EP2580458A1 - Culasse echangeur - Google Patents

Culasse echangeur

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EP2580458A1
EP2580458A1 EP11744027.1A EP11744027A EP2580458A1 EP 2580458 A1 EP2580458 A1 EP 2580458A1 EP 11744027 A EP11744027 A EP 11744027A EP 2580458 A1 EP2580458 A1 EP 2580458A1
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EP
European Patent Office
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engine
fluid
heat
exchanger
hot source
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EP11744027.1A
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German (de)
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EP2580458B1 (fr
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Bernard Macarez
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP2580458A1 publication Critical patent/EP2580458A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2580458B1 publication Critical patent/EP2580458B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F02G1/055—Heaters or coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2254/00—Heat inputs

Definitions

  • This invention relates to a heat engine (piston, or rotary type Wankel) whose heat energy input is made from an external heat source which can be a hot fluid or radiation. This is the application of cycles similar to the Stirling or Ericsson cycles.
  • this engine uses an open or closed cycle.
  • the working fluid is compressible under the operating conditions of the engine and discharges the heat of the exhaust to a cold source of any kind (fluid or solid) with or without the aid of an external cooling exchanger according to it is an open or closed cycle.
  • the working fluid used may be a refrigerant or a gas such as air, or any fluid that may be able to exchange heat under the operating conditions of the engine.
  • This engine is characterized in that it includes an exchanger head which transfers to the internal fluid of the engine by conduction through the material of the cylinder head itself the heat energy taken from the hot source of a fluid external to the engine ( liquid or gas) or by external heat input radiation. Any form of heat recovery from a hot source can be used:
  • Any hot source capable of exchanging heat with the exchanger breech is not limited to the aerobic domain, but it can use refrigerants as the driving fluid especially when the temperature of the hot source is low.
  • the two heat exchangers 11 and 9 may be the assembly of several parts as shown in FIG. 8.
  • the part 10 is used as a heat conductor between the part 1 1 and the part 9.
  • the 2 exchangers 9 and 11 can also be the same piece (parts 9,10 and 11 then form a single piece the cylinder head exchanger 2).
  • this set of parts 9, 10 and 11 the exchanger head 2 as shown in FIG. 7. This conformation makes it possible to obtain thermal and mechanical stresses in the exchanger head 2 similar to those encountered in FIG. the conventional cylinder heads of other engines. It also limits the amount of air transferred during the heat exchange to a minimum.
  • the motor cycle is conventional 2-stroke or 4-stroke.
  • the supply of heat to the working fluid is continuously through the exchanger yoke 2 during compression and relaxation! initial intake of heat being free, we first seek to increase the exchange surface of the exchanger head 2 as shown on the part 9 of Figures 4 and 5 while dimensioning a dead volume that is consistent with the volumetric ratio of engine compression chosen.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the maximum extractable energy which is a function of the compression ratio of the engine for 3 values of ratio T4 / To of hot source temperature (T4) on cold source temperature (To) given as an example.
  • FIG. 2 is a view of un of an example of a conventional piston engine 1 equipped with an exchanger head 2.
  • Figure 3 is a sectional view of a 2-stroke engine equipped with an exchanger head 2.
  • Figure 4 is a sectional view of a 4-stroke engine equipped with a cylinder head exchanger 2 and side valves 5 and é.
  • Figure 5 is a sectional view of a 2-stroke engine equipped with an exchanger head 2 whose exchange surface has been increased.
  • Figure 6 is a sectional view of a rotary engine (Wankel type) equipped with a cylinder head exchanger 2 adapted to this type of engine.
  • Figure 7 is a sectional view of a yoke exchanger 2 which may be monoblock but here shown composed of 3 elements? - 10 and 11
  • FIG. 8 is a sectional view according to BB of the control system of the motor 1 made by obstruction in this example of the passage of hot fluids from the hot source
  • FIG. 9 is a plan view according to DD of the system shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view along A A or CC of the system shown in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic view of an installation using solar radiation as a hot source and the position of cooler 19 situated in the flow of a river or buried in the ground as a cold source as a source. example.
  • Figure 12 shows the different types A, B, C possible exchanger design.
  • the internal heat exchanger 9 situated inside the "dead volume" of the cylinder may consist of fins integrally or integrally attached to the exchanger head 2 of the engine 1.
  • Other types of exchangers may be used, such as the microporous exchangers.
  • the external heat exchanger 11 bathed by the fluid of the hot source (by exchange with a fluid or by radiation) is located outside "dead volume" of the cylinder.
  • the exchange of heat between the two exchangers can be done by conduction through the material of the part 10 or with the aid of an exchange fluid between the two exchangers. It has a profile of fins or any other form to exchange heat with this hot source.
  • the profiles and shape of inner and outer heat exchangers 11 of the exchanger head 2 will be adapted to the type of compressible driving fluid and the type of fluid of the hot source (liquid or water vapor or exhaust gas or radiation)
  • the 1 to 2 or 4 stroke heat engine may have conventional valves or lights commonly found in current engines to allow the intake 5 and exhaust 6 of the engine fluid.
  • This engine 1 can use conventional lubrication by splashing or under hydraulic pressure.
  • an insulating heat seal 7 is disposed between the exchanger head and the liner body of the cylinder or engine block 4 according to the type of engine to reduce heat transfer from the cylinder head to this body.
  • the installation of this seal 7 will be adapted to the type of use depending on whether or not it is necessary to avoid a transfer of calories to the engine block 4, for example to avoid too high wall temperatures incompatible with the characteristics of the engine.
  • lubricating fluid used eg oil
  • refrigerant one may want on the contrary maintain a heat input to the walls to prevent too rapid condensation of the fluid at the end of relaxation. In this case, the seal 7 will not be installed and a raised wall exchanger head 2 will be used as shown in FIG. 5.
  • the engine block 4 can be cooled by air or by fluid or not be cooled if the temperature level of the inner wall is compatible with the level of temperature. acceptable temperature of the lubricating fluid (which may be oil) .
  • a partition wall 8 may be installed to separate the hot source from the cold source or an intermediate cooling zone. of the engine if the driving fluid is distinct from the coolant as shown in Figure 1 1 in the context of an application of a refrigerant fluid. In this case it is possible, for example, to bury in the soil 20 or to place in a cold fluid (river 20) a cooler 19 which is immersed in the cold source 20.
  • a hydraulic or diphasic pump 21 vapor liquid
  • may be used to feed the evaporator 18 which may be radiation also from which the vapor will be transferred from the engine fluid to the engine 1 as shown in Figure 1 1.
  • the present invention proposes to install a deflection or obstruction to the passage of fluid from the hot source.
  • This deviation can be done using a movable wall 14 installed as shown in Figures 8 - 9 and 10 which can be moved by a cylinder or an electric or hydraulic motor.
  • the hot fluids 17 from the hot source are totally or partially deflected towards the exchanger head 2 in order to control the power of the engine 1.
  • FIGS. 8-9 and 10 only the deflected fluid 16 exchanges with the exchanger head 2.
  • This system uses the fixed walls 12, 13 and 8 for distinguish flow rates 16 and 17. This controls the power of the motor by controlling the fluid flow of the hot source.
  • Another way is to install a valve for venting the cylinder. The engine stopping for lack of compression.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Ce moteur (1) (à piston ou rotatif type Wankel) inclut une culasse échangeur (2) qui transfère au fluide interne du moteur l'énergie calorifique prélevée à une source chaude externe (liquide, gazeuse ou par rayonnement). En cycle fermé ou ouvert, Il utilise un fluide gazeux (air) ou frigorigène comme fluide moteur en particulier lorsque la température de la source chaude est faible. Le rapport volumétrique de compression du moteur est optimisé en fonction du niveau de température de la source chaude pour d'une part permettre de placer la culasse échangeur interne (2) et (9) dans le volume mort libéré dans la chambre (point mort haut du piston) du moteur (1) et d'autre part d'extraire un travail mécanique significatif. Il s'agit d'accroître la faisabilité technologique au détriment d'une perte de rendement acceptable, compte tenu de la gratuité de l'apport de la source chaude. Il évite l'ajout d'un échangeur externe volumineux et ses problèmes de contraintes thermiques et mécaniques et permet également de réduire le débit du fluide moteur (par exemple air) transvasé au strict minimum Par rapport aux systèmes concurrents,cette invention ne nécessite pas de transvaser le fluide moteur vers la source chaude et vice-versa et donc il n'y a pas de soupapes supplémentaires et le débit d'air moteur est minimum.C'est une invention peu coûteuse est particulièrement destinée au domaine de la récupération de chaleur gratuite ou gaspillée (échange avec un fluide externe chaud - gaz d'échappement ou par rayonnement) où d'autres solutions technologiques à rendement total plus élevé sont : infaisables technologiquement ou nécessitent des investissements trop élevés remettant en cause leur modèle économique.

Description

CULASSE ECHANGEUR
Cette invention concerne un moteur thermique (à piston, ou rotatif type Wankel) dont l'apport d'énergie calorifique s'effectue à partir d'une source chaude externe qui peut être un fluide chaud ou un rayonnement. Il s'agit de l'application des cycles similaires aux cycles de Stirling ou d' Ericsson.
Pour produire de l'énergie mécanique ce moteur utilise un cycle ouvert ou fermé. Le fluide moteur est compressible dans les conditions de fonctionnement du moteur et rejette la chaleur de l'échappement à une source froide de quelque nature que ce soit (fluide ou solide) avec ou sans l'aide d'un échangeur de refroidissement externe selon qu'il s'agit d'un cycle ouvert ou fermé. Le fluide moteur utilisé peut être un fluide frigorigène ou un gaz comme l'air,ou tout fluide susceptible de pouvoir échanger de la chaleur dans les conditions de fonctionnement du moteur.
Ce moteur se caractérise en ce qu'il inclut une culasse échangeur qui, transfère au fluide interne du moteur par conduction au travers du matériau de la culasse elle-même l'énergie calorifique prélevée à la source chaude d'un fluide externe au moteur (liquide ou gazeux) ou encore par apport extérieur de chaleur par rayonnement. N'importe quelle forme de récupération de chaleur d'une source chaude peut être utilisée:
• À partir d'un concentrateur de rayons solaires,
• De la récupération de chaleur des gaz d'échappement de moteur à piston ou d'un cycle de turbine à gaz
• À partir d'une source chaude thermale
• De la récupération de chaleur à la sortie d'une turbine à vapeur.
• Toute source chaude capable d'échanger de la chaleur avec la culasse échangeur. Le fonctionnement de ce moteur n'est pas limité au domaine aérobie, mais il peut utiliser des fluides frigorigènes comme fluide moteur en particulier lorsque la température de la source chaude est faible.
Les applications possibles concernent les domaines terrestres, maritimes, aériens ou spatiaux.
L'application des cycles de Stirling, Rankine ou Hirn à un moteur thermique n'est pas
nouvelle et de nombreux brevets (US 3 180078, US 4 121 423, DE 101 43 342, GB1 081 499 et plus récemment WO 2008/031939) ont proposé d'utiliser une source de chaleur extérieure comme apport énergétique à partir d'une source chaude. D'autres brevets (US 4 514 979 A (MOHR ERNST ), DE 22 00 842 Al (ILG FRITZ), WO 2009/066178 A2 (CAO YDING US ) proposent également des systèmes de récupération de chaleur.
Cependant la plupart de ces brevets posaient les problèmes suivants :
• Soit ils utilisaient un échangeur de chaleur indépendant situé à l'extérieur et non solidaire de la chambre du moteur DE 22 00 842 Al (ILG FRITZ) 12 Juillet 1973 pour récupérer les calories de la source chaude. o Et le volume important de cet échangeur (équivalent à 500 ou 1000 fois le volume mort du cylindre) nécessitait d'abord une première mise en pression de cet échangeur d'où la nécessité de dépenser une énergie mécanique initiale importante incompatible avec les systèmes de démarrage conventionnel (capacité des démarreurs et taille des batteries),
o De plus, un débit important d'air était transvasé au travers de cet échangeur extérieur alors que seule une petite quantité de cet air était utile pour produire de l'énergie mécanique dans le cylindre. Il était donc nécessaire de prélever une énergie non négligeable sur le cycle moteur uniquement pour compenser le travail de transvasement de cet air non producteur d'énergie mécanique, o Le transfert d'énergie calorifique prélevée s'effectuait le piston au point mort haut au cours de durées extrêmement faibles (quelques millisecondes selon le régime moteur). Ce transfert s'effectuait en transvasant cet air chaud de l'échangeur extérieur vers le volume mort du cylindre. Ceci nécessitait d'une part l'ajout de soupapes spécifiques supplémentaires (en plus de celles d'admission et d'échappement) de large dimension pour permettre le transvasement de la masse d'air chauffée mais d'autre part les ouvertures et les fermetures de ces soupapes devaient s'effectuer à une pression élevée car proche du point mort haut du piston. Ces hautes pressions et les tubes utilisés pour le transfert de masse de gaz généraient de nombreuses fuites,
o Enfin la taille de l'échangeur était incompatible avec des moteurs à forte pression du fait des contraintes engendrées par le différentiel de pression intérieur extérieur de cet échangeur.Les niveaux de contraintes thermique et mécanique étaient proches de celles rencontrées dans les culasses de moteur mais avec des volumes et surfaces d'échangeur bien plus importantes.
Soit ils utilisaient un échangeur de chaleur situé à l'intérieur du moteur (brevets GB1081499 ,US 4 514 979 A (MOHR ERNST ) 7 Mai 1985 , WO 2009/066178 A2 (CAO YDING US ) 28 Mai 2009). Cependant les canaux ou tubes d'apport de calorie et d'extraction de calorie sont tous deux situés à l'intérieur de la chambre du cylindre du moteur à air. Les dimensions nécessaires aux 2 types de tubes (apport de calorie au fluide et extraction de calorie de la source chaude) n'étaient pas compatibles avec les dimensions du volume mort de la chambre lorsque le piston est point mort haut. Ce système conduit :
o Soit à des dimensions de tubes trop petites créant ainsi une perte de charge et une contre-pression à l'échappement des autres cylindres qui obèrent le taux de détente de ces cylindres moteurs conventionnels.
o Soit à des tubes convenablement dimensionnés et le volume mort de la chambre devenait alors trop petit pour placer ces tubes ou conduisait un rapport volumétrique de compression trop élevé avec le niveau de température de la source chaude.
C'est le lieu précis où s'effectue l'échange de chaleur entre le fluide de la source chaude et le fluide moteur qui caractérise l'invention. Le mot « échange » étant ici exprimé comme le lieu précis ou le flux de chaleur passe par conduction à travers le matériau d'un côté d'une paroi (baigné par la source chaude) vers l'autre côté de cette même paroi (baigné par le fluide moteur). Comme le montre la Figure 12 on note trois types de conception A,B,C. Le caractère innovant de cette invention (type C) est d'utiliser le matériau du corps de la culasse même pour transférer par conduction la chaleur de la source chaude vers le fluide moteur.Cette conception évite le transvasement du fluide de la source chaude vers le « volume mort » du cylindre où se trouve le fluide moteur ou encore évite d'ajouter des valves additionnelles si le transvasement se fait du fluide moteur vers la source chaude.On gagne ainsi un espace dans le « volume mort » du cylindre moteur qui permet d'accroître la surface d'échange avec le fluide moteur d'une part et d'autre part de garder un rapport de compression ε cohérent avec le faible niveau de la température de la source chaude.
L'invention proposée ici permet de résoudre ces problèmes
• Grâce d'une part à la culasse échangeur 2 qui distingue l'échangeur externe 11 en contact avec la source chaude située à l'extérieur du « volume mort » mais solidaire de la culasse 2 et de la chambre du moteur et l'échangeur interne 9 en contact avec le fluide moteur situé à l'intérieur du « volume mort » de cette chambre. Les 2 échangeurs de chaleur 11 et 9 peuvent être l'assemblage de plusieurs pièces telles que montré sur la Figure 8. La pièce 10 est utilisée comme conducteur de chaleur entre la pièce 1 1 et la pièce 9. Les 2 échangeurs 9 et 11 peuvent également être une même pièce (les pièces 9,10 et 11 forment alors une seule pièce la culasse échangeur 2). Dans la suite du texte, nous appellerons cet ensemble de pièces 9,10 et 11 la culasse échangeur 2 tel que montré sur la figure 7.Cette conformation permet d'obtenir des contraintes thermiques et mécaniques dans la culasse échangeur 2 similaire à celles rencontrées dans les culasses conventionnelles des autres moteurs. Elle permet également de limiter la masse d'air transvasée au cours de l 'échange de chaleur au strict minimum.
• Et d'autre part, en optimisant le rapport volumétrique de compression du moteur avec le niveau de température de la source chaude. L'énergie récupérée ou échangée à la source chaude étant gratuite, on réduit ce rapport volumétrique de compression à un niveau suffisamment bas pour libérer un volume mort assez grand lorsque le piston est point mort haut pour y placer l'échangeur de chaleur interne 9. Le rapport volumétrique de compression du moteur, qui ne sera pas au point du meilleur rendement, sera quand même suffisamment élevé pour extraire une énergie mécanique significative. Il s'agit d'accroître la faisabilité technologique au détriment d'une perte de rendement acceptable compte tenu de la gratuité de l'apport de la source chaude.
Étude de cycles
Les études de cycles et le diagramme de la figure 1 montrent que l'influence du rapport volumé trique de compression du moteur sur le rendement de cycle ou sur l'énergie mécanique extractible est d'autant moins importante que le rapport de température T4/To (source chaude/source froidejest faible. Il existe donc un rapport volumétrique de compression optimum pour chaque source chaude. En d'autres termes si l'apport de chaleur de la source chaude est gratuit il est possible d'extraire du travail utile d'un cycle en modifiant le dessin du moteur afin de pouvoir permettre la captation et le transfert de chaleur de cette source chaude au fluide du moteur au travers d'une culasse échangeur. Cette invention propose de réduire le rapport volumétrique de compression du moteur à un niveau suffisamment bas pour permettre d'une part de produire du travail utile et d'autre part pour permettre de placer une culasse échangeur 2 avec un échangeur interne 9 directement placé dans le volume mort libéré dans le cylindre lorsque le piston est point mort haut.
Des premiers calculs d'échange, paroi air côté cylindre (loi de Woschni) montrent qu'il est possible de dimensionner un échangeur de chaleur 9 interne au cylindre dont la surface et le volume d'échange aux parois sont cohérents avec d'une part le volume mort disponible (piston point mort haut) et d'autre part le taux de compression du cycle moteur.
Le cycle moteur est conventionnel à 2 temps ou 4 temps. L'apport de chaleur au fluide moteur se fait continûment au travers de la culasse échangeur 2 au cours de la compression et de la détente!' apport initial de chaleur étant gratuit, nous recherchons d'abord à augmenter la surface d'échange de la culasse échangeur 2 tel que montré sur la pièce 9 des figures 4 et 5 tout en dimensionnant un volume mort qui soit cohérent avec le rapport volumétrique de compression du moteur choisi.
Bien que cette invention puisse s'appliquer à tout type de moteur à piston, ou rotatif type Wankel et qu'elle puisse trouver diverses type d'application selon la nature de la source chaude disponible (rayonnement ou échanges gazeux) nous nous limiterons dans ce qui suit à la description de moteur à piston conventionnel afin de faciliter la compréhension.
Description de l'invention
• La figure 1 est un diagramme illustrant l'énergie maximale extractible fonction du rapport volumétrique de compression du moteur pour 3 valeurs de rapport T4/To de température source chaude (T4) sur température source froide (To) données comme exemple.
• La figure 2 est une vue de ¾ d'un exemple de moteur à piston conventionnel 1 équipé d'une culasse échangeur 2.
• La figure 3 est une vue de coupe d'un moteur 2 temps équipé d'une culasse échangeur 2.
• La figure 4 est une vue de coupe d'un moteur 4 temps équipé d'une culasse échangeur 2 et de soupapes latérales 5 et é.
• La figure 5 est une vue de coupe d'un moteur 2 temps équipé d'une culasse échangeur 2 dont la surface d'échange a été augmentée.
• La figure 6 est une vue de coupe d'un moteur rotatif (type Wankel) équipé d'une culasse échangeur 2 adaptée à ce type de moteur.
• La figure 7 est une vue de coupe d'une culasse échangeur 2 qui peut - être monobloc mais ici représenté composé de 3 éléments ? - 10 et 11
• La figure 8 est une vue de coupe selon BB du système de régulation du moteur 1 effectué par obstruction dans cet exemple du passage des fluides chauds en provenance de la source chaude
• La figure 9 est une vue de dessus selon DD du système présenté à la figure 8.
• La figure 10 est une vue de coupe transversale selon A A ou CC du système présenté à la figure 8.
• La figure 1 1 est une vue schématique d'une installation utilisant le rayonnement solaire 22 comme source chaude et la position du refroidisseur 19 situé dans l'écoulement d'une rivière 20 ou enterré dans le sol 20 comme source froide à titre d'exemple.
• La figure 12 montre les différents type A,B,C de conception échangeur possible.
L'échangeur interne 9 situé à l'intérieur du « volume mort » du cylindre peut être constitué d'ailettes faisant partie intégrante ou solidairement attachée à la culasse échangeur 2 du moteur 1. D'autres types d'échangeurs peuvent être utilisés comme les échangeurs microporeux.
L'échangeur de chaleur externe 11 baigné par le fluide de la source chaude (par échange avec un fluide ou par rayonnement) est situé à l'extérieur « volume mort » du cylindre. L'échange de chaleur entre les 2 échangeurs (externe 11 et interne 9) peut se faire par conduction à travers le matériau de la pièce 10 ou à l'aide d'un fluide d'échange entre les 2 échangeurs. Elle présente un profil d'ailettes ou tout autre forme pour échanger la chaleur avec cette source chaude. Les profils et forme d'aileftes d'échanges intérieurs 9 et extérieurs 11 de la culasse échangeur 2 seront adaptés au type de fluide moteur compressible et au type de fluide de la source chaude (liquide ou vapeur d'eau ou gaz d'échappement ou rayonnement) Le moteur thermique 1 à 2 ou 4 temps peut disposer de soupapes conventionnelles ou des lumières couramment rencontrées dans les moteurs actuels pour permettre l'admission 5 et l'échappement 6 du fluide moteur. Ce moteur 1 peut utiliser une lubrification conventionnelle par barbotage ou sous pression hydraulique.
Pour séparer la zone de la source chaude de la source froide un joint thermique isolant 7 est disposé entre la culasse échangeur et le corps chemise du cylindre ou bloc- moteur 4 selon le type de moteur afin de réduire le transfert de chaleur de la culasse vers ce corps. L'installation de ce joint 7 sera adaptée au type d'utilisation selon qu'il est nécessaire ou non d'éviter un transfert de calorie vers le bloc-moteur 4 par exemple pour éviter des températures de paroi trop élevées incompatibles avec les caractéristiques du fluide lubrifiant utilisé (exemple huile). Dans certaines conditions d'utilisation de fluide frigorigène, on peut vouloir au contraire conserver un apport de chaleur aux parois pour prévenir une condensation trop rapide du fluide en fin de détente. Dans ce cas, le joint 7 ne sera pas installé et une culasse échangeur 2 à paroi augmentée sera utilisée telle que montré figure 5.
Pour améliorer le remplissage et la vidange du cylindre d'un moteur 2 temps équipé de lumières d'admission 5 et d'échappement 6 conventionnelles il est possible d'ajouter 1 ou 2 soupapes latérales ou monté en tête et intégré dans le dessin de la culasse échangeur 2 comme montré figure 4. Ces soupapes additionnelles amélioreront le remplissage en air frais du cylindre moteur 1 .
Selon le niveau de température de la source chaude et en fonction du niveau thermique,le bloc-moteur 4 pourra être refroidi par air ou par fluide ou ne pas être refroidi si le niveau de la température de la paroi interne est compatible avec le niveau de température acceptable du fluide lubrifiant (qui peut être de l'huile).Selon le niveau de température de la source chaude une paroi de séparation 8 pourra être installée afin de séparer la source chaude de la source froide ou d'une zone intermédiaire de refroidissement du moteur si le fluide moteur est distinct du fluide de refroidissement comme montré sur la figure 1 1 dans le cadre d'une application d'un fluide moteur frigorigène. Dans ce cas il est possible par exemple d'enterrer dans le sol 20 ou de placer dans un fluide froid (rivière 20) un refroidisseur 19 qui baigne dans la source froide 20. Une pompe 21 hydraulique ou diphasique (liquide vapeur) pourra être utilisée pour alimenter l'évaporateur 18 qui peut-être à rayonnement également d'où sera transférer la vapeur du fluide moteur vers le moteur 1 comme indiqué sur la figure 1 1.
Enfin pour contrôler de manière simple la puissance du moteur 1 la présente invention propose d'installer une déviation ou obstruction au passage du fluide de la source chaude. Cette déviation pouvant se faire à l'aide d'une paroi mobile 14 installée comme montré sur les figures 8 - 9 et 10 qui peut être déplacée par un vérin ou un moteur électrique ou hydraulique. Les fluides chauds 17 en provenance de la source chaude sont totalement ou partiellement déviés vers la culasse échangeur 2 afin de contrôler la puissance du moteur 1. Sur ces figures 8 - 9 et 10 seul le fluide dévié 16 échange avec la culasse échangeur 2.Ce système utilise les parois fixes 12 ,13 et 8 pour distinguer les débits 16 et 17. On contrôle ainsi la puissance du moteur en contrôlant le débit du fluide de la source chaude. Un autre moyen est d'installer une soupape de mise à l'air libre du cylindre. Le moteur s' arrêtant faute de compression.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur thermique 1 à piston ou rotatif type Wankel à 2 temps ou à 4 temps équipé de soupapes ou de lumières d'admission 5 et d'échappement 6 comportant une culasse échangeur 2 caractérisée en ce que : le transfert thermique en continu ou en alternance, du rayonnement ou du fluide de la source chaude située à l'extérieur du « volume mort » du cylindre vers le fluide moteur (gazeux ou frigorigène) du moteur 1 situé à l'intérieur du « volume mort » du cylindre se fait par conduction à travers le matériau de la culasse échangeur 2 elle-même, et caractérisée en ce que ce transfert thermique s'effectue sans transvasement de fluides. Le fluide de la source chaude ne circule pas dans le « volume mort » du cylindre où se situe le fluide moteur et réciproquement le fluide moteur qui se situe à l'intérieur du « volume mort » du cylindre ne circule pas dans le « volume » du fluide de la source chaude qui se situe à l'extérieur du « volume mort » du cylindre. L'échange de chaleur se fait au travers du matériau de la culasse elle-même.
2. Moteur thermique 1 selon la revendication 1 caractérisé en ce que la culasse
échangeur 2 est faite en une seule pièce ou est l'assemblage de plusieurs pièces conductrices de chaleur.
3. Moteur thermique 1 selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que la culasse échangeur 2 peut-être l'assemblage de plusieurs pièces conductrices de chaleur se composée d'un échangeur de chaleur 11 situé à l'extérieur du « volume mort » en contact avec la source chaude externe, d'un échangeur de chaleur 9 situé à l'intérieur du « volume mort » en contact avec le fluide moteur gazeux ou frigorigène du moteur 1 et une pièce 10 de conduction de chaleur entre les pièces 9 et 11. Ces 3 pièces 9,10 et 11 forment alors la culasse échangeur 2.
4. Moteur thermique 1 selon les revendications 1 ,2 et 3 caractérisé en ce qu'un joint isolant thermique 7 est installé entre la culasse échangeur 2 et le corps ou bloc cylindre 4 du moteur 1 pour limiter la température de paroi du bloc cylindre 4. où sont lubrifiés les segments d'étanchéité et racleurs du piston ou du rotor à un niveau de température compatible avec le lubrifiant utilisé.
5. Moteur thermique 1 selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'une paroi de
séparation 8 est installée au niveau du joint d'étanchéité 7 pour séparer la zone du rayonnement ou du fluide de la source chaude où se situe la culasse échangeur 2 de la zone où se situe le reste du bloc- moteur.
6. Moteur thermique 1 selon les revendications 1 ,2 ,3 , 4 et 5 caractérisé en ce qu'une paroi fixe 13 et une paroi mobile 14 sont installées pour réguler le débit de la source chaude externe lorsqu'il s'agit d'un fluide afin de réguler la puissance ou le régime du moteur 1.
7. Moteur thermique 1 selon les revendications 1 ,2 ,3 , et 5 caractérisé en ce qu'un côté d'une paroi de la culasse échangeur 2 est chauffée par rayonnement ou par le fluide de la source chaude externe, et que l'autre côté de la paroi chauffe le fluide du moteur 1 après avoir transférée directement la chaleur par conduction au travers du matériau de la culasse elle-même.
8. Moteur thermique 1 selon les revendications 1 ,2 ,3 , 4, 5 et 7 équipée de la culasse échangeur 2 caractérisé en ce que lorsque le fluide moteur est un fluide frigorigène, ce fluide frigorigène du moteur 1 utilise un ref roidisseur 1 ? pour échanger avec une source froide 20 qui est un fluide ou un solide.
9. Moteur thermique 1 selon les revendications 1 ,2 ,3 , 4, 5 , 7 et 8 caractérisé en ce que le fluide frigorigène du moteur 1 utilise une pompe 21 hydraulique ou diphasique pour faire circuler le fluide frigorigène vers le moteur 1.
10. Moteur thermique 1 selon les revendications 1 ,2 ,3 , 4, 5 , 7, 8 et 9 caractérisé en ce que le fluide frigorigène du moteur 1 est vaporisé avec l'évaporateur 18
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