CH269301A - Thermal piston machine. - Google Patents

Thermal piston machine.

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CH269301A
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Description

  

  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.

 

Claims (1)

REVENDICATION: .Machine thermique à piston à fluide de travail gazeux, présentant un échangeur de chaleur entre le gaz de travail et un autre fluide, cet échangeur entourant coaxialement le cylindre et étant parcouru en direction axiale par le fluide de travail gazeux, machine caractérisée en ce que l'échangeur comprend au moins deux parois en matière bonne con ductrice de la chaleur, entourant coaxiale- ment le cylindre et. dont chacune sépare l'une de l'autre deux enceintes coaxiales dont cha cune est parcourue par l'un des fluides pré cités. SOUS-REVENDICATIONS: 1. CLAIM: Thermal piston machine with gaseous working fluid, having a heat exchanger between the working gas and another fluid, this exchanger coaxially surrounding the cylinder and being traversed in the axial direction by the gaseous working fluid, machine characterized in that the exchanger comprises at least two walls made of material which is a good conductor of heat, coaxially surrounding the cylinder and. each of which separates two coaxial enclosures from one another, each of which is traversed by one of the aforementioned fluids. SUBCLAIMS: 1. Machine suivant la revendication, ca ractérisée en ce que les deux parois coaxiales susmentionnées; de l'échangeurs délimitent entre elles une enceinte parcourue par de l'eau de réfrigération. 2. .Machine suivant 1.a revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que les deux parois susmentionnées de l'échangeur sont entourées coaxialement par deux autres parois entre lesquelles est située une enceinte parcourue par de l'eau de réfrigération, le fluide de travail gazeux ne léchant que la sur face intérieure de la paroi intérieure de cette dernière paire de parois. Machine according to claim, characterized in that the two aforementioned coaxial walls; of the exchangers delimit between them an enclosure through which the cooling water flows. 2. Machine according to claim 1.a and sub-claim 1, characterized in that the two aforementioned walls of the exchanger are surrounded coaxially by two other walls between which is located an enclosure traversed by the cooling water, the gaseous working fluid licking only the inner surface of the inner wall of the latter pair of walls.
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