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MACHINE A PISTON àGAZ CHAUD.
L'invention concerne une machine à piston à gaz chaud, munie d'un dispositif d'apport de fluide actif complémentaire pour une ou plusieurs enceintes actives de la machine, ce dispositif comportant au moins un ré- servoir de fluide d'apport.. Par "machine à piston à gaz chaud", il y a lieu d'entendre un moteur à gaz chaud, une machine frigorifique travaillant sui- vant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud ou une pompe thermi- que. Ce$ machines à piston à gaz chaud sont connues; le fluide actif y est amené et/ou évacué à la même pression. Cette pression peut être égale à la plus basse.pression obtenue pendant un cycle; toutefois, elle peut aussi être plus élevée que la pression la plus basse et être égale, par exemple à la pression la plus élevée obtenue au cours du cycle.
La Demanderesse a constaté qu'il est avantageux d'ajouter le flui- de actif approximativement à la pression la plus basse du cycle tandis que l'évacuation du fiuide doit s'effectuer approximativement à la pression la plusélevée Pour cette raison,la Demanderesse a réalisé un dispositif d'apport de fluide actif, pour une ou plusieurs enceintes actives de la ma- chine, qui, conformément à l'invention, satisfait aux conditions suivantes.
Le réservoir communique, par l'intermédiaire d'un canal d'alimentation com- portant un détendeur et un clapet à sens unique, avec une ou plusieurs en- ceintes actives de la machine,ce clapet étant disposé entre le- détendeur et l'enceinte active d'une faon telle que le fluide ne puisse'circuler que du réservoir vers l'enceinte active, alors que la machine comporte un canal d'évacuation, également relié aux enceintes actives,qui comporte un clapet à sens unique et un'détendeur, ce clapet étant disposé entre l'en- ceinte active et le détendeur d'une façon telle que le fluide ne puisse que s'écouler de l'enceinte active.
L'agencement conforme à l'invention permet d'obtenir un réglage
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rapide et efficace de la machine à piston à gaz chaud. De plus, les fuites peuvent être très restreintes, et la construction est très simple.
Le détendeur peut être réalisé de plusieurs manières -. il peut être du type à clapet, à tiroir ouà obturateur. Dans une forme de réali- sation avantageuse de l'invention, le canal d'alimentation communique'avec le réservoir par l'intermédiaire d'un second détendeur. De cette façon, après l'apport, le fluide peut retourner dans le réservoir, ce qui évite la perte de fluide actif à pression élevée évacué de l'enceinte active de la machine. De plus, on peut ainsi mairtenir constante la pression régnant dans le réservoir.
Le dispositif conforme à l'invention peut également être utilisé lorsque la machine à piston à gaz chaud comporte plusieurs enceintes acti= ves, dans lesquelles se déroulent des cycles identiques. Dans ce cas, il suffit d'un seul dispositif d'apport pour tous les cycles. A cet effet, cette machine à piston à gaz chaud présente, conformément à l'invention, la particularité qu'un certain nombre d'enceintes actives sont branchées en parallèle, tant sur le canal d'amenée que sur le canal d'évacuation du fluide actif d'apport, chaque enceinte active comportant son propre jeu de clapets à sens unique.
On peut modifier le niveau de pression du fluide actif dans-l'en- ceinte active de la machine en modifiant les niveaux de pression obtenus à l'aide des détendeurs. A cet effet, suivant une autre forme de réalisa- tion de l'invention, il est désirable que les deux détendeurs soient accou- plésa
Dans cette dernière forme ,de réalisation, il peut en même temps être utile d'équiper les deux détendeurs d'un dispositif commun qui mesure directement ou indirectement la pression moyenne régnant dans la chambre active de la machine. Ce dispositif de mesure peut être utilisé entre au- tres comme observateur de l'état dans lequel se trouve la machine; toutefois, on peut,aussi l'utiliser comme mécanisme de commande des détendeurs.
On peut augmenter la zone de réglage du dispositif, lorsque, sui- vant une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif est muni d'une canalisation, insérée entre le réservoir et le détendeur du canal d'évacuation et en parallèle avec ce dernier, canalisation qui comporte un compresseur, monté d'une façon telle que le fluide s'écoulant vers le réser- voir puisse être comprimé.
Le dispositif peut également être utilisé pour le démarrage de la machine à piston à gaz chaud. Toutefois, ce démarrage nécessitant une grande quantité d'air, la pression dans le réservoir tomberait fortement.
Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus,dans laquelle le dispositif comporte un compresseur, la quantité d'air utilisée pour le démarrage peut être apportée lorsque, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le compresseur peut également aspirer de l'air atmosphérique.
Dans certains cas, il est nécessaire que le réglage de la machine à piston à gaz chaud soit plus rapide. A cet effet, il peut être désirable de combiner le dispositif de réglage décrit avec un dispositif de réglage de secours. A cet effet, suivant une autre forme de réalisation, le canal d'alimentation et le canal d'évacuation communiquent entre eux par l'inter- médiaire d'un branchement comportant un détendeur. Il peut être désirable que, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le détendeur inséré dans le branchement soit commandé par le régulateur.
La description 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 l'invention.
La fig' 1 représente schématiquement le système régulateur con- forme à l'invention.
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Les fig. 2 et 3 représentent'schématiquement, mais d'une fagon plus détaillée, une machine à piston à gaz chaud équipée du dispositif décrit ci-dessus.
La fig 4 représente le raccordement d'une'machine polycylindri- que.
Sur la fig. 1, l'enceinte active d'une machine à piston à gaz chaud dont la construction sera spécifiée sur la fig. 2 est indiquée par 1.
Le volume de cette enceinte active est modifié à l'aide d'un piston 2. Le dispositif comporte un réservoir 3 renfermant du fluide actif. Le réservoir communique avec l'enceinte active 1 par l'intermédiaire de la canalisation 4, du détendeur 5 et du clapet à sens unique 6. En même temps, l'enceinte active 1 communique avec le réservoir par l'intermédiaire du clapet à sens unique 7, du détendeur 8,du canal 9, et du clapetà sens unique 10. Les détendeurs 5 et 8 sont réalisés ici sous forme de vannes d'étranglement.
A cet effet, on a prévu les vannes 11 et 12, qui permettent de réduire la pression du fluide. Pour réduire au minimum les forces nécessaires au dé= placement de ces vannes, les enceintes formées au-dessous de ces vannes com- muniquent, par des branchements 13, respectivement 14, avec les enceintes formées au-dessus des vannes. Les deux détendeurs sont accouplés à'l'aide de mécanismes à bielles 15, 16 et 17, de sorte que le déplacement du'bras 18, éventuellement à l'aide du régulateur, assure le déplacement simultané des deux vannes.
Le dispositif comporte en outre un compresseur 19 qui est branché en parallèle avec le canal d'évacuation 9 à l'aide des canalisations'20 et 21. En même temps, ce compresseur peut aspirer de l'air à la pression at- mosphérique par la canalisation 22 et le clapet à sens unique 23.
Le dispositif représenté sur la figure, est conjugué avec un dis- positif régulateur à action rapide. Ce dernier est constitué par la càna- lisation 24, le détendeur 25 et la canalisation 26. Le détendeur 25 est; tout comme les détendeurs 5 et 8, décrits ci-dessus,, du type à vanne d'é- tranglement. Toutefois., contrairement aux vannes d'étranglement 11 et 12, la vanne d'étranglement 27 comporte une partie 28 de plus petit diamètre, ce qui crée un canal circulaire et un branchement entre la canalisation 26 et la canalisation 24. La vanne d'étranglement 25 peut être commandée par le régulateur par l'intermédiaire du système de bielles 29.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante lorsque, en régime, du fluide actif s'échappe de l'enceinte active 1 de la machine, ou que la machine doit fournir une plus grande puissance, du fluide actif est amené du réservoir 3 à l'enceinte active par le canal 4, le détendeur. 5 et le clapet de retour 6. La pression du fluide amené à l'enceinte active est réglée à l'aide du détendeur 5. Pendant le temps que la pression dans l'en- ceinte active est plus basse que la pression dans le canal à proximité du clapet de retour 6, du fluide actif pénètre dans l'enceinte active.
Toute- fois, lorsque, par exemple pendant la compression, la pression dans la cham- bre active 1 augmente, et qu'elle devient plus élevée que la pression régnant dans le canal à proximité du clapet 6, ce clapet se ferme et le fluide actif ne peut s'échapper de l'enceinte active à travers le système de canalisation décrit vers le réservoir. Le cycle dans l'enceinte active de la machine se règle donc d'une façon telle que la pression minimum obtenue pendant un cycle soit égale à la pression du fluide d'apport après que celui-ci a passé le détendeur 5.
Dans le canal d'évacuation à proximité du clapet de retour 7, règnera toujours de la manière indiquée ci-dessus, pour la canalisation d'a- limentation, la pression la pression la plus élevée obtenue pendant le cycle. La pression du fluide dans ce système de canalisation, peut être abaissée à l'aide du détendeur 8 de façon qu'elle soit égale à la pression dans le réservoir 3; ce qui permet d'amener le fluide actif au réservoir par l'intermédiaire du canal 9 et du clapet 10.
Toutefois, lorsque la machine à piston à gaz chaud doit fournir moins de puissance, c'est-à-dire qu'il faut réduire la quantité de fluide
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actif participant à un cycle, après le déplacement de la vanne 12'du détendeur 8 d'une façon telle que la pression dans l'enceinte à proximité du clapet de retour 7 baisse, du fluide actif sera ramené de l'enceinte active 1 vers le réservoir par l'intermédiaire du clapet 7, du détendeur 8, 'de'la canalisa- tion 9 et du clapet 10. Par suite de l'accouplement des vannes 11 et 12 à l'aide du mécanisme de bielles 15,16, 17, une diminution de la pression du détendeur 8 entraînera une augmentation de la pression du détendeur 5.
Le niveau de pression dans l'enceinte active de la machine se règle d'une façon telle que les nouvelles pressions maximum et mipimum correspondant aux pres- sions du fluide des détendeurs.
Le volume du réservoir 3 sera, en général, trop petit pour la quantité d'air que demande le démarrage de la machine à piston à gaz chaud.
Toutefois, pour permettre ce démarrage à l'aide du réservoir, on a prévu le compresseur 19 qui comprime, dans le réservoir, de l'air atmosphérique par l'intermédiaire de la canalisation 22, du clapet 23, du compresseur 19 et de la canalisation 21. Ce compresseur est en même temps utilisé pour augmenter notablement la gamme de réglage du dispositif, car il permet d'augmenter la pression du fluide contenu dans la canalisation 9, ce qui entraîne aussi l'augmentation de la pression dans le réservoir.
Le dispositif comporte en outre un régulateur de secours, consti- tué par la canalisation 24, le détendeur 25 et la canalisation 26. Lorsque'la pression du fluide actif de la machine doit être rapidement abaissée, on peut court-circuiter le canal d'alimentation et le canal d'évacuation, ce qui assure un nivellement ainsi que la baisse de la pression maximum du cycle. Dans une position appropriée à cet effet de la vanne 27, l'enceinte annulaire résultant de la partie 28 de plus petit diamètre, relie les canalisations 24 et 26. Ce réglage de secours peut s'effectuer, par l'intermédiaire de la bielle 26, par un régulateur non représenté sur le dessin.
La machine à piston à gaz chaud représentée sur la fig 2, est un moteur à piston à gaz chaud et comporte un cylindre 30 dans lequel se dépla- cent un balayeur 31 et un piston 32 Tant le balayeur 31 que le piston 32 sont accouplés, par l'intermédiaire de mécanismes de bielles 33, respective- ment 34, à un vilebrequin commun 35. L'enceinte au-dessus du balayeur commu- nique, par l'intermédiaire du réchauffeur 37, du récupérateur 38 et du réfri- gérant 39, avec l'enceinte 40 formée entre le balayeur et le piston. L'encein- te 36 est la chambre chaude du moteur et l'enceinte 40, la chambre froide. De la chaleur est fournie au réchauffeur 37 et à la chambre chaude 36. A cet ef- fet, on a prévu le brûleur 41 dont les gaz de combustion lèchent le réchauf- feur et quittent la machine en 42.
Pour modifier la puissance de la machine à piston à gaz chaud, ou pour pallier aux fuites, la machine comporte un dispositif d'apport de fluide actif. On a prévu à cet effet, la canalisation 43.
La fig. 3 représente, à plus grande échelle, le dispositif branché sur cette canalisation 43. La canalisation 43 se scinde en deux canalisations 44 et 45 dont chacune comporte'' un clapet à sens unique 46, respectivement 47.
Ces clapets sont disposés de façon que le fluide actif puisse s'écouler de la canalisation 44 par la canalisation 43 vers l'enceinte active de la machine et que du fluide actif puisse s'écouler par le clapet 47 vers la canalisation 45.
Tant la canalisation 44 que la canalisation 45 communiquent avec des réducteurs 48, respectivement 49, qui sont accouplés. Le détendeur de la canalisation 44 comporte une enceinte 50 qui est partiellement limitée par un soufflet 51. La soupape réductrice 48 est munie d'une tige 52 dont l'extrémité repose contre la face supérieure du soufflet. L'enceinte 53 formée sous le dé- tendeur, communique avec le réservoi 56 par l'intermédiaire de la canalisation 54 dans laquelle se trouve l'obturateur 55. Le soufflet 51 comporte, sur sa face supérieure, un étrier 57, qui peut se déplacer avec le soufflet dans le boîtier 58, qui comporte d'un côté, une partie filetée 59.
Sur le boîtier 58 peut se vis- ser un couvercle 60, à l'aide duquel le ressort 61 qui repose sur l'étrier 57, peut être plus ou moins tendu et le soufflet 51 plus ou moins comprimé. Sur l'é- trier 57 agit le levier 62, qui est articulé au point fixe 63. L'autre extrémité du levier 62 permet d'ouvrir, par l'intermédiaire de la tige 64, la soupape 49.
Les deux soupapes 48 et 49 sont poussées dans leur position fermée par les res- sorts 65 et 66.
La canalisation 45 est raccordée à l'enceinte 67 du détendeur
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sous la soupape 49. L'enceinte 68 formée au-dessus de cette soupape commu- nique, par la canalisation 69, avec le réservoir 70. Celui=ci communique, à son tour, avec le'réservoir 56, par la canalisation 71 dans laquelle se trouve le détendeur 72. Le système de canalisation du dispositif décrit ci-dessus constitue un ensemble fermé. Toutefois, comme du fluide actif peut fuir de la machine, le réservoir est muni d'un compresseur à l'aide duquel du fluide actif peut être amené au réservoir.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Lorsqu'on désire augmenter la puissance fournie par le moteur à piston à gaz chaud, il faut augmenter la pression-dans la machine et amener une plus grande quantité de fluide actif. A cet effet, on tourne le couvercle 60 de faon que le ressort 61 soit comprimé et que le clapet 48 s'ouvre quel- que peu. De ce fait, du fluide actif est amené du réservoir 56 à l'encein- te active 50 par l'obturateur ouvert 55 et la canalisation 54: la pression dans l'enceinte active 50 augmente tout comme celle régnant dans la canali- sation 44 et dans la canalisation 43.
La pression minimum du fluide dans l'enceinte active de la machine augmente aussi et devient finalement égale à la pression régnant dans la canalisation 43. La pression dans l'enceinte 50 augmente jusqu'au moment où la force exercée sur la face supérieure du soufflet 51, majorée de la pression du ressort 65, est égale à la poussée du ressort 61. Lorsque cette égalité est établie, la soupape 48 se ferme et le cycle décrit dans l'enceinte active de la machine se trouve à un niveau plus élevé. L'augmentation de la pression minimum a entraîné une augmentation de la pression maximum. Toutefois, du fluide actif ne peut s'échapper, car le clapet 49 est et reste fermé.
Par contre, lorsqu'on désire réduire la puissance que fournit le moteur à piston à gaz chaud en réduisant le niveau de pression du cycle, on peut tourner le couvercle 60 de façon à diminuer la tension du ressort 61. L'équilibre du soufflet 51 et de l'étrier 57 est alors rompu de sorte que le soufflet a tendance à s'étendre et s'écarte de la tige de soupape 52.
Le levier 62 tourne alors autour du point 63 et la soupape 49 s'ouvre à l'ai- de de la tige de soupape 64 à l'encontre de la pression du ressort 66. Le fluide actif s'échappe alors par l'enceinte 67, 68 et la canalisation 69 vers le réservoir 70. De cette façon, la pression maximum du cycle diminue, et comme le rapport de pression reste toujours le même, la pression minimum diminue aussi. Il en résulte que la pression dans la canalisation 44 dimi- nue et donc aussi celle dans l'enceinte 50. De ce fait, sous l'influence du ressort 61, le soufflet est de nouveau déplacé vers la droite et la pres- sion agissant sur le clapet 49 diminue. Cette diminution se poursuit jus- qu'à ce que le clapet 49 se ferme et que le niveau de pression du cycle se soit de nouveau réglé.
Ce dispositif de réglage peut aussi être utilisé dans une machine polycylindrique, telle que représentée schématiquement sur la fig. 4. Cette machine comporte quatre enceintes actives 80, 81, 82 et 83. Chaque enceinte active comporte son propre jeu de clapets à sens unique, à savoir 85 et 86, 87 et 88, 89 et 90,91 et 92. Les canalisations- 93, 94, 95' et 96, dans les- quelles se trouvent respectivement les clapets 85, 87, 89 et 91 sont rac- cordés à une canalisation commune 97 qui constitue la canalisation d'alimen- tation en fluide actif. Cette canalisation 97 correspond à la canalisation 44 de la fig. 3.
Dans les canalisations 98, 99, 100 et 101 se trouvent respecti- vement les clapets 86, 88, 90 et 92. Lesdites canalisations sont raccordées à une canalisation commune 102 qui constitue la canalisation d'évacuation du fluide actif et qui correspond à la canalisation 45 de la fig. 3. Pour le reste, ce dispositif est analogue à celui représenté sur la fig. 3 et fonctionne de la même manière que ce dernier.