EP0114872A1 - Moteur solaire et son application - Google Patents

Moteur solaire et son application

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EP0114872A1
EP0114872A1 EP19830902531 EP83902531A EP0114872A1 EP 0114872 A1 EP0114872 A1 EP 0114872A1 EP 19830902531 EP19830902531 EP 19830902531 EP 83902531 A EP83902531 A EP 83902531A EP 0114872 A1 EP0114872 A1 EP 0114872A1
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EP
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piston
engine
freon
water
motor according
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Application number
EP19830902531
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German (de)
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Inventor
Roger Remy
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the present invention relates to a steam engine using the expansion and condensation of an easily vaporizable liquid such as freon heated directly or indirectly, in particular by means of an exchanger, in a source of steam constituted by a solar collector, this engine comprising at least one steam distributor, a driving cylinder in which a driving piston and a movable piston moves in a jacket for the reinjection of the freon condensed in a condenser towards the source of steam and * , also relates to the application of this motor to pumping water, in particular to such pumping to nro-founders greater than the suction depth of water by vacuum.
  • the solar engine according to the invention makes it possible to avoid the drawbacks of the various movement transformations which reduce the overall rendering of the assembly.
  • the present invention relates to such a steam engine characterized in that the engine piSiton and the reinjection piston are integral with the same axial alternating axis and itself integral with a hydraulic control piston constituting the piston of a pump. refoulement intended for
  • the movable part of the steam distributor is also secured to the axis.
  • Tax supporting the control and feedback motor pistons is arranged vertically in the service position and the low points of the chambers delimited by these pistons are connected by pipes to liquid discharges.
  • Tax supporting the hydraulic control and re-injection engine pistons is returned to the starting position of the engine cycle by a return spring.
  • the steam distributor is able to close the steam supply to the engine and to connect the engine chamber delimited by this engine piston to the condenser to authorize the recall of the assembly supported by Tax to the starting position of the engine cycle.
  • the engine uses as easily vaporizable liquid "forane 113" expanded at a pressure of about 2 bars to actuate the engine piston.
  • the condenser is cooled by water pumped by the hydraulic control piston and returns the condensed freon by a pipe in a jacket of length adapted to the volume of freon to be reinjected by the piston of reinjection and the volume of liquid freon to be reinjected is chosen to be approximately 1/100 of the engine displacement.
  • the invention also relates to the application of these motors to pumping water, in which the delivery pump constituted by the hydraulic control piston supplies pressurized water to a control circuit connected to at least one hydraulic pump placed at a distance, in particular in a well, and which drives back a volume of water equal to its capacity.
  • control circuit is connected simultaneously to a plurality of hydraulic pumps and according to another mode of realization Water delivered by at least one hydraulic pump placed at a distance is brought by a pipe to cool the motor condenser.
  • - Figure 1 shows a sectional view of the engine, the pistons being in top dead center
  • - Figure 2 shows a schematic view of a pumping installation using the engine according to the invention
  • the easily condensable or vaporizable gas such as freon is introduced after vaporization in an evaporator la by means of a solar collector lb at the inlet 1 of a distributor 2 whose outlet pipe 3 is connected to a cylin ⁇ dre motor 5a in which a piston 5 moves reciprocating inside the cylinder 5a.
  • the piston 5 es.t connected by a shaft 6 axially movable with a piston 'control hydrau 8 movable in a pump cylinder 8a and constituting the delivery piston of a pump for absorbing the energy supplied by the motor.
  • the axis 6 is also integral at one end with a piston 12 for reinjecting the liquid freon into its evaporation circuit, and at the other end with a vapor distributor piston 2a which is returned to the position start of the engine cycle by a return spring 4.
  • the motor, object of the invention is supplied at input 1, from the evaporator heated by the solar collector lb, by gaseous "Forane 113" at the pressure of approximately 2 bars, and vaporized by means of a heat exchanger.
  • the hydraulic outlet circuit 14 of the oo pe cylinder 8a is connected to a hydraulic pump 14a placed in the well or the borehole.
  • the vapor coming from the evaporator crosses it with the distributor 2 open and through the outlet pipe 3 acts on the piston 5 when it is in the top dead center position and pushes it downwards in the figure.
  • the descent of the piston 5 causes a transfer of water from the control circuit by the line of the circuit 14 into the hydraulic pump 14a which delivers towards the surface a volume of water equal to its capacity by a line 15.
  • the re-injection piston 12 delivers a volume of liquid freon into a cylinder or a jacket 16, towards the evaporator there via the line 17 vi " to a reheater 10a crossed by the expanded freon towards the condenser 10 .
  • the distributor 2 closes the gas supply to the engine, and connects the top of the cylinder 5 to the condenser 10 by the pipe 7.
  • the pressures balance and Tax 6 is recalled towards the top of the figure by the return spring 4. 5
  • the piston 8 goes back up and the hydraulic pump returns to its equilibrium position by sucking the water from the control circuit 14.
  • the condensed liquid freon returns to the cylinder 16 via the line 13 to be reinjected in the next cycle.
  • the jacket .16 has a length adapted to the volume of freon to be reinjected by the reinjection piston 12 and preferably the volume 15 of liquid freon to be reinjected is chosen to be equal to approximately 1/100 of the engine displacement.
  • the diameter of the control piston 8 and its actuating stroke are determined as a function of the volume of water to be pumped out by a stroke of the piston and of the pressure necessary for the hydraulically controlled pump 8a.
  • the diameter of the driving piston 5 is determined as a function of the pressure of the gaseous "freon" coming from the solar collector via the evaporator la, the diameter of the control piston 8 and the pressure to be exerted by the latter to actuate the pump. hydraulic.
  • the diameter of the re-injection piston 12 and the length of the jacket 25 16 are determined as a function of the volume of liquid "freon" to be re-injected, ie as previously indicated approximately 1/100 of the engine displacement.
  • the pump cylinder 8a has a priming orifice 18 and a vent 9 which makes it possible to decompress the top of the piston 8.
  • the motor according to the invention is preferably applied to the pumping 30 of water, in particular at depths greater than the depth of suction of water by vacuum.
  • the delivery pump constituted by the hydraulic control piston 8. supplies pressurized water to the control circuit 14 connected to at least one hydraulic pump 14a placed at a distance in particular in a well 15a, and which delivers a volume of water 35 equal to its capacity.
  • the control circuit 14 can be connected simultaneously to ⁇ several separate hydraulic pumps such as the pump 14a.
  • the water pumped from a well is always relatively cold even in hot countries, the water pumped by at least one remote hydraulic pump is brought through line 15 to cool the condenser 10 of the engine before being discharged to use by a discharge line 11.
  • Installation of assemblies according to the invention and as described finds its application in countries where water is scarce and very high sunshine. Depending on the depth of the drilling, the water flow that can be obtained with the installations in progress varies from 500 to 1,500 liters / hour.
  • the present invention is not limited to the embodiments described and shown; it is susceptible of numerous variants accessible to those skilled in the art without for that reason departing from the spirit of the invention.
  • the jacket 16 is disposed inside a chamber 16a connected by the pipe 13 to the condenser 10, this chamber 16a being able to be cooled by cold pumped water itself.
  • the jacket 16 covers only the final part of the downward stroke of the re-injection piston 12 in such a way that it is possible to suppri ⁇ mer the suction valve of the re-injection pump, filling the interior space the jacket 16 is effected by pouring the liquid freon 16b accumulated inside the enclosure 16a under the saturated vapor pressure prevailing inside the enclosure 16a.
  • the pressure inside the jacket 16 is pressurized by the entry of the piston 12 inside this jacket 16 at the end of the low stroke of the crew formed by the pistons 5, 8 and 12 coupled together by Tax 6.
  • a non-return valve not shown and installed for example on the pipe 17 makes it possible to prohibit the return in the jacket 16 of the freon discharged by the reinjection pump.
  • the rejection rate of liquid freon can easily be adjusted by changing the diameters and / or the lengths of the piston 12 and of the jacket 16.
  • the re-injection pump constituted by the piston 12 and the jacket 16 can be replaced by a valve pump. of known type as shown in FIG. 2.

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Abstract

Moteur à vapeur utilisant la détente et la condensation d'un liquide aisément vaporisable tel que du fréon échauffé directement ou indirectement, notamment par l'intermédiaire d'un échangeur dans une source de vapeur constituée par un capteur solaire. Elle est caractérisée en ce que le piston moteur (5) et le piston de réinjection (12) sont solidaires d'un même axe (6) alternatif axial et lui-même solidaire d'un piston de commande hydraulique (8) constituant le piston d'une pompe de refoulement destinée à absorber l'énergie fournie par le moteur. Application au pompage de l'eau dans les pays ensoleillés avec actionnement simultané de plusieurs pompes.

Description

MOTEUR SOLAIRE ET SON APPLICATION
La présente invention a pour objet un moteur à vapeur utilisant la détente et la condensation d'un liquide aisément vaporisable tel que du fréon échauffé directement ou indirectement, notamment par l'intermé¬ diaire d'un échangeur, dans une source de vapeur constituée par un capteur solaire, ce moteur comportant au moins un distributeur de vapeur, un cylindre moteur dans lequel se déplace un piston moteur et un piston mobile dans une chemise pour la réinjection du fréon condensé dans un condenseur vers la source de vapeuret*, concerne également l'application de ce moteur au pompage de l'eau, notamment à un tel pompaηe à des nro- fondeurs supérieures à la profondeur d'aspiration de l'eau par dépression.
Il n'existe pas de moteur solaire utilisant le principe de pistons multiples placés sur le même axe et assurant les fonctions de moteur, de commande hydraulique et de rëinjection. Les moteurs existants sont géné¬ ralement rotatifs et entrainent les différents organes en transformant ce mouvement rotatif en alternatif.
Le moteur solaire suivant l'invention permet d'éviter les incon¬ vénients des diverses transformations de mouvement qui réduisent le rende¬ ment global de l'ensemble.
La présente invention concerne un tel moteur à vapeur caractérisé en ce que le piSiton moteur et le piston de réinjection sont solidaires d'un même axe alternatif axial et lui-même solidaire d'un piston de commande hydraulique constituant le piston d'une pompe de refoulement destinée à
x absorber l'énergie fournie par le moteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la partie mobile du distributeur de vapeur est également solidaire de l'axe.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, Taxe supportant les pistons moteur de commande et de réinjection est disposé verticalement en position de service et les points bas des chambres délimitées par ces pistons sont reliés par des canalisations à des évacuations de liquide.
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, Taxe supportant les pistons moteur de commande hydraulique et de rëinjection est rappelé vers la position de départ du cycle moteur par un ressort de rappel.
Selon une forme d'exécution de l'invention, en fin de course motrice du.piston moteur, le distributeur de vapeur est apte à fermer l'alimenta¬ tion du moteur en vapeur et à relier la chambre otrice délimitée par ce piston moteur au condenseur pour autoriser le rappel de l'ensemble sup¬ porté par Taxe vers la position de départ du cycle moteur.
De préférence le moteur utilise comme liquide aisément vaporisable du "forane 113" détendu à une pression d'environ 2 bars pour actionner le piston moteur. Selon une autre forme d'exécution de l'invention, le condenseur est refroidi par de Teau pompée par le piston de commande hydraulique et retourne le fréon condensé par une canalisation dans une chemise de longueur adaptée au volume de fréon à réinjecter par le piston de réinjection et le volume de fréon liquide à réinjecter est choisi égal à environ 1/100 de la cylindrée du moteur.
L'invention concerne également l'application de ces moteurs au pompage de Teau, dans laquelle la pompe de refoulement constituée par le piston de commande hydraulique alimente en eau sous pression un circuit de commande raccordé à au moins une pompe hydraulique placée à distance notamment dans un puits, et qui refoule un volume d'eau égal à sa capacité.
De préférence, le circuit de commande est raccordé simultanément à une pluralité de pompes hydrauliques et selon un autre mode de réali¬ sation Teau refoulée par au moins une pompe hydraulique placée à distance est amenée par une conduite pour refroidir le condenseur du moteur.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante et des figures données à titre d'exemple, dans lesquelles :
- la figure 1 représente une vue en coupe du moteur, les pistons étant au point mort haut, - la figure 2 représente une vue schématique d'une installation de pompage utilisant le moteur selon l'invention, Dans la machine selon l'invention le gaz aisément condensable ou vaporisable tel que du fréon est introduit après vaporisation dans un évaporateur la par l'intermédiaire d'un capteur solaire lb à l'entrée 1 d'un distributeur 2 dont la conduite de sortie 3 est reliée à un cylin¬ dre moteur 5a dans lequel se déplace un piston 5 animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur du cylindre 5a.
Selon l'invention, le piston 5 es.t relié par un axe 6 à déplacement axial avec un piston'de commande hydrau que 8 mobile dans un cylindre de pompe 8a et constituant le piston de refoulement d'une pompe destinée à absorber l'énergie fournie par le moteur. L'axe 6 est également solidaire à une extrémi é,d'un piston 12 de réinjection du fréon liquide dans son circuit d'évaporation,et à l'autre extrémité,d'un piston distributeur de vapeur 2a qui est rappelle vers la position de départ du cycle moteur par un ressort de rappel 4.
Le moteur, objet de l'invention, est alimenté à l'entrée 1, depuis Tëvaporateur la chauffé par le capteur solaire lb, par du "Forane 113" gazeux à la pression d'environ 2 bars, et vaporisé par Tintermédaire d'un échangeur de chaleur. Le circuit de sortie hydraulique 14 du cylindre de oo pe 8a est raccordé- à une pompe hydraulique 14a placée dans le puit ou le forage. La vapeur provenant de Tëvaporateur la traverse le distributeur 2 ouvert et par la conduite de sortie 3 agit sur le piston 5 lorsqu'il est en position de point mort haut et le repousse vers le bas de la figure. La descente du piston 5 provoque un transfert de Teau du circuit de commande par la canalisation du circuit 14 dans la pompe hydraulique 14a qui refoule vers la surface un volume d'eau égal à sa capacité par une canalisation 15.
En fin de course vers le bas , le piston de réinjection 12 refoule un volume de fréon liquide dans un cylindre ou une chemise 16, vers Tëvapora teur la par la canalisation 17 vi"a un rëchauffeur 10a traversé par le fréon détendu vers le condenseur 10. En fin de course vers le bas, le distributeur 2 ferme l'alimen¬ tation en gaz du moteur, et relie le dessus du cylindre 5 au conden¬ seur 10 par la canalisation 7. Les pressions s'équilibrent et Taxe 6 est rappelle vers le haut de la figure par le ressort de rappel 4. 5 Le piston 8 remonte et la pompe hydraulique revient à sa position d'équilibre en aspirant Teau du circuit de commande 14.
En fin de course de retour vers le haut, le tiroir du distribu¬ teur 2 se referme et le' "fréon" gazeux est passé complètement dans le condenseur 10 refroidi par Teau de pompage arrivant par la canalisation 10 15. '
Le fréon liquide condensé retourne dans le cylindre 16 par la canalisation 13 pour être réinjecté au prochain cycle.
La chemise .16 présente une longueur adaptée au volume de fréon à réinjecter par le piston de réinjection 12 et de préférence le volume 15 de fréon liquide à réinjecter est choisi égal à environ 1/100 de la cylindrée du moteur.
Le diamètre du piston de commande 8 et sa course d'actionnement sont déterminés en fonction du volume d'eau à refouler par coup de piston et de la pression nécessaires à la pompe à commande hydraulique 8a. 20 Le diamètre du piston moteur 5 est déterminé en fonction de la pres¬ sion du "fréon" gazeux provenant du capteur solaire via Tëvaporateur la, du diamètre du piston de commande 8 et de la pression à exercer par celui- ci pour actionner la pompe hydraulique.
Le diamètre du piston de réinjection 12 et la longueur de la chemise 25 16 sont déterminés en fonction du volume de "fréon" liquide à réinjecter soit comme indiqué précédemment environ 1/100 de la cylindrée du moteur.
Le cylindre de pompe 8a comporte un orifice d'amorçage 18 et un e'vent 9 qui permet de décompresser le dessus du piston 8.
Le moteur selon l'invention est appliqué de préférence au pompage 30 de Teau, notamment à des profondeurs supérieures à la profondeur d'as¬ piration de Teau par dépression. La pompe de refoulement constituée par le piston de commande hydraulique 8.alimente en eau sous pression le cir¬ cuit de commande 14 raccordé à au moins une pompe hydraulique 14a placée à distance notamment dans un puits 15a, et qui refoule un volume d'eau 35 égal à sa capacité. Le circuit de commande 14 peut être raccordé simultané¬ ment àβ plusieurs pompes hydrauliques séparées telles que la pompe 14a.
L'eau pompée dans un puits étant toujours relativement froide même dans les pays chauds, Teau refoulée par au moins une pompe hydraulique placée à distance est amenée par la conduite 15 pour refroidir le condenseur 10 du moteur avant d'être déchargée vers une utilisation par une conduite de décharge 11. L'installation d'ensembles selon l'invention et tels que décrits, trouve son application dans les pays où Teau est rare et Tensoleille¬ ment important. Suivant la profondeur du forage, le débit d'eau qu'il est possible d'obtenir avec les installations en cours de réalisation varie de 500 à 1 500 litres/heure. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de Tart sans que Ton ne s'écarte pour cela de T-asprit de l'invention. Ainsi Ton doit comprendre que la chemise 16 est disposée à -l'intérieur d'une enceinte 16a reliée par la canalisation 13 au condenseur 10, cette enceinte 16a pouvant elle-même être refroidie par Teau froide pompée. La chemise 16 ne recouvre que la partie finale de la course vers le bas du piston de réinjection 12 de telle manière qu'il est possible de suppri¬ mer le clapet d'aspiration de la pompe de réinjection, le remplissage de l'espace intérieur à la chemise 16 s'effectuant par déversement du fréon liquide 16b accumulé à l'intérieur de Tenceinte 16a sous la pression de vapeur saturée régnant à l'intérieur de Tenceinte 16a. La mise en pression de Tenceinte intérieure à la chemise 16 s'effectue par l'entrée du piston 12 à l'intérieur de cette chemise 16 en fin de course basse de l'équipage constitué par les pistons 5, 8 et 12 attelés ensemble par Taxe 6. Un clapet anti-retour non représenté et installé par exemple sur la canalisation 17 permet d'interdire le retour dans la chemise 16 du fréon refoulé par la pompe de réinjection. On peut aisément ajuster le débit de rëinjection de fréon liquide en changeant les diamètres et/ou les longueurs du piston 12 et de la chemise 16. La pompe de rëinjection constituée par le piston 12 et la chemise 16 peut être remplacée par une pompe à clapets de type connu comme représenté sur la figure 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. - Moteur à vapeur utilisant la détente et la condensation d'un liquide aisément vaporisable tel que du fréon échauffé directement ou indirectement, notamment par l'intermédiaire d'un échangeur dans une source de vapeur constituée par un capteur solaire, ce moteur comportant au moins un distributeur de vapeur, un cylindre moteur dans lequel se déplace un piston moteur et un piston mobile dans une chemise pour la rëinjection du fréon condensé dans un condenseur vers la source de vapeur caractérisé en ce que le piston moteur (5) et le pis¬ ton de rëinjection (12) sont solidaires d'un même axe (6) alternatif axial et lui-même solidaire d'un piston de commande hydraulique (8) cons¬ tituant le piston d'une pompe de refoulement destinée à absorber Té- ne-rgie fournie par le moteur. -
2. - Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie mobile du distributeur de vapeur (2) est également solidaire de Taxe (6).
3. - Moteur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que Taxe (6) supportant les pistons moteur (5), de commande (8) et de rëin¬ jection (12) est disposé verticalement en position de service et en ce que les points bas des chambres délimitées par ces pistons sont reliés par des canalisations (14,17) à des évacuations de liquide.
4. - Moteur selon Tune des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que Taxe (6) supportant les pistons moteur (5), de commande hydrau¬ lique (8) et de réinjection (12) est rappelé vers la position de départ du cycle moteur par un ressort de rappel (4).
5. - Moteur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'en fin de course motrice du piston moteur (5), le distributeur de vaneur (2) est apte à fermer l'alimentation du moteur en vapeur et à relier la chambre motrice délimitée par ce piston moteur (5) au condenseur (10) pour autoriser le rappel de l'ensemble supporté par Taxe (6) vers la position de départ du cycle moteur.
6. - Moteur selon Tune des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il utilise comme liquide aisément vaporisable du "forane 113" détendu à une pression d'environ 2 bars pour actionner le piston mo¬ teur, ce "forane 113" étant un fréon du commerce.
7. - Moteur selon Tune des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le condenseur (10) est refroidi par de Teau pompée par le pis¬ ton de commande hydraulique (8) et retourne le fréon condensé par une canalisation dans une chemise (16) de longueur adaptée au volume de fréon à réinjecter par le piston de réinjection (12).
8. - Moteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que le volume de fréon liquide â réinjecter est choisi égal à environ 1/100 de la cylindrée du moteur.
9. - Application du moteur selon Tune des revendications 1 à 8 au pompage de Teau, notamment à des profondeurs supérieures à la profon¬ deur d'aspiration de Teau par dépression, caractérisée en ce que la pompe de refoulement constituée par le piston de commande hydraulique (8) alimente en eau sous pression un circuit- de commande (14) raccordé à au moins une pompe hydraulique placée à distance notamment dans un puits, et qui refoule un volume d'eau égal à sa capacité.
10. - Application selon la revendication 9 caractérisée en ce que le circuit de commande (14) est raccordé simultanément à une pluralité de pompes hydrauliques.
11. - Application selon Tune des revendications 9 à 10 caractéri sée en ce que Teau refoulée par au moins une pompe hydraulique placée à distance est amenée par une conduite (15) pour refroidir le condenseur (10) du moteur.
EP19830902531 1982-08-03 1983-08-03 Moteur solaire et son application Withdrawn EP0114872A1 (fr)

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FR8213821A FR2531487A1 (fr) 1982-08-03 1982-08-03 Moteur solaire a pistons alternatifs
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