Machine thermique à piston. L'invention concerne une machine ther mique à piston à fluide de travail gazeux, présentant un échangeur de chaleur entre le gaz de travail et un autre fluide, cet. échan geur entourant. coaxialement le cylindre et étant parcouru en direction axiale par le fluide de travail gazeux. Cette machine ther mique pourrait être soit. un moteur à gaz chaud, soit une. machine frigorifique fonction nant suivant le principe inverse dit moteur à gaz chaud.
Dans les machines du type précité, il peut, le cas échéant, y avoir lieu de disposer l'échangeur dans un espace particulièrement restreint clans le sens axial. Dans ce cas, il peut arriver qu'il soit difficile d'assurer un bon échange de chaleur. On connaît, par exemple, des machines de ce type dont l'échangeur ne comprend qu'une seule paroi entourant coaxialement le cylindre. La sur face intérieure de cette paroi est léchée par 1P fluide (le travail gazeux de la machine.
t & ndis que la surface extérieure est. léchée par un fluide réchauffeur ou réfrigérant. Dans ce cas, afin (le ne pas trop augmenter la perte de charge du circuit du fluide de travail ga zeux, on est obligé de ménager un espace assez grand entre la paroi et le cylindre. Ceci est toutefois néfaste pour la transmission de la. chaleur, car seule une petite partie de la couche de gaz vient en contact avec la paroi par laquelle doit se transmettre la chaleur.
On pourrait, il est vrai, munir la paroi sur sa. face intérieure d'un grand nombre de ner vures, mais l'amélioration obtenue par ce seul moyen n'est guère suffisante, l'augmentation de la transmission de chaleur à laquelle on parvient au moyen de ces nervures étant trop faible. Pour obtenir une amélioration sensible, il. faut pouvoir augmenter l'étendue même de la. paroi à travers laquelle se fait l'échange de chaleur.
Afin de parvenir à ce résultat, on peut faire comprendre à l'échangeur un grand nombre de tuyaux, parcourus par l'un des fluides et baignés par l'autre. Cette solution est cependant assez compliquée et présente des difficultés d'ordre constructif. La machine selon la présente invention comprend un échangeur qui, tout en étant très simple du point de vue constructif, peut présenter une étendue suffisante de parois < d'échange de chaleur et cela en pouvant être tel qu'il puisse être disposé dans un espace restreint dans le sens axial.
A cet effet, la machine selon l'invention est caractérisée en ce que l'échangeur comprend au moins deux parois en matière bonne conductrice de cha leur, entourant. eoaxialement le cylindre et dont chacune sépare L'une de- l'autre deus enceintes coaxiales dont . chacune est parcourue par l'un des fluides précités.
Le dessin montre, à titre d'exemple, une forme d'exécution, constituée par un moteur à gaz chaud, de l'objet de l'invention. La fig. 1 montre, en coupe longitudinale, une partie du cylindre de cette forme d'exé cution entouré de son réfrigérant.
La fig. 2 montre ce réfrigérant en coupe transversale.
Sur la fig. 1, 10 est le cylindre dans le quel se déplacent le piston ou le piston et un piston de déplacement. Le mouvement de ces organes provoque la. circulation du gaz du cylindre, à travers les communications pré vues à cet effet, vers le réfrigérant, le récu pérateur et le réchauffeur. Le dessin ne mon tre que la communication 11 du cylindre et du réfrigérant 12. Une ouverture analogue -est située à l'autre extrémité du cylindre 10, de sorte que le cylindre communique avec le réchauffeur.
Hors du cylindre 10, le gaz tra verse, dans -une direction parallèle à l'axe du cylindre, le réchauffeur, le récupérateur 13 - et le réfrigérant 12 et retourne au cylindre. Le gaz se déplace périodiquement dans le sens précité et dans le sens inverse. Le réfrigérant, le récupérateur et le réchauffeur entourent coaxialement le cylindre 10 et se trouvent dans l'espace compris entre la paroi 14 du cylindre et la paroi extérieure 15 du moteur. Dans l'espace de section annulaire compris entre les parois 14 et 15 sont disposés les élé ments du réfrigérant.
Le réfrigérant comprend trois parois cy lindriques 16, 17 et 18, en matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple en altuninitun ou cuivre, qui entourent coaxiale- ment le cylindre. Entre deux de ces parois 16 et 17 est constituée tune enceinte de sec tion annulaire 19, dans laquelle circule de l'eau de réfrigération. Cette eau est amenée et évacuée par deux tuyauteries qui traver sent les parois extérieures; la fig. 2 n'en re présente que la tuyauterie 20.
Les deux pa rois 16 et 17 sont reliées entre elles tant à la partie supérieure qu'à la partie inférieure, de sorte que l'enceinte 19 constitue une che mise d'eau. Le fluide gazeux du moteur tra verse en parallèle deiLx enceintes 21, 22 dont 1a première est située entre la paroi 14 du cylindre et la paroi intérieure 16, et la se conde 22 est située entre la paroi médiane 17 et une paroi 23. Cette dernière sert uni quement à guider le fluide gazeux, mais ne participe pas à la transmission de, la chaleur. Par contre, les parois 16 et 17 constituent des cloisons conductrices de chaleur entre le fluide gazeux du moteur et l'eau de réfrigé ration qui circule dans l'enceinte 19.
Pour améliorer encore la transmission de chaleur, les parois 16 et 17 présentent, sur leur face léchée par le gaz, un grand nombre de nervures 24. La subdivision du passage disponible en au moins deux enceintes per- i:zet, tout en maintenant la perte de charge à une valeur acceptable, de réduire la largeur de chaque enceinte et partant la hauteur des nervures. Ceci facilite la réalisation des ner vures et, par' suite, de la plus petite hauteur de celles-ci, la condition de chaleur de leur sommet vers la paroi est meilleure.
La troisième paroi de séparation 18, bonne conductrice de chaleur, dont la sur face intérieure, également pourvue de ner vures, est léchée par le gaz, sépare fume de l'antre l'enceinte située entre cette paroi 18 et la paroi 23 et parcourue par le gaz et une enceinte délimitée par cette paroi 18 et par une cinquième paroi 25 entourant coaxiale- ment la paroi 18. Cette dernière enceinte est également parcourue par de l'eau de réfri gération. La paroi 25 constitue en même temps la paroi extérieure du dispositif réfri gérant, de sorte que cette paroi est unique ment en contact avec l'eau, et non avec le gaz à refroidir.
Ceci présente l'avantage que le fluide gazeux actif du moteur ne vient pas en contact, dans la région du, réfrigérant, avec la paroi extérieure 15 du moteur et ne petit donc provoquer à cet endroit d'augmen tation indésirable de la température par une radiation éventuelle de chaleur de l'extérieur. Si l'espace disponible le permet, on pourrait, dans une variante, utiliser plus de trois pa rois échange-Lises de chaleur coaxiales; chacune de ces parois constituent une séparation entre le fluide gazeux et l'eau de réfrigération. Pour guider le gaz du récupérateur 13 vers le réfrigérant, et de ce réfrigérant vers le cylindre, l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du réfrigérant sont pourvues de déflecteurs annulaires 26.
L'échangeur de chaleur du moteur décrit est un réfrigérant.. Il va cependant de soi que, dans une autre forme d'exécution de la ma chine, cet échangeur pourrait être un réchauf feur dont le fluide réchauffeur serait soit un liquide, soit un gaz.
Thermal piston machine. The invention relates to a thermal piston machine with gaseous working fluid, having a heat exchanger between the working gas and another fluid, this. surrounding exchanger. coaxially the cylinder and being traversed in the axial direction by the gaseous working fluid. This thermal machine could be either. a hot gas engine, or one. refrigeration machine operating on the reverse principle known as a hot gas engine.
In machines of the aforementioned type, it may, where appropriate, be necessary to place the exchanger in a particularly restricted space in the axial direction. In this case, it may be difficult to ensure a good heat exchange. Machines of this type are known, for example, in which the exchanger comprises only a single wall coaxially surrounding the cylinder. The inner surface of this wall is licked by 1P fluid (the gaseous work of the machine.
t & ndis that the outer surface is. licked by a heating or cooling fluid. In this case, in order (not to increase the pressure drop of the gas working fluid circuit too much, it is necessary to provide a sufficiently large space between the wall and the cylinder. This is however detrimental for the transmission of the. heat, because only a small part of the gas layer comes into contact with the wall through which the heat must be transmitted.
We could, it is true, provide the wall on its. inner face of a large number of ribs, but the improvement obtained by this means alone is hardly sufficient, the increase in heat transmission which is achieved by means of these ribs being too low. To get a noticeable improvement, he. must be able to increase the very extent of the. wall through which the heat exchange takes place.
In order to achieve this result, the exchanger can be made to include a large number of pipes, traversed by one of the fluids and bathed by the other. This solution is however quite complicated and presents difficulties of a constructive nature. The machine according to the present invention comprises an exchanger which, while being very simple from the construction point of view, can have a sufficient extent of heat exchange walls and this being able to be such that it can be arranged in a space. restricted in the axial direction.
To this end, the machine according to the invention is characterized in that the exchanger comprises at least two surrounding walls made of good heat conductive material. eoaxially the cylinder and each of which separates one from the other two coaxial enclosures including. each is traversed by one of the aforementioned fluids.
The drawing shows, by way of example, an embodiment, constituted by a hot gas engine, of the object of the invention. Fig. 1 shows, in longitudinal section, part of the cylinder of this embodiment surrounded by its cooler.
Fig. 2 shows this coolant in cross section.
In fig. 1, 10 is the cylinder in which the piston or the piston and a displacement piston move. The movement of these organs causes the. circulation of gas from the cylinder, through the communications provided for this purpose, to the refrigerant, the recuperator and the heater. The drawing only shows the communication 11 of the cylinder and the coolant 12. A similar opening is located at the other end of the cylinder 10, so that the cylinder communicates with the heater.
Outside the cylinder 10, the gas passes through, in a direction parallel to the axis of the cylinder, the heater, the recuperator 13 - and the refrigerant 12 and returns to the cylinder. The gas periodically moves in the above direction and in the reverse direction. The coolant, the recuperator and the heater coaxially surround the cylinder 10 and are located in the space between the wall 14 of the cylinder and the outer wall 15 of the engine. In the space of annular section between the walls 14 and 15 are arranged the elements of the coolant.
The coolant comprises three cylindrical walls 16, 17 and 18, made of material which is a good conductor of heat, for example altuninitun or copper, which surround the cylinder coaxially. Between two of these walls 16 and 17 is formed an enclosure with an annular section 19, in which the cooling water circulates. This water is brought in and evacuated by two pipes which cross the outer walls; fig. 2 only shows the pipe 20.
The two walls 16 and 17 are interconnected both at the upper part and at the lower part, so that the enclosure 19 constitutes a chimney of water. The gaseous fluid from the engine passes in parallel between the enclosures 21, 22, the first of which is situated between the wall 14 of the cylinder and the inner wall 16, and the second 22 is situated between the middle wall 17 and a wall 23. The latter serves only to guide the gaseous fluid, but does not participate in the transmission of heat. On the other hand, the walls 16 and 17 constitute heat conducting partitions between the gaseous fluid of the engine and the cooling water which circulates in the chamber 19.
To further improve the heat transmission, the walls 16 and 17 have, on their face lapped by the gas, a large number of ribs 24. The subdivision of the passage available into at least two enclosures allows, while maintaining the pressure drop to an acceptable value, to reduce the width of each enclosure and hence the height of the ribs. This facilitates the making of the ribs and hence the smaller height thereof the heat condition from their top to the wall is better.
The third partition wall 18, a good conductor of heat, the inner surface of which, also provided with ribs, is licked by the gas, separates the smoke from the cavity between the chamber located between this wall 18 and the wall 23 and traversed by the gas and an enclosure delimited by this wall 18 and by a fifth wall 25 coaxially surrounding the wall 18. The latter enclosure is also traversed by the cooling water. The wall 25 constitutes at the same time the outer wall of the cooling device, so that this wall is only in contact with the water, and not with the gas to be cooled.
This has the advantage that the active gaseous fluid of the engine does not come into contact, in the region of the coolant, with the outer wall 15 of the engine and therefore does not cause an undesirable increase in temperature there by an increase in temperature. possible radiation of heat from the outside. If the available space allows it, one could, in a variant, use more than three coaxial heat exchange walls; each of these walls constitute a separation between the gaseous fluid and the cooling water. To guide the gas from the recuperator 13 to the refrigerant, and from this refrigerant to the cylinder, the upper end and the lower end of the condenser are provided with annular deflectors 26.
The heat exchanger of the engine described is a refrigerant. However, it goes without saying that, in another embodiment of the machine, this exchanger could be a heater, the heating fluid of which would be either a liquid or a heat exchanger. gas.