, des dispositions intérieures spéciales pour assurer la circulation du fluide seront, en général, superflues.
Par contre, si le fluide intermédiaire se trouve toujours à l'état liquide, suivant l'invention, l'intérieur de chacun des systèmes peut être réalisé de manière qu'il soit subdivisE:, par exemple par une ou plusieurs cloisons, en compar- timents qui communiquent localement. De cette manière, dans un tel système, par suite de la fourniture et de l'évacuation de chaleur en des endroits différents, le fluide intermédiaire est soumis à un effet dit de thermosiphon.
Dans une autre forme d'exécution de la machine conforme à l'invention, chacun des systèmes est constitué par un tube sans fin, tube qui se trouve partiellement dans la machine et partiel- lement hors de celle-ci. Cette forme d'exécution est intéressante par exemple dans le cas où la machine constitue un moLeur à gaz chaud dont les parties à chauffer se trouvent à la partie supé- rieure et dans laquelle on désire éviter le fonctionnement du haut vers le bas des brûleurs.
Comme il a déjà été mentionné, la présente invention assure une grande liberté pour la disposition des divers systèmes ta.nt à l'intérieur qu'à l'extérieur de la machine. C'est ainsi que, dans une forme d'exécution avantageuse de la machine con- forme à l'invention, les parties des systèmes se trouvant à l'intérieur de la machine, entourent l'une des chambres du fluide
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moteur. Dans le cas d'une machine utilisée pour transformer l'énergie thermique en énergie mécanique, suivant une forme d'execution avantageuse de l'invention, les parties des éléments se trouvant à l'extérieur de la machine, peuvent constituer en- semble une ou plusieurs des parois du foyer.
On tire ainsi tout le parti possible de la chaleur rayonnée par la source chaude, et on élimine les difficultés que suscite généralement la cons- truction des parois du foyer sans que ceci empêche une charge de chauffe très élevée. Dans cette forme de réalisation, sui- vant un autre mode d'exécution de l'invention, il est recom- mandable de disperser les parties des systèmes se trouvant à l'extérieur de la machine de manière telle que, vues à partir de la source de chaleur, elles constituent une paroi fermée.
L'avantage d'une charge de foyer très élevée, est particulièrement intéressante pour les grosses installations, c'est-à-dire non seulement les moteurs à gaz chaud, mais aussi les turbines à gaz chaud à cycle fermé', par exemple les turbines à airchaud.
En général les parties des systèmes qui doivent ab- sorber de la chaleur ou en céder, seront munies, de manière con- nue, de moyens qui en augmentent la surface, par exemple des ner- vures, des ailettes, etc.
La description du dessin annexe, 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 l'invention.
La fig. 1 montre, en coupe longitudinale, une première forme d'exécution de la machine constituée par un moteur à gaz chaud; la fig. 2 montre une coupe transversale de cette machine, suivant le plan II-II de la fig. 1. Cette machine comporte une tête 1, dans laquelle est montée une chemise 2. Dans cette che- mise se déplace le piston 3, qui comporte, à sa partie supérieure,
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des gorges 4 pour les segments 5. Dans 1* espace 6 compris entre la partie cylindrique de la tête 1 et la chemise 2 sont logés des systèmes réchauffeurs 7, dont la fig. 1 en représente deux en coupe, et un certain nombre en élévation. L'espace 6 est fermé à sa partie supérieure, par un récupérateur constitué par du fil.
Dans cette forme d'exécution, le réchauffeur est donc constitué par un certain nombre de systèmes creux indépendants, qui traversent hermétiquement en 9 la surface supérieure de la tête 1. Chacun de ces systèmes contient une quantité déterminée de fluide intermédiaire 10, servent à véhiculer la. chaleur. Les parties des systèmes extérieures au moteur qui, pour augmenter la surface de captation de chaleur, sont munies de nervures, sont chauffées par un brûleur annulaire 11; on chauffe donc ainsi le fluide intermédiaire de chacun des systèmes 7. Dans la tête 1 du moteur, ce fluide intermédiaire cède sa chaleur au fluide moteur, par exemple l'air, contenu dans l'espace 6.
Dans cette forme d'exacution, le fluide 10 passe entièrement ou partielle- ment de l'état liquide à l'état de vapeur et se condense à l'ex- trémité supérieure des systèmes 7. A cet effet, on peut aussi utiliser par exemple des métaux, des alliages métalliques, des sels métalliques ou un mélange de sels, ces substances devant évidemment répondre à des conditions déterminées: elles ne se décomposeront pas aux températures utilisées, elles n'attaque- ront pas la matière des systèmes, leur pression de vapeur sera faible, etc.
Comme métaux, on utilisera par exemple, du sodium, du potassium, du cadmium, du césium, du zinc et du plomb; comme sels métalliques, on utilisera par exemple du chlorurede zinc, du bromure d'aluminium, de l'iodure de cadmium, de l'iodurede calcium, du bromure de zinc ou des mélanges de ces composés; on peut aussi utiliser des nitrates, des nitrures, ou des mélanges de ces composés.
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Il va sans dire que la forme de construction repré- sentée sur cette figure laisse une grande liberté dans l'étude du réchauffeur. En cas de besoin on peut, comme le montrent les figs. 5 et 6, donner aux systèmes 7 une forme incurvée ou coudée, ce qui laisse une grande liberté dans la, disposition de la sour- ce de chaleur par rapport au moteur. En outre, une fuite éventuelle dans l'un des systèmes 7 entraîne uniquement la perte du fluide intermédiaire qui se trouve dans ce système et de plus, 'le mo- teur peut rester en service jusqu'au moment où l'on disposera du temps nécessaire pour procéder au remplacement de l'organe défectueux.
Les figs. 3 et 4 montrent une seconde réalisation, conforme à l'invention, de la machine, ici aussi représentée sous forme de moteur; la partie dessinée du moteur proprement dit est pratiquement identique à celle représentée sur les figs. 1 et 2, avec cette différence cependant que, dans la forme de construction montrée sur les figs. 3 et 4, la partie à chauf- fer du moteur se trouve au sommet de celui-ci. Dans cette forme d'exécution aussi, l'espace 21 compris entre la partie cy- lindrique de la tête 22 du moteur et la chemise 23 renferme des systèmes 24 constitues par des tubes fermés sur eux-mêmes. Ces tubes sont remplis d'un fluide intermédiaire, véhiculant la chaleur, ce fluide .se trouve toujours à l'état liquide.
On peut utiliser à cet/effet à l'état liquide, par exemple des métaux à bas point de fusi on, tels que le potassium et le sodium, ou bien un alliage métallique à bas point de fusion, par exemple le métal dit de Woods ou un alliage de potassium et de sodium. Dans les systèmes représentés, le chauffage à l'endroit 25 par le brûleur annulaire 26 et le refroidissement des parties qui se trouvent dans l'espace 21 provoquent un effet de thermo-siphon dans le fluide intermé- diaire de sorte que la chaleur' est fournie d'une manière conti- nue au fluide moteur. Dans les formes d'exécution représentées,
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les systèmes sont dessinés complètement fermés.
Cependant, dans certains cas, on peut aussi ménager dans les systèmes;, en un en- droit approprié, une ouverture par laquelle l'intérieur du sys- tème communique avec l'ambiance. Ceci peut être nécessaire par exemple pour permettre la dilatation du fluide intermédiaire dans les systèmes pour autant que ce fluide n'ait pas une trop grande tendance à l'oxydation.
Dans la forme d'exécution montrée sur la fig. 5, le cylindre du moteur est disposé horizontalement; ici aussi le cylindre 31 contient une chemise 32 dans laquelle se déplace le piston 33. Dans l'espace 34, les systèmes 35 sont disposés de manière à constituer ensemble une gaine et, sur son trajet du récupérateur 36 vers l'enceinte 37 à gauche du piston 33, généralement appelée chambre chaude, le gaz à chauffer est guidé entre ces systèmes. Les systèmes 35 sont remplis d'un fluide qui passe de l'ctat liquide à l'état de vapeur et inversement. Les parties de ces éléments sortant du moteur, dont la fig. 5 en montre deux en oupe, constituent ensemble une paroi 38 qui en- toure le brûleur 39. Comme le montre la. figure, ces éléments com- portent des saillies ou ailettes 40 pour en augmenter la surface.
En procédant de cette manière, on peut, sans renoncer aux avan- tages précités,- utiliser un moteur dont les cylindres sont dis- posés horizontalement ou légèrement inclines sans que le trans- fert de chaleur vers le fluide moteur (.éventuellement de ce fluide) suscite des difficultés particulières. La fig. 6 est une vue extérieure d'une forme d'exécution analogue à celle montrée sur la fig. 5, mais l'ensemble des parties en saillie des sys- tèmes constitue une gaine conique 52, qui entoure le brûleur 53.
Cette exécution conique de la gaine offre un avantage: les par- ties en saillie 52 des systèmes sont exposées à l'action du brû- leur d'une manière plus économique que dans le; forme d'exécution montrée sur la fig. 5.
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Les formes d'exécution montrées sur les figs. 1 à 6 conviennent évidemment sans plus aux machines frigorifiques fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud, soit à la partie d'une telle machine où de l'énergie ther- mique (froid) est fournie au fluide actif de la machine, soit à l'endroit où cette énergie thermique se prélève de la machine à une température plus élevée. Cependant, par suite de la tempéra- ture de régime différente, il faudra choisir pour le fluide in- termédiaire d'autres substances. Pour les applications de réfri- gération, on utilisera par exemple, comme fluide intermédiaire, de l'éther.
Les figs. 7 et 8 montrent deux autres formes d'exécution des systèmes renfermant le fluide intermédiaire. Dans les formes d'exécution montrées sur la fig. 7, le système est constitué par un tube fermé aux deux extrémités qui renferme une quantité dé- terminée de fluide intermédiaire; ce fluide reste à l'etet li- quide. Pour obtenir l'effet de thermo-siphon alorsindispensable le système 60 comporte une cloison 61, maintenue en place par des ergots 62.
De cette manière, le creux du système 60 est sub- divisé en deux parties qui communiquent à leur partie inférieure et à leur partie supérieure, en 63 et en 64. Lorsque le système 60 est chauffé dans la. zone A par un brûleur non représenté sur le dessin, ce qui est indique schématiquement par les flèches B, il se produit dans le fluide intermédiaire un effet de thermo- siphon tel qu'indiqué par les flèches C.
Un effet analogue se produit dans la forme d'exécution montrée sur la fig. 8. Ici aussi, le système 70 est rempli d'une quantité déterminée d'un fluide intermédiaire liquide et il faudra donc entretenir un effet de thermo-siphon. A cet effet, le sys- tème 70 comporte non seulement une cloison 71 mais en outre, à la partie inférieure, deux dérivations 72 et 73 qui communiquent en 74. Dans la zone D, la dérivation 73 est chauffée comme indi-
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que par les flèches E. De ce fait, le fluide intermédiaire cir- cule dans le sens des flèches F.
Comme les dérivations 72 et 73 sont disposées à une certaine distance l'une de l'autre, la dif- férence de température du fluide des dérivations 72 et 73 du système 70 sera plus grande que dans les formes d'exécution mon- trées sur la fig. 6, et on obtient donc un meilleur effet de thermo-siphon.
La fig. 9 montre une vue du dessous d'une forme d'exé- cution de l'invention. Cette figure montre un réchauffeur du type représenté sur les figs. 1 à 4, mais dans lequel les systèmes sont montés entre eux d'une manière spéciale. Dans la tête 80 du mo- teur se trouve la chemise 81. Les systèmes 82 affectent ici la forme de tubes droits plats fermés à deux extrémités. Ils renfer- ment un fluide intermédiaire qui passe de l'état liquide à l'état de vapeur et inversement. Les systèmes sont fixés dans la tête du moteur de manière que, vus de la source de chaleur 83, ils se recouvrent partiellement.
De cette manière on utilise entière- ment la chaleur rayonnée par la source et on peut admettre une charge très élevée du foyer sans qu'il soit nécessaire de prendre des dispositions spéciales en ce qui concerne les parois de l'espace qui renferme la tête du moteur et la source de chaleur.
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Machine in which a gaseous fluid of invariable chemical composition describes a closed thermodynamic cycle.
The invention relates to a machine in which a gaseous fluid of invariable chemical composition, called driving fluid, describes a closed thermodynamic cycle, this fluid being compressed and then expanded at different temperatures. This machine comprises a device which supplies thermal energy to the working fluid or which draws thermal energy from this fluid. These are, for example, hot gas engines, refrigeration machines working on the reverse principle to that of the hot gas engine and hot air turbines in which compression and expansion take place in rotary devices. In all these machines, it is necessary, in certain places, to supply the motor fluid with thermal energy.
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or take some.
In practice, this supply and this removal of heat very often give rise to difficulties, in particular when the machine in question is quite powerful. In low power machines, heat exchangers (heaters and refrigerants) are generally sufficient; the heat transfer from or to the machine then takes place without further through the wall of the machine. For this purpose, this wall is made in the necessary places, in a special way; it includes for example; nple projections.
In machines of greater power, for example machines providing or absorbing 50 to 100 HP, the aforementioned construction already gives rise to serious drawbacks which result, among other things, from the fact that the wall thickness of the machine increases and that the temperature drop in this wall is therefore greater. If the machines are even more powerful, for example of the order of
500 C.V., it is practically no longer possible to realize the heat changers in the manner described and it is necessary to resort to specially constructed heat exchangers.
In the so-called hot-air turbine, it is already known to provide heat using an intermediate fluid. This intermediate fluid is heated with the aid of a thermal source, and in another place, it transfers the absorbed heat to the driving fluid. In this embodiment, the working fluid circulates (. In a tubular system, mounted in a tank. At the place where the tubes filled with working fluid are located, this tank contains the intermediate fluid. In addition, it has already been proposed d use in a heated air engine an intermediate fluid which transfers heat from a source outside the engine to the working fluid.
A system of pipes then leads the intermediate fluid from the chr.ude source to the driving fluid and vice versa.
The present invention provides means which significantly improve the mode of transfer, described above, of thermal energy. The machine according to the invention has the particular
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the feature that the device which supplies or withdraws thermal energy from the working fluid comprises a certain number of hollow systems, hermetically and independently passing through the wall of the machine, each of these systems containing a determined quantity of the intermediate fluid serving to heat transfer.
Compared to the construction described above, the machine according to the invention offers a serious advantage: in the study of heat exchangers, greater freedom is available for the assembly of the various components. In fact, in the known forms of construction, the various parts of the tubular system must always form an assembly, so that certain parts of the exchanger are located precisely in places where, for one reason or another, it would be preferable that 'they are not found. In practice, this known construction sometimes leads to an inevitable increase in the harmful space, and therefore unpleasant consequences, for example with regard to the specific power of the machine.
The known form of construction has another drawback: when, for whatever reason, the vessel or tubular system containing the intermediate fluid leaks, the quantity; all of the fluid escapes and in order for the machine to be usable again, the tank must first be sealed and filled with intermediate fluid. During this time, the machine is irreparably broken down. If a leak occurs in one of the systems of the machine according to the invention, the quantity of intermediate fluid which escapes is very small and moreover, in general, despite this leak, the machine can continue to run. operate until sufficient time is available for repair.
The construction according to the invention makes it possible to adapt the systems to the requirements of the machine. In a very simple embodiment of the invention, each of the systems is
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consisting of a straight tube, curved or bent, closed to. its two ends. This embodiment offers a serious advantage: the elements of such a heat exchanger are suitable for mass production.
The interior of the systems is made according to the intermediate fluid to be used. If the intermediate fluid is a substance which vaporizes at the place where it is supplied with thermal energy and which condenses at the place where this thermal energy is taken from it, special internal arrangements to ensure the circulation of the fluid will be , in general, superfluous.
On the other hand, if the intermediate fluid is still in the liquid state, according to the invention, the interior of each of the systems can be made so that it is subdivided :, for example by one or more partitions, in comparison - elements that communicate locally. In this way, in such a system, as a result of the supply and removal of heat in different places, the intermediate fluid is subjected to a so-called thermosiphon effect.
In another embodiment of the machine according to the invention, each of the systems is formed by an endless tube, which tube is located partially in the machine and partially outside it. This embodiment is advantageous, for example, in the case where the machine constitutes a hot gas engine whose parts to be heated are located at the top and in which it is desired to avoid the top-to-bottom operation of the burners.
As has already been mentioned, the present invention provides great freedom for the arrangement of the various systems ta.nt inside and outside the machine. Thus, in an advantageous embodiment of the machine according to the invention, the parts of the systems located inside the machine surround one of the fluid chambers.
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engine. In the case of a machine used to transform thermal energy into mechanical energy, according to an advantageous embodiment of the invention, the parts of the elements located outside the machine, can together constitute a or more of the fireplace walls.
The best possible use is thus made of the heat radiated by the hot source, and the difficulties which generally arise in the construction of the walls of the hearth are eliminated without this preventing a very high heating load. In this embodiment, following another embodiment of the invention, it is recommendable to disperse the parts of the systems located outside the machine in such a way that, viewed from source of heat, they form a closed wall.
The advantage of a very high hearth load is particularly advantageous for large installations, that is to say not only hot gas engines, but also closed cycle hot gas turbines, for example. hot air turbines.
In general, the parts of the systems which must absorb heat or give up heat will be provided, in a known manner, with means which increase its surface, for example ribs, fins, etc.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Fig. 1 shows, in longitudinal section, a first embodiment of the machine constituted by a hot gas engine; fig. 2 shows a cross section of this machine, along the plane II-II of FIG. 1. This machine comprises a head 1, in which is mounted a sleeve 2. In this sleeve moves the piston 3, which comprises, at its upper part,
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grooves 4 for the segments 5. In 1 * space 6 between the cylindrical part of the head 1 and the sleeve 2 are housed heating systems 7, of which FIG. 1 shows two in section, and a number in elevation. The space 6 is closed at its upper part by a recuperator consisting of wire.
In this embodiment, the heater is therefore constituted by a certain number of independent hollow systems, which pass hermetically at 9 through the upper surface of the head 1. Each of these systems contains a determined quantity of intermediate fluid 10, used to convey the. heat. The parts of the systems outside the engine which, to increase the heat capture surface, are provided with ribs, are heated by an annular burner 11; the intermediate fluid of each of the systems 7 is therefore heated in this way. In the head 1 of the engine, this intermediate fluid transfers its heat to the driving fluid, for example the air, contained in the space 6.
In this form of execution, the fluid 10 changes entirely or partially from the liquid state to the vapor state and condenses at the upper end of the systems 7. For this purpose, it is also possible to use example of metals, metal alloys, metal salts or a mixture of salts, these substances must obviously meet specific conditions: they will not decompose at the temperatures used, they will not attack the matter of the systems, their pressure steam will be low, etc.
As metals, use will be made, for example, of sodium, potassium, cadmium, cesium, zinc and lead; as metal salts, use will be made, for example, of zinc chloride, aluminum bromide, cadmium iodide, calcium iodide, zinc bromide or mixtures of these compounds; it is also possible to use nitrates, nitrides, or mixtures of these compounds.
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It goes without saying that the form of construction shown in this figure leaves great freedom in the study of the heater. If necessary it is possible, as shown in figs. 5 and 6, give the systems 7 a curved or bent shape, which leaves great freedom in the arrangement of the heat source with respect to the engine. In addition, a possible leak in one of the systems 7 only results in the loss of the intermediate fluid which is in this system and, moreover, the engine can remain in service until time is available. necessary to replace the defective component.
Figs. 3 and 4 show a second embodiment, in accordance with the invention, of the machine, here also shown in the form of a motor; the drawn part of the engine itself is practically identical to that shown in figs. 1 and 2, with this difference, however, that in the form of construction shown in figs. 3 and 4, the heated part of the engine is at the top of the engine. Also in this embodiment, the space 21 included between the cylindrical part of the head 22 of the motor and the sleeve 23 contains systems 24 formed by tubes closed on themselves. These tubes are filled with an intermediate fluid, conveying heat, this fluid. Is always in the liquid state.
It is possible to use for this / effect in the liquid state, for example metals with a low melting point, such as potassium and sodium, or else a metal alloy with a low melting point, for example the so-called Woods metal. or an alloy of potassium and sodium. In the systems shown, the heating at location 25 by the ring burner 26 and the cooling of the portions in space 21 cause a thermosiphon effect in the intermediate fluid so that the heat is removed. continuously supplied to the working fluid. In the embodiments shown,
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the systems are designed completely closed.
However, in certain cases, it is also possible to provide in the systems ;, in an appropriate place, an opening through which the interior of the system communicates with the environment. This may be necessary for example to allow the expansion of the intermediate fluid in the systems as long as this fluid does not have too great a tendency to oxidize.
In the embodiment shown in FIG. 5, the engine cylinder is arranged horizontally; here also the cylinder 31 contains a jacket 32 in which the piston 33 moves. In the space 34, the systems 35 are arranged so as to constitute together a sheath and, on its path from the recuperator 36 to the chamber 37 on the left of the piston 33, generally called the hot chamber, the gas to be heated is guided between these systems. The systems are filled with a fluid which changes from the liquid state to the vapor state and vice versa. The parts of these elements coming out of the engine, of which FIG. 5 shows two in open form, together constitute a wall 38 which surrounds the burner 39. As shown in the. In the figure, these elements include projections or fins 40 to increase their surface area.
By proceeding in this way, it is possible, without renouncing the abovementioned advantages, - to use an engine whose cylinders are arranged horizontally or slightly inclined without the transfer of heat to the working fluid (possibly of this fluid. ) gives rise to particular difficulties. Fig. 6 is an exterior view of an embodiment similar to that shown in FIG. 5, but the set of projecting parts of the systems constitutes a conical sheath 52, which surrounds the burner 53.
This conical execution of the sheath offers an advantage: the projecting parts 52 of the systems are exposed to the action of the burner in a more economical manner than in the; embodiment shown in fig. 5.
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The embodiments shown in figs. 1 to 6 are obviously no more suitable for refrigeration machines operating on the reverse principle to that of the hot gas engine, or for the part of such a machine where thermal (cold) energy is supplied to the working fluid of the machine, or where this thermal energy is taken from the machine at a higher temperature. However, due to the different operating temperature, it will be necessary to choose other substances for the intermediate fluid. For refrigeration applications, for example, ether will be used as intermediate fluid.
Figs. 7 and 8 show two other embodiments of the systems containing the intermediate fluid. In the embodiments shown in FIG. 7, the system consists of a tube closed at both ends which contains a defined quantity of intermediate fluid; this fluid remains etet and liquid. To obtain the thermo-siphon effect which is then essential, the system 60 comprises a partition 61, held in place by lugs 62.
In this way, the hollow of the system 60 is subdivided into two parts which communicate at their lower part and at their upper part, at 63 and at 64. When the system 60 is heated in the. zone A by a burner not shown in the drawing, which is indicated schematically by arrows B, there is produced in the intermediate fluid a thermosiphon effect as indicated by arrows C.
A similar effect occurs in the embodiment shown in fig. 8. Here also, the system 70 is filled with a determined quantity of a liquid intermediate fluid and it will therefore be necessary to maintain a thermo-siphon effect. For this purpose, the system 70 comprises not only a partition 71 but also, at the lower part, two branches 72 and 73 which communicate at 74. In zone D, the branch 73 is heated as indicated.
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only by arrows E. As a result, the intermediate fluid circulates in the direction of arrows F.
Since the branches 72 and 73 are arranged at a certain distance from each other, the difference in temperature of the fluid of the branches 72 and 73 of the system 70 will be greater than in the embodiments shown on fig. 6, and therefore a better thermo-siphon effect is obtained.
Fig. 9 shows a bottom view of one embodiment of the invention. This figure shows a heater of the type shown in figs. 1 to 4, but in which the systems are mounted together in a special way. In the head 80 of the motor is the jacket 81. The systems 82 here take the form of straight flat tubes closed at two ends. They contain an intermediate fluid which changes from the liquid state to the vapor state and vice versa. The systems are fixed in the head of the engine so that when viewed from the heat source 83 they partially overlap.
In this way, the heat radiated by the source is fully utilized and a very high load on the hearth can be accepted without it being necessary to make special arrangements with regard to the walls of the space which contains the head of the heater. engine and heat source.