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L'invention concerne une machine à piston à gaz chaud comportant au moins deux enceintes de volume variable, communiquant par l'intermédiai- re d'un premier échangeur de chaleur, d'un récupérateur et d'un second échan- geur de chaleur, machine dans laquelle un gaz décrituncycle thermodynamique fermé tout en conservant le même état d'aggrégation.
Une telle machine à piston à gaz chaud peut être réalisée-sous forme d'un moteur à gaz chaud, ou d'une machine frigorifique à gaz froid ou d'une pompe thermique, ces deux dernières fonctionnant suivant le prin- cipe inverse de celui du moteur à gaz chaud. Dans un échangeur de chaleur de la machine de la chaleur est fournie aux gaz de la machine. Cette chaleur peut être prélevée des gaz de combustion ou, dans le cas d'une machine fri- gorifique, d'un fluide à refroidir. Dans le moteur à piston à gaz chaud, cet échangeur de chaleur est appelé réchauffeur, tandis que dans une machine frigorifique à gaz froid, il est appelé congélateur.
Dans l'autre échangeur de chaleur, de la chaleur est prélevée du gaz est cédée à un fluide réfrigérant. Cet échangeur de chaleur est appelé réfrigérant. Le récupérateur se trouve entre les deux échangeurs de chaleur et entre la surface terminale chaude et la surface terminale froide du ré- cupérateur pourra exister, en général, une assez grande différence de tem- pérature, par exemple de 250 C dans le cas d'une machine frigorifique, ou même de 700 C dans le cas d'un moteur. Une différence de température analo- gue se produit à la paroi qui limite l'enceinte du récupérateur, par exem- ple qui entoure cette enceinte.
La hauteur du récupérateur étant.assez pe- tite, par exemple de 3 à 4 cm, il pourra se produire, par suite de la gran- de différence de température sur une petite hauteur, sous l'effet de la di- latation inégale de la matière, de grandes tensions thermiques dans une tel- le paroi.
Pour éviter ces grandes tensions dans la matière de la paroi, on a déjà proposé de prolonger la paroi du récupérateur, de sorte qu'elle dépas- se l'une des surfaces terminales du récupérateur, ce qui augmente la hauteur-- de la paroi sur laquelle existera différence de température.
L'invention fournit une machine à piston à gaz chaud, dans laquel- le la paroi qui limite l'enceinte du récupérateur convient pour absorber les grandes tensions qui s'y produisent sans pour cela allonger la paroi.
Suivant l'invention, la paroi limitant l'enceinte du récupérateur et s'étendant du côté chaud du récupérateur vers le côté froid est constituée par un certain nombre de couches interposées s'étendant du côté chaud vers le côté froid et qui, lors de la déformation de la paroi sous l'effet de la différence de température entre le côté chaud et le côté froid, peuvent glisser l'une par rapport à l'autre.
Dans une forme de réalisation de l'invention, la paroi est cons- tituée par un certain nombre de manchons concentriques. Ces manchons peu- vent être soudés à leurs extrémités inférieures, et à leurs extrémités su- périeures, à une bride commune servant à fixer la paroi aux autres organes de la machine. Toutefois, on peut également munir chaque douille d'une bri- de, par laquelle'lesdites douilles sont fixées entre elles et à une bride commune.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la paroi est constituée par une bande enroulée en hélice. Cette forme de réalisation est utile pour veiller à ce que la tension entre les couches ne devienne pas trop grande. A cet effet, suivant une autre forme de réalisation de l'in- vention, à la température ambiante normale, le diamètre intérieur d'une cou- che diffère au maximum de 0,2% du diamètre extérieur de la couche y intro- duite.
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Suivant qu'à la température de régime la paroi du,,récupérateur est plus froide ou plus chaude qu'à la température ambiante normale, la dif- férence entre le diamètre intérieur et le diamètre extérieur pourra être né- gative ou positive.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non li- mitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien en- tendu, partie de l'invention.
La fig. 1 représente une machine frigorifique à gaz chaud équi- pée d'une paroi de récupérateur conforme à l'invention.
Les figs. 2 et 3 représentent à plus grande échelle, une paroi dans laquelle les couches sont enroulées en hélice; la fig. 3 est une coupe horizontale par le plan III-III de la fig. 2.
La fig. 4 représente la paroi d'un récupérateur constituée par des douilles concentriques.
La machine à piston représentée sur la fig. 1 est une machine frigorifique à gaz froid du type dit à balayeur.
La machine comporte un cylindre 1 dans lequel se déplacent, avec un décalage pratiquement constant, un balayeur 2 et un piston 3. A cet ef- fet, le balayeur 2 est accouplé, par un système de bielles 4, aux manivel- les d'un vilebrequin 5, tandis que le piston 3 est accouplé, par'un système de bielles 6, à une manivelle du même vilebrequin 5. La machine a piston à gaz froid est entraînée par un moteur électrique 7. La face supérieure du balayeur 2 influence le volume d'une enceinte 8, l'en-ceinte de congéla- tion, et cette enceinte communique, par un congélateur 9, un récupérateur 10 et un réfrigérant 11, avec une enceinte 12, dont le volume est influencé tant par le balayeur que par le piston.
Dans la machine, un gaz qui conser- ve toujours le même état d'aggrégation, décrit un cycle thermodynamique tel que dans l'enceinte 8 il se produit essentiellement de la détente et, dans l'enceinte 12, essentiellement de la compression du gaz. La machine compor- te une chambre de condensation 13 à laquelle le fluide à refroidir peut être amené par l'ouverture 14 et une canalisation d'évacuation 15 permettant l'é- vacuation du produit de condensation formé dans la chambre 13. Cette cana- lisation 15 comporte une garde hydraulique 16, qui maintient dans l'encein- te de condensation une dépression telle que le gaz à refroidir est amené dans l'enceinte 13 sous l'effet de la dépression.
Le récupérateur 10 est entouré d'une paroi 17 constituée par plu- sieurs couches. La paroi 17 est fixée, du côté supérieur, au congélateur 9 et, du côté inférieur, au réfrigérant 11. Sur la hauteur 18 de la paroi se produit une assez grande différence de température, par exemple de 230 C
Les figs. 2 et 3 montrent, à plus grande échelle, une coupe d'une partie de la paroi et du récupérateur.
La paroi 17 est constituée par un certain nombre de couches 19 qui sont formées par une bande enroulée en hélice comme le montre la fig. 2
De plus, les extrémités de la bande sont fixées à des bagues 20 et 21. Lorsque dans la paroi se produit une grande différence de tempéra- ture telle que la température du côté supérieur soit plus basse que celle du côté inférieur, la paroi pourra se déformer de la manière indiquée en pointillés sur la fig. 2. Pendant cette déformation, les couches peuvent glisser l'une le long de l'autre.
La fig. 4 montre une autre forme de réalisation. Sur cette figu- re, la paroi est constituée par un certain nombre de manchons concentriques.
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Un manchon 22 est fixé, du côté supérieur à un boîtier 23, tandis que les autres manchons, respectivement 24; 25..'et 26 qui comportent chacun une bri- de, sont glissés sur le manchon 22, Les manchons sont assemblés par soudu- re, tant du côté supérieur que du côté inférieur. La différence entre le - diamètre extérieur 27 du manchon 24 et le diamètre intérieur 28 du manchon 25 est au maximum de 0,2% du diamètre 27, afin d'éviter de trop grandes ten- sions entre'les manchons après la déformation.
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The invention relates to a hot gas piston machine comprising at least two chambers of variable volume, communicating by means of a first heat exchanger, a recuperator and a second heat exchanger, machine in which a gas describes a closed thermodynamic cycle while maintaining the same state of aggregation.
Such a hot gas piston machine can be made in the form of a hot gas engine, or a cold gas refrigeration machine or a heat pump, the latter two operating according to the opposite principle to that. hot gas engine. In a machine heat exchanger heat is supplied to the machine gases. This heat can be taken from the combustion gases or, in the case of a refrigeration machine, from a fluid to be cooled. In the hot gas piston engine, this heat exchanger is called a heater, while in a cold gas refrigeration machine it is called a freezer.
In the other heat exchanger, heat is taken from the gas is transferred to a refrigerant. This heat exchanger is called a refrigerant. The recuperator is located between the two heat exchangers and between the hot end surface and the cold end surface of the recuperator, in general, there may be a fairly large difference in temperature, for example 250 C in the case of a refrigeration machine, or even 700 C in the case of an engine. An analogous temperature difference occurs at the wall which limits the enclosure of the recuperator, for example which surrounds this enclosure.
The height of the recuperator being quite small, for example 3 to 4 cm, it could occur, as a result of the large difference in temperature over a small height, under the effect of the unequal expansion of matter, great thermal stresses in such a wall.
To avoid these great tensions in the material of the wall, it has already been proposed to extend the wall of the recuperator, so that it exceeds one of the end surfaces of the recuperator, which increases the height of the wall. on which there will be a difference in temperature.
The invention provides a hot gas piston machine, in which the wall which limits the enclosure of the recuperator is suitable for absorbing the great stresses which occur therein without thereby extending the wall.
According to the invention, the wall limiting the enclosure of the recuperator and extending from the hot side of the recuperator towards the cold side is formed by a certain number of interposed layers extending from the hot side towards the cold side and which, when the deformation of the wall under the effect of the temperature difference between the hot side and the cold side, can slide relative to each other.
In one embodiment of the invention, the wall is formed by a number of concentric sleeves. These sleeves can be welded at their lower ends, and at their upper ends, to a common flange serving to fix the wall to the other parts of the machine. However, it is also possible to provide each sleeve with a break, by which said sleeves are fixed to each other and to a common flange.
In another embodiment of the invention, the wall consists of a strip wound in a helix. This embodiment is useful in ensuring that the tension between the layers does not become too great. To this end, according to another embodiment of the invention, at normal ambient temperature, the internal diameter of a layer differs by at most 0.2% from the external diameter of the layer introduced therein. .
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Depending on whether the wall of the recuperator is colder or hotter at operating temperature than at normal ambient temperature, the difference between the internal diameter and the external diameter may be negative or positive.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be carried out, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of the invention. .
Fig. 1 shows a hot gas refrigeration machine fitted with a recuperator wall according to the invention.
Figs. 2 and 3 represent, on a larger scale, a wall in which the layers are wound in a helix; fig. 3 is a horizontal section through the plane III-III of FIG. 2.
Fig. 4 shows the wall of a recuperator formed by concentric bushings.
The piston machine shown in FIG. 1 is a cold gas refrigeration machine of the so-called sweeper type.
The machine comprises a cylinder 1 in which move, with a practically constant offset, a sweeper 2 and a piston 3. For this purpose, the sweeper 2 is coupled, by a system of connecting rods 4, to the cranks. a crankshaft 5, while the piston 3 is coupled, by a system of connecting rods 6, to a crank of the same crankshaft 5. The cold gas piston machine is driven by an electric motor 7. The upper face of the sweeper 2 influences the volume of an enclosure 8, the freezing enclosure, and this enclosure communicates, via a freezer 9, a recuperator 10 and a refrigerant 11, with an enclosure 12, the volume of which is influenced both by the sweeper than by the piston.
In the machine, a gas which always retains the same state of aggregation, describes a thermodynamic cycle such that in enclosure 8 there is essentially expansion and, in enclosure 12, essentially compression of the gas. . The machine comprises a condensation chamber 13 to which the fluid to be cooled can be brought through the opening 14 and an evacuation pipe 15 allowing the evacuation of the condensation product formed in the chamber 13. This pipe ization 15 comprises a hydraulic guard 16, which maintains a depression in the condensation chamber such that the gas to be cooled is brought into chamber 13 under the effect of the depression.
The recuperator 10 is surrounded by a wall 17 formed by several layers. The wall 17 is fixed, on the upper side, to the freezer 9 and, on the lower side, to the refrigerant 11. On the height 18 of the wall there is a fairly large difference in temperature, for example 230 C.
Figs. 2 and 3 show, on a larger scale, a section of part of the wall and of the recuperator.
The wall 17 is formed by a number of layers 19 which are formed by a strip wound in a helix as shown in FIG. 2
In addition, the ends of the strip are fixed to rings 20 and 21. When in the wall there is a large temperature difference such that the temperature of the upper side is lower than that of the lower side, the wall may be too cold. deform as shown in dotted lines in fig. 2. During this deformation, the layers can slide along each other.
Fig. 4 shows another embodiment. In this figure, the wall is formed by a certain number of concentric sleeves.
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A sleeve 22 is fixed, on the upper side to a housing 23, while the other sleeves, respectively 24; 25, 'and 26, which each have a break, are slid over the sleeve 22. The sleeves are welded together on both the upper side and the lower side. The difference between the outside diameter 27 of the sleeve 24 and the inside diameter 28 of the sleeve 25 is at most 0.2% of the diameter 27, in order to avoid too great tensions between the sleeves after deformation.